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EFB-Forschungsbericht Nr. 202

Stanznieten mit überlagerter Bewegung

efb202.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Steffen Six, Institut für Produktionstechnik, Professur für Umform- und Urformtechnik der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Engelbert Westkämper, MEng. Achim Breckweg Institut für Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart

103 Seiten (sw 100, teils farbige Abb., 1 Tab)

ISBN: 978-3-86776-158-1

Preis (Digital) EUR 51,00

Preis (Print) EUR 57,80

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Projektes wurde prinzipiell nachgewiesen, dass das Stanznieten mit überlagerter Bewegung – Radialstanznieten – als Verfahrensvariante des Stanznietens mit Halbhohlniet geeignet ist, reproduzierbare Verbindungen bei deutlich reduziertem Kraftbedarf (gegenüber konventionell gesetzten Stanznietverbindungen um ca. 40 ... 55%) zu erzeugen.

Hinsichtlich Verbindungsausbildung und Verbindungsfestigkeiten sind Radialstanznietverbindungen konventionell erzeugten Stanznietverbindungen gleichzusetzen. Voraussetzung dafür ist, dass der Setzvorgang durch eine rein translatorische Stempelbewegung mit gerade stehendem Stempel eingeleitet wird.

Stempelgeometrie, maximaler Stempelauslenkwinkel sowie Anteil des Stempelhubes mit überlagerter Bewegung am Gesamthub des Setzvorganges wurden als wesentliche, verfahrensspezifische Einflussparameter auf die Fügeelementausbildung herausgearbeitet und ihre Wirkung untersucht.

Fügekraft, Drehzahl des Radialantriebes und Stempeleingriffszeit sind sich gegenseitig beeinflussende Parameter für die Prozessauslegung.

Anlagentechnisch wurden Konzepte für Nietzuführung, Nietpositionierung und Niederhalter ausgearbeitet und realisiert. Durch ihre Integration in eine prototypische, robotergeführte Radialfügezange wurden die Umsetzbarkeit und Funktionsfähigkeit nachgewiesen.

Das Radialstanznieten als neue Verfahrensweise des Stanznietens mit Halbhohlniet ist somit sowohl als Robotergeführte Anwendung in die Praxis überführbar als auch als Erweiterung des Einsatzspektrums für stationäre Radialnietmaschinen zu sehen.

Das Forschungsvorhaben „Stanznieten mit überlagerter Bewegung“ wurde unter der Fördernummer AiF 12795BG 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. 202 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Summary

Aim of this project was to verify self-piercing riveting with a superimposed punch movement – radial riveting – in an application with a semi-tubular rivet. The main task was to create a reproduceable joining element with considerable lower joining force. The joining force is about 40 – 55 % lower compared to conventional self-piercing riveting systems. Such light weight robot systems are an important step towards faster robot applications.

In regard to the joint characteristics and the joint strength radial punch riveting elements are equal to conventionally produced joining elements. The prerequisite for a good joining element is to start the joining process with a translatory punch movement, comparable to the conventional punch riveting.

The punch geometry, the maximum amount of the punch angle and the part of the joining process with additional superimposed movement were determined as essential specific process factors for the forming of the joint. For these factors the effects on the joint element were examined.

The joining force, rotational speed and punch contact time are dependable parameters for the process layout. Concepts for rivet feeding, rivet positioning and the down holder were designed and
realised for a robot held riveting equipment. With the integration of these concepts in a prototype robot radial riveting tool the feasibility and operativeness has been proven.

The radial punch riveting as a new method of the self-piercing riveting with semi tubular rivets is transferable into industrial robot applications and is also an enlargement of the deployment of stationary radial riveting equipment.
The project aim was achieved.

Inhalt

0 Verwendete Abkürzungen und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Zielsetzung
3 Stand der Technik
3.1 Stanznietverfahren
3.2 Neue Ansätze zur Fügekraftreduzierung
3.3 Radialnieten
4 Versuchswerkstoffe
4.1 Tiefziehstahl
4.2 mikrolegierte Stähle
4.3 Dualphasenstähle
5 Versuchseinrichtung
5.1 Radialnietmaschine
5.2 Stanznieteinrichtung für konventionelles Stanznieten
6 Prüfung der Verbindungsfestigkeit
6.1 Prüfung unter quasistatischer Belastung
6.2 Prüfung unter schwingender Belastung
7 Vergleich mit konventionell erzeugten Stanznietverbindungen
7.1 Vergleichsgrundlagen
7.2 Artgleiche Verbindungen
7.3 Stichversuche zu Mischverbindungen
8 Stanznieten mit überlagerter Bewegung
8.1 Analyse der Fügeelementausbildung
8.2 Stufenversuch
8.3 Prozeßauslegung
8.3.1 Variation der Stempelgeometrie
8.3.2 Steuerung der Stempelbewegung
8.3.3 Variation der maximalen Stempelauslenkung
8.4 Erreichte Verbindungsqualität
9 Oberflächenuntersuchungen
9.1 Begriffe und Definitionen
9.2 Rauheitsuntersuchungen der Nietkopfoberfläche
9.3 REM-Aufnahmen der Nietkopfoberfläche
9.4 Korrosionsuntersuchungen
10 Einfluss der Fügeverfahren auf die Werkstoffe
10.1 Messung der Niethärte
10.2 Untersuchung der Gefügestruktur der Niete
10.3 Härtemessungen im Grundwerkstoff
10.4 Untersuchung der Gefügestruktur des Grundwerkstoffes
11 Konzeption einer Radialstanznieteinrichtung
11.1 Vorgehensweise bei der Konzeption und Auswahl der Teilkonzepte
11.2 Niederhalter
11.3 Nietzuführung
11.4 Nietpositionierung
11.5 Ausgewählte Teilsysteme
11.6 Realisiertes Nietsystem
12 Funktion des Gesamtsystems
12.1 Darstellung des Gesamtsystems
12.2 Einflußgrößen auf die Stempeleingriffszeit
12.2.1 Einfluß der Fügekraft
12.2.2 Einfluß der Drehzahl des Radialantriebes
12.3 Setzkurve und Zangenaufbiegung
12.4 Erreichte Verbindungsfestigkeiten
13 Zusammenfassung
13.1 Verfahrensentwicklung Radialstanznieten
13.2 Anlagentechnische Umsetzung
14 Literaturverzeichnis
Anhang A: Datenblätter
Anhang B: REM-Aufnahmen
Anhang C: Nutzwertanalyse für die Teilsystemauswahl
Anhang D: Korrosionstest