Untersuchung, Simulation und Validierung der Gießbedingungen zur prozesssicheren Herstellung druckgegossener Bauteile mit lokaler Klebeignung

Der Umbruch in der Automobilindustrie weg von der Verbrennungskraftmaschine hin zur E-Mobilität hat weitreichende Konsequenzen für die Automobilzulieferer. Bislang weit verbreitete Bauteile wie Gehäuse im Kolbenmotorenbau haben für deutsche Druckgießer eine immer geringere Bedeutung. Strukturbauteile in duktilen Legierungen mit hohen Qualitätsanforderungen spielen dagegen eine immer größere Rolle. Um die wirtschaftliche Relevanz des Druckgießverfahrens zu erhalten bzw. auszubauen gilt es, weitere Einsatzmöglichkeiten von druckgegossenen Bauteilen zu ermöglichen. Erhöhte Anforderungen an den Gießprozess lassen sich aus dem zunehmenden Einsatz von naturharten Druckgusslegierungen hoher Festigkeit/Duktilität, dem Trend zu einer weiter gesteigerten Funktionsintegration bzw. Materialmischbauweisen sowie aus der Forderung einer CO2-neutralen Produktion und allgemein verschärften Umweltauflagen ableiten. Hierbei steht unter anderem vor allem die Fügetechnik im Fokus. Aktuell müssen zu klebende Bauteile vor dem Fügeprozess aufwendig vorbehandelt werden. Insbesondere für Strukturklebungen beim Einsatz von naturharten Legierungen ergibt sich dadurch ein hoher Aufwand, um die Klebeignung der Oberflächen der Druckgussbauteile sicherzustellen, was den Einsatz solcher Verbindungen derzeit behindert.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die lokalen Gießbedingungen und die lokale Klebeignung der gegossenen Bauteile ohne aufwendige Vorbehandlungen zu beherrschen und gleichzeitig ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern. Hierbei müssen sowohl die Oberflächenbelegungen durch Trennstoffe als auch die Oberflächenmorphologie basierend auf der realen Legierungszusammensetzung betrachtet werden. Das Forschungsvorhaben sieht dazu vor, dass durch eine virtuelle und experimentelle Materialcharakterisierung gewonnene empirische Datenmaterial zu analysieren und zusätzliche Haupteffekte zu identifizieren. Basierend auf Untersuchungen der thermischen Wirkbereiche von Trennstoffkomponenten sollen die entstehenden Oberflächenbelegungen erklärt und vorhergesagt werden. Zugleich soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die lokale Klebeignung eines Druckgussbauteils in der Prozesssimulation in Abhängigkeit des verwendeten Trennstoffes bereits während der Konstruktionsphase vorherzusagen. In weiteren Untersuchungen sollen die bei der Erstarrung entstehenden Oberflächenmorphologien in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung analysiert und bewertet werden, um lokale, alterungsbeständige Klebungen ohne aufwendige Oberflächenvorbehandlungen zur ermöglichen.