Hybridpressen - ein neuartiges Fertigungsverfahren für Hybridbauteile

Die Herstellung von Hybridbauteilen aus Metall und Kunststoff für automobile Leichtbauanwendungen erfolgt in der Regel in getrennten Fertigungsschritten und Werkzeugen. Für die Blechumformung ist das Tiefziehen ein etabliertes Fertigungsverfahren und Kunststoffbauteile können in Spritzgieß- oder Fließpress-Verfahren hergestellt werden. In einer nachfolgenden Fügeoperation können Metall und Kunststoff zu einem hybriden Bauteil zusammengeklebt werden.

Das neuartige Verfahren „Hybridpressen“ ist eine Kombination des hydromechanischen Tiefziehens von Metallblechen und dem Fließpressen von langfaserver-stärkten Thermoplasten (LFT), bei dem sich der plastifizierte Kunststoff wie ein Wirkmedium in hydromechanischen Prozessen verhält und somit die Ausformung des Blechs maßgeblich beeinflusst. Sowohl die Umformung des Metalls als auch die Formgebung des Thermoplasts mit Verstärkungsrippen erfolgen simultan in einem gemeinsamen Werkzeug. Durch Einsatz eines Haftvermittlers als Vorbeschichtung auf dem Metallblech wird gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung zum Thermoplast hergestellt. Diese Vorbeschichtung kann sowohl in Pulverform als auch mittels Coil-Coating aufgebracht werden und ist somit großserientauglich. Somit werden beim Hybridpressen drei Fertigungsschritte (Metallumformung, LFT-Fließpressen, Kleben) in einem Schritt vereint, sodass Hybridbauteile deutlich wirtschaftlicher gefertigt werden können.

Die Gewichtsreduktion eines durch das Hybridpressen hergestellten Bauteils resultiert aus der Möglichkeit, die Blechdicke von reinen Stahlbauteilen durch eine gezielte Verstärkung mit einer flächigen LFT-Schicht, LFT-Rippen sowie zusätzlichen Verstärkungselementen in Form von Organoblechen oder UD-Tapes zu reduzieren. Eine belastungsgerecht ausgelegte Struktur kann je nach Anwendungsfall eine Gewichtsersparnis von ca. 20 % gegenüber reinem Metallbauteil erzielen und zudem identische oder bessere mechanische Eigenschaften als das Vergleichs-bauteil aus Metall aufweisen. Im Gegensatz zu Spritzgießverfahren kann beim Fließpressen eine Faserlänge des Thermoplasts bis zu einer Länge von 25 mm im finalen Bauteil realisiert werden. Einen weiteren Vorteil stellt das gutmütige Versagensverhalten des Verbunds dar – im Falle eines Versagens im LFT durch Missuse oder Werkstoffermüdung kann durch die Restfestigkeit des außenseitigen Metallblechs ein vollständiges Bauteilversagen verhindert werden. Dieses sogenannte Fail-Safe-Verhalten ist vor allem in Fahrwerksanwendungen un-abdingbar.

Veröffentlichungen:

• X.F. Fang und T. Kloska, “Hybridforming – a Combined Deep Drawing and Compression Molding Process for Forming Metal Sheets with Thermoplastics (LFT) to Hybrid Parts”, 3. Internationale Konferez Hybrid Materials and Structures, April, 2018 Bremen, Germany