Herstellung von Kunststoff/Metall-Bauteilen mit integrierter Umformung im Spritzgießprozess

Durch Kombination der artfremden Materialien Kunststoff und Metall können sog. hybride Bauteile gefertigt werden, die die positiven Werkstoffeigenschaften beider Materialien ideal vereinen. Diese Bauteile bestehen meist aus einem gestanzten Blechteil und einer spritzgegossenen thermoplastischen Kunststoffkomponente. In dieser Arbeit wird ein umfassendes Prozessverständnis zur Fertigung von neuartig stoffschlüssig verbundenen Kunststoff/Metall-Bauteilen im Spritzgießprozess mit integrierter Umformung dargestellt. In der Prozesskette wird ein Metallblech mit einem haftvermittelnden System beschichtet und in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt. Die eingespritzte Schmelze verbindet sich mit dem Haftvermittler und das Blech wird zeitgleich durch den Druck der Schmelze umgeformt. Zunächst wird anhand unterschiedlicher Bauteilgeometrien und verschiedener neuartiger haftvermittelnder Systeme gezeigt, dass sich durch die gebildete stoffschlüssige Verbindung eine deutliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften von Hybridbauteilen im Vergleich zur heute vielfach verwendeten formschlüssigen Verbindung ergibt. Neben der Verbindungstechnik bietet die Weiterentwicklung der Verarbeitungstechnik Potential zur Prozessoptimierung. Anhand umfangreicher Spritzgießversuche unter Verwendung unterschiedlicher Blechdicken von 0,15 mm bis 1 mm, unterschiedlicher Materialien wie Stahl, Aluminium und Edelstahl sowie Variation der Spritzgießprozessparameter zeigt sich, dass eine Metallumformung durch die Schmelze möglich ist. Vor allem die Prozessparameter Werkzeugtemperatur und Werkzeuginnendruck haben einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der ausgeformten Geometrie. Abhängig von den Prozesseinstellungen und von den Reibeigenschaften zwischen Blech und Werkzeug kann zudem ein gezieltes Nachfließen des Blechs ermöglicht und somit eine hohe Ausformqualität erzielt werden. Mit diesem Prozess können Geometrien mit einer Tiefe bis zum 10-fachen der Blechdicke ausgeformt werden. Durch Umsetzung der erarbeiteten Ergebnisse ergibt sich eine deutliche Verkürzung der Prozesskette bei der Fertigung von Kunststoff/Metall-Hybridbauteilen einhergehend mit einer Steigerung der mechanischen Bauteileigenschaften.