Cikoni, ein Spezialist für Faserverbundlösungen, hat eine Methodik entwickelt, um den Herstellungsprozess von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen (MMC) effizient zu simulieren. Im Fokus stehen dabei kohlenstofffaserverstärktes Aluminium, das ein besonders gutes Verhältnis von Leistung und Gewicht bei hohen Temperaturen bietet.
Das Unternehmen beteiligt sich in einem Forschungsprojekt, das Prozesssimulationsmethoden für die Squeeze-Infiltration von Aluminium-Matrix-Faserverbundwerkstoffen entwickelt, um die textile Interaktion mit der injizierten Matrix zu bewerten. Das Ziel des Projekts ist, die Effizienz der Prozessentwicklungsschritte zu verbessern und mehr Erkenntnisse über die Auswirkungen von Defekten bei der Herstellung von MMCs zu gewinnen.
Dazu wurde die numerische Vorhersage der Permeabilität (Durchlässigkeit) eines orthogonal gewebten 3D-Textils untersucht. In einer entsprechenden Parameterstudie führten bereits geringe Änderungen der Geometrie zu einer Abweichung der Permeabilität bis zu 65 Prozent. Die Untersuchungen zeigten, dass bereits geringe Unterschiede in der Faserbündelporosität zu einer Strömungsbeschleunigung in einer hexagonalen Einheitszelle führen. Die virtuelle Permeabilitätsvorhersage für orthogonale 3D-Gewebe stimmte im Projekt mit den experimentellen Messungen sehr gut überein. Bei einem orthogonalen 3D-Gewebe muss die intra-laminare Strömung berücksichtigt werden. Das unterstreicht die Bedeutung simulativer Methoden beim Bewerten der Herstellbarkeit von MMC-Bauteilen.
Um nun die Infiltration von MMC in Abhängigkeit der Prozessparameter – darunter auch der Temperatur simulativ abzubilden, wurde eine Methodik entwickelt, um die Simulationsergebnisse experimentell zu bestätigen. Ergebnisse aus Simulation und Experiment stimmten dabei gut überein. Ebenso ist in der Praxis der Zeitbedarf der Infiltration wichtig. Dazu wurde eine Methode zur numerischen Vorhersage des Zeitbedarfs für die Infiltration einer makroskopischen Demonstrationsplatte mit einer Metallmatrix unter Berücksichtigung der mesoskopischen Einheitszellengeometrie entwickelt. Die Ergebnisse bilden die erwartete Beziehung zwischen Temperaturen und Infiltrationszeit ab. Mit steigenden Anfangstemperaturen nimmt auch die Infiltrationsrate zu, wobei in dem in dieser Arbeit numerisch untersuchten Modell die Temperatur der Schmelze einen größeren Einfluss hat als die der Vorform und des Werkzeugs.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Unternehmen in der Lage ist, den Prozess zum Herstellen von MMC zu simulieren und Bauteile aus diesem Werkstoff auf ihre Herstellbarkeit zu optimieren.
Bild oben: Mit der Simulation der Herstellung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen kann die Produktion effizienter gestaltet werden. (Quelle: Cikoni)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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