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EFB-Forschungsbericht Nr. 203

Thermisch unterstütztes Clinchen von Blechen und Bauteilen aus Magnesium-Knetlegierungen

EFB203.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Sven Hübner, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover, Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Sven Bräunling, Institut für Produktionstechnik, Professur für Umform- und Urformtechnik der Technischen Universität Dresden

115 Seiten (sw 71 Abb., 18 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-159-8

Preis (Digital) EUR 76,00

Preis (Print) EUR 85,60

Zusammenfassung

Zur Umsetzung des automobilen Karosserieleichtbaus ist besonders gut der Werkstoff Magnesium aufgrund seiner geringen Dichte im Vergleich zu anderen Werkstoffen wie z.B. Stahl geeignet. Neben der Umformung von Magnesium, speziell Magnesiumblechen, spielt das Fügen der Bauteile eine entscheidende Rolle. Da Magnesium stofflich nicht fügbar ist, gewinnen umformtechnische Fügeverfahren wie das Durchsetzfügen zunehmend an Bedeutung.

Magnesium muss sowohl zum Umformen mittels Tiefziehen als auch zum Fügen mittels Durchsetzfügen temperiert werden, da Magnesium bei Raumtemperatur nur ein eingeschränktes Umformvermögen besitzt.

Es wurden verschiedene Methoden zur Temperierung des Durchsetzungsprozesses untersucht. Mit ausgewählten Temperierungsmethoden wurden zwei Anlagentechniken entwickelt und realisiert. Am IFUM in Hannover wurde der Fügeprozess konduktiv erwärmt, es wurde dabei das Fügesystem der Firma Eckold eingesetzt. Am LUT in Dresden wurde die Fügestelle mittels elektrischer Widerstandserwärmung erwärmt. Es kam das Fügesystem der Firma TOX zum Einsatz.

Es wurden optimale Prozessparameter zum temperierten Durchsetzfügen von Magnesiumblechen ermittelt. Das Hauptkriterium war die erforderliche Heizzeit zum Erwärmen der Fügestelle, die im Rahmen der Anlagenentwicklung minimiert wurde.

Die Heizzeit zur Herstellung von Fügepunkten mit den besten Verbindungseigenschaften beträgt bei beiden realisierten Anlagetechniken ca. 6 Sekunden. Für das Durchsetzfügen der Magnesiumknetlegierungen MgAl3Zn1 (AZ31) und MgAl6Zn1 (AZ61) ist dabei eine Temperierung des Fügeprozesses auf T = 250°C erforderlich.

Die Fügepunktqualität wurde im Hinblick auf die geometrische Ausbildung der Fügestelle, die Charakterisierung des Werkstoffverhaltens, die Verbindungsfestigkeit und die Korrosionsanfälligkeit ermittelt.

Darüber hinaus wurden Bauteile mittels Tiefziehen hergestellt, um den Einfluss von Vorverfestigungen auf den anschließenden Fügeprozess zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, dass zum Fügen der Bauteile im Bodenbereich ein höhere Temperierung von T > 275°C erforderlich ist, als im Flanschbereich (T = 250°C).

Das Forschungsvorhaben „Thermisch unterstütztes Clinchen von Blechen und Bauteilen aus Magnesium-Knetlegierungen“ wurde unter der Fördernummer AiF 12794BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 203 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich

Inhalt

1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation und Problemstellung
1.2 Ziel des Forschungsvorhabens
2 Stand der Technik
2.1 Leichtbau mit Magnesium
2.1.1 Magnesium als Konstruktionswerkstoff
2.1.2 Magnesiumblechumformung
2.1.3 Anwendungsbereiche
2.2 Fügeverfahren
2.2.1 Stanznieten
2.2.2 Durchsetzfügen
2.2.3 Kleben
2.2.4 Hybridverbindungen
3 Eingesetzte Blechwerkstoffe
4 Untersuchung verschiedener Temperierungskonzepte
4.1 Äußere Erwärmung
4.2 Direkte (Innere) Erwärmung
4.2.1 Widerstandserwärmung
4.2.2 Induktive Erwärmung
4.3 Fazit der Temperierungsversuche
4.4 Anlage mit konduktiver Erwärmung
4.4.1 Fügemaschine und Werkzeugsystem
4.4.2 Steuerung
4.4.3 Maschinenkühlung
4.4.4 Messtechnik / Steuertechnik
4.5 Anlage mit elektrischer Widerstandserwärmung
4.5.1 Entwicklung der Anlagentechnik
4.5.2 Funktionsweise der realisierten Anlagentechnik
5 Ermittlung optimaler Prozessparameter
5.1 Ermittlung des Fügekraftbedarfs in Abhängigkeit der Temperatur
5.2 Stufensetzversuche
5.3 Einfluss benachbarter Fügepunkte auf die erforderliche Heizzeit
6 Bewertung der Verbindungsqualität
6.1 Geometrische Ausbildung der Fügestelle
6.2 Charakterisierung des Werkstoffverhaltens
6.2.1 Stoffschluss
6.2.2 Gefügeuntersuchungen
6.2.3 Korngrößen und Korndeformation
6.3 Ermittlung der Verbindungsfestigkeit
7 Einfluss von Vorverfestigungen auf das Fügeergebnis
8 Korrosionsuntersuchungen
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literaturverzeichnis