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Oliver Schenk © Urheberrecht: IWM

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Oliver Schenk

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Motivation

Das MIM-Verfahren (Metallpulverspritzguss) stellt eine vergleichsweise neue, pulvermetallurgische Herstellungsroute dar. Sie setzt sich im Wesentlichen aus den Teilschritten Spritzgießen, Entbindern und Sintern zusammen. Als Ausgangsmaterial wird ein sogenannter Feedstock verwendet, der sich aus oftmals sphärischen Metallpulverpartikeln sowie organischem Binder zusammensetzt. Die Zusammensetzung des Feedstocks sowie die beim Spritzgießen gewählten Prozessparameter bestimmen die Dichte des hergestellten Grünlings und dessen Mikrostruktur. Der abschließende Sinterprozess überführt den porösen Grünling nach erfolgter Entbinderung in ein dichtes Bauteil mit entsprechender Festigkeit. Während der Spritzgießprozess die Fertigung eines hochkomplexen und zugleich präzisen Bauteils in einer sehr kurzen Prozesszeit ermöglicht, geht mit dem Sinterprozess und der damit verbundenen Schwindung ein oftmals signifikanter Verzug einher. Dieser wird durch die zwischen Grünling und Sinterunterlage auftretende Reibung zusätzlich verstärkt. Die Sinterkinetik wird dabei maßgeblich von der Temperaturführung und der Mikrostruktur des Grünlings beeinflusst, sodass sich komplexe Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Prozessschritten ergeben und ein fundiertes Prozessverständnis erforderlich ist, um maßhaltige Bauteile zu erzeugen. Eine simulationsgestützte Prozessentwicklung kann hingegen eine nennenswerte Verkürzung der Entwicklungszeiten und eine Verbesserung der Bauteilqualität ermöglichen.

Zielsetzung

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Simulationstools zur präzisen Vorhersage der Schwindung und des Verzugs beim Sintern von MIM-Bauteilen, wobei sowohl der Einfluss der Feedstock-Zusammensetzung als auch der Temperaturführung sowie der temperaturabhängigen Reibverhältnisse beim Sintern berücksichtigt wird. Die numerische Simulation wird schließlich genutzt, um den Bauteilverzug durch geometrische Anpassung der Grünlingsgeometrie zu minimieren.

Projektinhalte

  • Ermittlung von Werkstoffkennwerten zur Beschreibung des Sinterprozesses
  • Bestimmung der temperatur- und feedstockabhängigen Reibverhältnisse
  • Ermittlung eines temperatur-, dichte, sowie feedstockabhängigen Konstitutivgesetzes zur Beschreibung der Sinterkinetik
  • Validation der Simulation an realen Bauteilen
  • Entwicklung eines numerischen Simulations- und Optimierungstools
  • Numerische Optimierung von Bauteilgeometrien

Partner

  • MIMplus

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