Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 536

Entwicklung und Qualifizierung des Fließlochformschraubens zum Fügen höchstfester Stahlbleche und -profile

efb536

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, M. Sc. Martin Ivanjko, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

162 Seiten (sw, 105 teils farbige Abb., 9 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-592-3

Preis (Digital) EUR 67,00

Preis (Print) EUR 84,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die Verfahrensgrenzen des fließlochformenden Schraubens auf Grundlage einer Weiterentwicklung des Hilfsfügeteils und der Identifikation geeigneter Prozessparameter erweitert.

Hierfür wurden zunächst Fügbarkeitsbereiche von Referenzschrauben für Mischbaukombinationen sowie auch artreine Stahlkombinationen unter Variation der Prozessparameter Drehzahl und Axialkraft ermittelt.

Im Rahmen einer Setzprozessanalyse erfolgten Verschraubungsversuche mit unterschiedlichen Schraubenvarianten unter Variation des Schraubenbeschichtungssystems sowie unterschiedlichen Fügeteilwerkstoffen und Prozessparametern. Hierbei wurde der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern (Drehzahl und Axialkraft) und den wesentlichen Qualitätsmerkmalen der Schraubverbindungen erarbeitet.

Darüber hinaus wurden im Rahmen der Untersuchungen zur thermomechanischen Beanspruchung während des Schraubprozesses weitere Einflussfaktoren auf das Versagensverhalten identifiziert. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wurden verschiedene Optimierungsmaßnahmen abgeleitet.

Über die Maßnahme einer induktiven Spitzenhärtung hinaus erfolgte die Anpassung des Beschichtungssystems sowie des Schraubenwerkstoffes in Kombination mit angepassten, thermochemischen Wärmebehandlungsverfahren. Es wurde eine tribologisch ausschlaggebende Eigenschaftsänderung der Randschicht der Schraube erreicht, welche die adhäsive Neigung zwischen der Schraube und den Fügeteilen signifikant reduziert.

Auf dieser Grundlage konnte die Gewindeschädigung der fließlochformenden Schraube vermindert und eine Fügeeignung von Werkstoffkombinationen über die bisherigen Anwendungsgrenzen hinaus erzielt werden. Letztlich wurden die mechanischen Eigenschaften der Verbindungen und der Musterschrauben ermittelt.

Das IGF-Vorhaben „Entwicklung und Qualifizierung des Fließlochformschraubens zum Fügen höchstfester Stahlbleche und -profile" der Forschungsvereinigung   EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18930BR 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. 536 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

Within the framework of the research project, the process limits of flow drilling screws were extended on the basis of a further development of the auxiliary joining part.

For this purpose, first of all the joining ranges of reference screws for multi material combinations as well as steel combinations were determined by varying the process parameters rotational speed and axial force.

Within the scope of a screwing process analysis, screwing tests were carried out with different screw variants under variation of the screw coating system as well as different materials and process parameters. The correlation between the process parameters (rotational speed and axial force) and the essential quality characteristics of the joints was determined.

Furthermore, factors influencing the failure behaviour were identified within the scope of the investigations on the thermo-mechanical stress during the screwing process. Based on the findings, various optimization measures were derived.

Beyond the measure of inductive screw tip hardening, the coating system as well as the screw material were adapted in combination with adapted thermochemical heat treatment processes. A tribologically decisive change in the properties of the surface layer of the screw was achieved, which significantly reduces the adhesive inclination between the screw and the parts to be joined.

