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Befüll-Simulation optimiert Trockenpressen und Sinter-Prozesse

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik (IWM) haben eine Simulation für den Füllvorgang der Matrize beim Trockenpressen und Sintern entwickelt, mit deren Hilfe der Vorgang optimiert und kostenintensiver Ausschuss vermieden werden kann. Erstmals lässt sich somit laut Institutsangaben die Herstellungdreidimensionaler Bauteile realitätsnah simulieren.

"Das Befüllen der Matrize ist ein kritischer Schritt beim Trockenpressen", erklärt Dr. Claas Bierwisch vom Fraunhofer IWM in Freiburg. "Das Metallpulver verteilt sich nicht hundertprozentig gleichmäßig in der Form." Diese inhomogenen Dichteverteilungen könnten jedoch zu Verzügen oder gar Rissen führen und die Belastbarkeit, Präzision und Langlebigkeit des Bauteils beeinflussen, erklärt der Projektleiter. Das neue Simulationsmodell soll die bis dato notwendigen Versuch- und Irrtumexperimente beim Befüllen überflüssig machen.

"Bei der numerischen Beschreibung des Pulvers erfassen wir quasi jedes einzelne Korn", erläutert Bierwisch. Dabei berücksichtigen die Forscher die physikalischen Eigenschaften, Größe und Form der Körner sowie die Form der Matrize. Dann berechnen sie, wie und wohin die Pulverkörner in die Matrize fließen und wie die Dichteverteilung nach dem Befüllen ist. Erstmals lässt sich laut Institutsangaben die Herstellung dreidimensionaler Bauteile realitätsnah simulieren - wie Zahnräder in Getrieben.

Zudem können die Forscher Rückschlüsse auf den Füllvorgang ziehen und Fragen nach der notwendigen Geschwindigkeit des Füllschuhs und dessen Bewegung klären. So reiche es in manchen Fällen aus, wenn er vor und zurück fährt. Für andere Bauteile muss die Matrize zusätzlich oszillieren.

Die Wissenschaftler simulieren die Vorgänge beim Sintern bis hin zum fertigen Bauteil und bilden so die gesamte Prozesskette ab. Derzeit optimieren sie die Herstellung von weichmagnetischen Spulenkernen in Radnabenmotoren, die für Elektrofahrzeuge künftig eine wichtige Rolle spielen könnten.
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