Minimierung des Verzugs beim Sintern durch Beeinflussung der Sinterunterlage

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Motivation

Auf dem Weg zum marktreifen Produkt gilt es Bauteile mit präzise vorhersagbarer und reproduzierbar herzustellender Geometrie zu liefern. Dabei sind die Anforderungen an die Maß- und Formtoleranzen oft sehr hoch. Während diese Anforderungen für Pressverfahren in Verbindung mit dem Festphasensintern aufgrund der geringen Schwindung als gut beherrscht gilt, ergeben sich für die genannten nassen Formgebungsrouten, für den Metall- und Keramikpulverspritzguss, sowie für Hartmetalle und zellulare Werkstoffe (Schwammstrukturen, Hohlkugelstrukturen) je nach Bauteilgeometrie die aufgeführten Probleme.

Die starke Verkürzung der Entwicklungszeit durch das ressourcenschonende Simulationstool ermöglicht zudem eine schnelle Reaktion auf dynamische Marktanforderungen und bietet den produzierenden Firmen eine hohe Flexibilität. Das erhöht die Wettbewerbsfähigkeit auf dem nationalen und internationalen Markt. Weiterhin kann der wirtschaftliche Schaden durch die Verwendung optimierter Sinterunterlagen und einen dadurch geringeren Ausschuss reduziert werden. Eine weitere Motivation für die präzise Kenntnis und Vorhersage des Schwingungsverhaltens ergibt sich konkret bei der pulvertechnischen Herstellung harter Werkstoffe, die als Werkzeuge genutzt werden. Beispiele dafür sind Hartmetalle, Cermets oder technische Keramiken. Um Maßtoleranzen einzuhalten, werden diese Werkstoffe oft nach dem Sintern spanend, z. B. durch Schleifen bearbeitet. Oft stellt diese zeit- und kostenaufwendige Endbearbeitung den weitaus größten Anteil der gesamten Fertigungskosten dar. Die Reduzierung des erforderlichen Fertigungsaufmaßes durch reproduzierbare Kontrolle der Sinterschwindung trägt erheblich zur Reduzierung von Herstellkosten bei. Ausschussproduktion und die Notwendigkeit spanender Bearbeitung am Fertigbauteil sind erhebliche Kostenfaktoren, die die Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Unternehmen schwächen. Die Entwicklung über virtuelle Vorstudien und die Verwendung verzugsarmer Sinterunterlagen stellt eine ressourceneffiziente Alternative dar und ermöglicht ein verringertes Bauteilaufmaß und einen geringeren Ausschuss.

Zielstellung

  • Verständnis zum Einfluss der Unterlage auf das Schwindungsverhalten.
  • Entwicklung von Simulationsmodellen zum Schwindungsverhalten unter Berücksichtigung der Sinterunterlage.
  • Zielgerichtete Modifikation der Sinterunterlage zur Verringerung von Sinterverzügen.
  • Ableitung von einfachen Regeln zum Sintern auf Unterlage (Dos and Don‘t s)

Projektinhalte

  • Experimentelle Studie zu den Reibungseffekten während der Sinterung zwischen Sintergut und -unterlage.
  • Optimierungsrichtlinien/Anforderungsprofile für die Substrate zur verzugsfreien Sinterung.
  • Sintersimulation auf Basis eines verifizierten numerischen Modells und der ermittelten experimentellen Daten zu dem konkreten Vorhersagen zum Sinterverhalten neuer Produkte mit der Berücksichtigung der Reibeffekte.

Projektfinanzierung

FSV - AiF