On this basis, the thread damage of the flow punch forming screw was reduced and a joining suitability of material combinations beyond the previous application limits was achieved. Finally, the mechanical properties of the joints and the sample screws were determined.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Forschung
2.1 Mechanische Fügeverfahren mit einseitiger Zugänglichkeit zur Fügestelle
2.2 Fließlochformendes Schrauben
2.2.1 Verfahrenseinordnung
2.2.2 Verfahrensprinzip
2.2.3 Prozessablauf
2.3 Wassersoff in Metallen
2.3.1 Wasserstoffaufnahme
2.3.2 Grundlagen der Wasserstoffversprödung
2.3.3 Einfluss des Werkstoffaufbaus auf eine Schädigung
2.3.4 Wasserstoffversprödung bei Schraubverbindungen
2.3.5 Ersatzversuche zum Nachweis einer Sprödbruchgefährdung
2.4 Grundlagen der Flüssigmetallversprödung
3 Versuchsrandbedingungen
3.1 Referenzschrauben
3.2 Werkstoffkombinationen
3.3 Versuchswerkstoffe
3.4 Probengeometrien
3.4.1 Bemusterungsprobe
3.4.2 Einschnittig überlappte Einpunktscherzugprobe
3.4.3 Einschnittig überlappte Kreuzkopfzugprobe
3.5 Füge- und Versuchseinrichtungen
3.5.1 Schraubautomat Weber RSF21
3.5.2 Universalprüfmaschine Zwick Z 100
3.5.3 Rumul HF-Pulser 150 kN
3.5.4 Schatz Schraubenprüfstand
4 Fügbarkeit ausgewählter Werkstoffkombinationen
4.1 Variation der Fügeteilanordnung bei Mischbauverbindungen
4.2 Verwendung unterschiedlicher Schraubengeometrien
5 Setzprozessanalyse
5.1 Variation der Drehzahl
5.2 Variation der Axialkraft
5.3 Kombinierte Betrachtung der Drehzahl und der Axialkraft
5.4 Einfluss der Axialkraft auf die Spaltbildung zwischen den Fügeteilen
5.5 Variation des Beschichtungssystems
5.6 Variation der Fügeteilanordnung
5.7 Variation der Fügeteilwerkstoffe
5.8 Variation Schraubengeometrie
6 Thermomechanische Belastung
6.1 Variation der Drehzahl
6.2 Variation der Axialkraft
6.3 Variation der Blechdicke
6.4 Ermittlung von Verglühzeiten und Verglühtemperaturen
6.4.1 Versuchsbeschreibung und Randbedingungen
6.4.2 Variation der Schraubspitzengeometrie
6.4.3 Variation des Beschichtungssystems
7 Versagensverhalten fließlochformender Schrauben bei Verschraubungen höchstfester Stahlwerkstoffe
7.1 Plastifizieren der Schraube
7.2 Deformationen des Schraubengewindes und Gefügeveränderungen im Fügeteilwerkstoff
8 Schraubenoptimierung und -entwicklung
8.1 Lokale Konditionierung der Schraube
8.2 Anpassung des Beschichtungssystems
8.3 Anpassung des Schraubengrundwerkstoffes
8.4 Anpassung des Wärmebehandlungsverfahrens
8.5 Ermittlung der Prozessgrenzen der weiterentwickelten Schrauben
9 Ermittlung des Potentials einer Flüssigmetall bzw. Wasserstoff induzierten Spannungsrisskorrosion
9.1 Ermittlung des Potentials einer Wasserstoffversprödung
9.2 Ermittlung des Potentials einer Flüssigmetallversprödung
9.2.1 Warmzugversuche an einschnittig überlappten Einpunktscherzugproben
10 Korrosionsuntersuchungen
10.1 Korrosionsverhalten der Hilfsfügeteile
10.2 Korrosionsverhalten gefügter und KTL-beschichteter Proben
10.3 Tragfähigkeit nach korrosiver Belastung
11 Tragfähigkeitsuntersuchungen
11.1 Ermittlung der Schraubenbruchmomente
11.2 Scherzugtragfähigkeit unter quasistatischer Belastung
11.3 Kopfzugtragfähigkeit unter quasistatischer Belastung
11.4 Scherzugtragfähigkeit unter zyklischer Belastung
12 Ergebnisse
12.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für kleine und mittelständische Unternehmen
13 Literaturverzeichnis