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EFB-Forschungsbericht Nr. 512

Lochen hybrider Bauteile mit minimalem Schädigungsgrad

efb512

Verfasser:
M. Sc. Vicky Reichel, Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, Technische Universität Braunschweig - M.Sc. Florian Steinlehner, Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen, Technische Universität München

156 Seiten (sw, 103 teils farbige Abb., 10 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-566-4

Preis (Digital) EUR 75,00

Preis (Print) EUR 85,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die Verfahren „Lochen durch Scherschneiden" und „Freistellen durch Messerschneiden" an hybriden Blechen untersucht. Die beiden Verfahren wurden hinsichtlich ihres Schädigungseintrags bewertet und optimiert. Im Zuge dessen wurden Werkzeugkonzepte zur Umsetzung der Prozesse entwickelt.

Für das Messerschneidverfahren wurden die Einflüsse der Verbunddicke im Verhältnis zum Lochdurchmesser und die Haftvermittlerfestigkeit als maßgeblich identifiziert. Die Qualität der Schnittfläche und die Maßhaltigkeit beim Lochen hybrider Bauteile zeigen die deutlichsten Verbesserungspotentiale bei der Wahl der Anschnittseite und des gewählten Lochverfahrens.

Zusätzlich wurden weitere relevante Prozess- und Materialparameter für das Lochen untersucht. Als weiterer Aspekt des Projektes wurde ein Prüfstand zur Bestimmung des Schädigungseintrags als Folge der trennenden Bearbeitung aufgebaut.

Der Prüfstand beruht auf einer akustischen Klopfprüfung, mit deren Hilfe die Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften hybrider Proben ermittelt werden können. Das Prüfverfahren eignet sich für den Nachweis einer Delaminationsschädigung der hybriden Verbundpartner von 1 mm.

Für das Prüfverfahren ist eine Kalibrierung anhand definiert geschädigter Proben mit bekannter Schädigung notwendig.
Das Ziel des Vorhabens wurde somit erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Lochen hybrider Bauteile mit minimalem Schädigungsgrad" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19156N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 512 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

As part of the research project, the methods of punching by shear cutting and cutting by knife cutting on hybrid structures were examined. The two methods were evaluated and optimized with regard to their injury entry. In the course of this, tool concepts for the imple-mentation of the processes were developed.

For the knife cutting method, the influences of the composite thickness in relation to the hole diameter and the adhesion promoter strength were identified as relevant.

The quality of the cutting surface and the dimensional tolerance for the punching process show the best potential for improvements for the choice of the surface for the first cut and the type of punching process. Other significant process and material depended parameters were investigated. As a further aspect of the project, a test bench was set up to determine the damage entry as a result of the divisional processing.

The test bench is based on an acoustic method by impulse excitation and is able to deter-mine the vibrational and damping properties of the hybrid structures. This test concept enables the detection of damage by delamination in the size of 1 mm. To perform the test it is necessary to calibrate the test bench with defined damaged hybrid structures of known damage.
The aim of the project was achieved.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Anlass für das Forschungsvorhaben
2 Stand der Technik
2.1 Hybride FVK-Metall-Verbunde
2.1.1 Eigenschaften und Einsatz hybrider Verbunde
2.1.2 Herstellung hybrider Verbunde
2.1.3 Trennende Bearbeitung hybrider Verbunde
2.1.4 Schädigung hybrider Verbunde durch trennende Bearbeitung
2.2 Grundlagen des Scher- und Messerschneidens
2.2.1 Verfahrenseinteilung
2.2.2 Begriffsklärung und Verfahrensprinzip des Scherschneidens
2.2.3 Kräfte und Momente beim Scherschneiden
2.2.4 Begriffsklärung und Verfahrensprinzip des Messerschneidens
2.2.5 Schnittflächenqualität und -ausprägung
2.3 Grundlagen der Schwingungslehre
2.3.1 Grundbegriffe der Schwingungslehre
2.3.2 Analyse von Schwingungssignalen
2.3.3 Dämpfungsverhalten am Ein-Massen-Schwinger
2.4 Weitere zerstörungsfreie Prüfverfahren
2.4.1 Shearografie
2.4.2 Computertomographie
2.5 Fazit zum Stand der Technik
3 Forschungsziel und Vorgehensweise
3.1 Forschungsziel
3.1.1 Forschungsergebnisse
3.1.2 Innovativer Beitrag der Forschungsergebnisse
3.2 Methodischer Ansatz zur Erreichung des Forschungsziels
4 Versuchsanlagen, -werkzeuge und Messeinrichtungen
4.1 Versuchsanlagen
4.1.1 Mechanische Schnellläuferpresse zum Scherschneiden
4.1.2 Stanz und Clinch-Laborpresse zum Messerschneiden
4.2 Versuchswerkzeuge
4.2.1 Modulares Lochwerkzeug zum Scherschneiden
4.2.2 Entwicklung des Werkzeugs zum Messerschneiden
4.3 Anlagen zur Probenherstellung
4.3.1 Wasserstrahlschneidanlage
4.3.2 Trockenschrank Binder
4.3.3 Laborpresse Vogt
4.4 Anlagen zur Probenuntersuchung
4.4.1 Universal Zug/Druck Prüfmaschine
4.4.2 Profilmessgerät
4.4.3 3D-Koordinatenmessmaschine
4.5 Software
4.5.1 CAD
4.5.2 FEM
4.6 Versuchsstand zur Charakterisierung des Schwingungs- und Dämpfungsverhaltens
4.7 FEM-Modell zur Ermittlung der Eigenfrequenzen und die Auswirkungen der Schädigung
5 Werkstoffe und Probengeometrien
5.1 Verwendete Werkstoffe
5.1.1 Stahlwerkstoff
5.1.2 Haftvermittler
5.1.3 Faserverstärkte Kunststoffe
5.1.4 Trennmittel
5.2 Probengeometrien und Herstellung
5.2.1 Herstellung ungeschädigter Proben
5.2.2 Herstellung definiert geschädigter Proben
5.2.3 Sonstige Proben
6 Ergebnisse und Ausblick
6.1 Simulative Betrachtung der Schwingungseigenschaften der hybriden Proben
6.2 Ergebnisse des Schwingungs- und Dämpfungsverhaltens
6.2.1 Untersuchungen an definiert geschädigten Proben
6.2.2 Untersuchungen an geschnittenen Proben
6.3 Ergebnisse zum Lochen durch Scherschneiden
6.3.1 Einfluss der Probengeometrie
6.3.2 Einfluss der Prozessparamater
6.3.3 Untersuchung weiterer Schneidvarianten
6.4 Ergebnisse zum Freistellen durch Messerschneiden
6.4.1 Prozessentwicklung des Messerschneidens
6.4.2 Probenbezogene Einflussfaktoren
6.4.3 Werkzeugbezogene Einflussfaktoren
7 Ergebnisse und Ausblick
8 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
9 Literatur