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EFB-Forschungsbericht Nr. 191

Thermisch unterstütztes Stanznieten

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Monika Timm, Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden

104 Seiten (sw 71, teils farbige Abb., 7 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-091-1

Preis (Digital) EUR 51,00

Preis (Print) EUR 57,80

Zusammenfassung

Zur Verbindung von Bauteilen aus höherfesten Materialien und aus Edelstählen sind sowohl das Stanznieten mit Halbhohlstanzniet als auch das Stanznieten mit Vollniet in ihren Verfahrensgrenzen geeignet. Bei den untersuchten Kombinationen konnten charakteristische und reproduzierbare Fügeergebnisse erzielt werden.

Das Stanznieten höherfester Materialien und austenitischer Edelstähle größerer Gesamtfügeteildicke führt zu hohen Maschinen- und Hilfsfügeteilbelastungen, so dass die Grenzen beider Verfahren erreicht werden. Beim Fügen von austenitischen Edelstählen durch Stanznieten mit Halbhohlstanzniet mit erwärmten Fügeteilen sind sowohl in der Verbindungsausbildung als auch in der zu erwartenden Verbindungsfestigkeit positive Effekte erkennbar. Dies widerspiegelt sich jedoch nicht beim Fügen höherfester Materialien.

Beim Stanznieten mit Vollniet werden ebenfalls die Verfahrensgrenzen deutlich (Stauchung und Deformation des Nietes). Durch gezielte Matrizenanpassung an die Fügeaufgabe kann dies nicht vermieden werden. Die zur Durchtrennung der Fügeteile notwendige Schneidkraft steigt mit zunehmender Fügeteilfestigkeit und Gesamtfügeteildicke, hinzu kommen materialspezifische Eigenschaften, wie die Bildung von Umformmartensit bei austenitischen Edelstählen, die erheblich höhere Prozesskräfte erfordern. Durch Erwärmung der Fügeteile vor dem Stanznietprozess sinkt die zur Durchtrennung der Fügeteile notwendige Schneidkraft. Die Reduktion des Schnittschlages während des Nietsetzprozesses ist ebenfalls festzustellen. Die Niet- und Anlagenbelastung während des Setzprozesses wird durch die Erhöhung der Fügeteiltemperatur während des Setzprozesses reduziert.

Die Bildung von Umformmartensit bei austenitischen Edelstählen kann wesentlich durch Temperatureinwirkung während des Umformprozesses reduziert werden. Durch diesen Effekt konnten die Verfahrensgrenzen des Stanznietens mit Vollniet erweitert werden.

Durch die Erwärmung der Fügeteile vor dem Nietsetzprozess sind Steigerungen der Verbindungsfestigkeiten und des Arbeitsaufnahmevermögens bis zum Kraftmaximum nachgewiesen worden. Exemplarisch wurde auch die Verbesserung der dynamischen Tragfähigkeit der Verbindungen, welche mit Temperatureinwirkung auf die Fügeteile vor dem Stanznietprozess erzeugt wurden, nachgewiesen.

Im Rahmen des Projektes wurde eine Prototypenanlage zum thermisch unterstützten Stanznieten realisiert. In eine Serienanlage mit Vollniet wurde eine Widerstandserwärmungseinheit implementiert, die es ermöglicht, die Fügeteile vor dem Nietsetzprozess zu erwärmen, ohne die Taktzeiten zu verlängern. Leichte Elektrodenkontaktspuren lassen sich nicht vermeiden. Wie die durchgeführten Korrosionstests zeigten, sind diese Elektrodenkontaktspuren kein Ausgangspunkt für Korrosion, so dass davon ausgegangen werden kann, dass keine signifikante Oberflächenbeschädigung durch Erwärmung auftritt.

Das Forschungsvorhaben „Thermisch unterstütztes Stanznieten“ wurde unter der Fördernummer AiF 12241BR 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. 191 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Zusammenfassung
1 Einleitung
2 Stand der Erkenntnisse / Technik
2.1 Umformeigenschaften nichtrostender Stähle
1.2 Stanznieten mit Vollniet
1.3 Stanznieten mit Halbhohlstanzniet
3 Zielstellung
4 Mittel, Wege und Verfahren
4.1 Versuchsstand zum Stanznieten mit Vollniet
4.2 Versuchstand zum Stanznieten mit Halbhohlstanzniet
4.3 eingesetzte Prüfeinrichtungen
4.3.1 Prüfmaschinen zur Ermittlung der Tragfähigkeit unter statischer
Belastung
4.3.2 Prüfstand zur Ermittlung der Tragfähigkeit unter schlagartiger
Belastung
4.3.3 Prüfmaschinen zur Ermittlung der Tragfähigkeit unter dynamischer
Belastung
4.3.4 Prüfstand zur Ermittlung des Martensitgehaltes in gesetzten
Verbindungen Beurteilung der Fügeteilerwärmung auf das Fügeergebnis
4.3.5 Probenformen zur Ermittlung der Verbindungsfestigkeiten
4.3.6 Genutzte Korrosionstests
4.3.7 Ermittlung der Werkstoffkennwerte
5 Versuchswerkstoffe
6 Prinzipversuche zum Stanznieten mit erwärmten Fügeteilen
6.1 Stanznieten mit Halbhohlstanzniet
1.2 Stanznieten mit Vollniet
7 Implementierung der Widerstandserwärmung in die Stanznieteinheit
7.1 Möglichkeiten der Widerstandserwärmung
7.2 Umsetzung in Form einer Ringelektrode
7.3 Umsetzung als Punktelektroden
7.4 Steuerungsmöglichkeiten der Widerstandserwärmung
7.5 Fazit aus der Umsetzung einer Prototypenalage zum Stanznieten mit Vollniet mit Widerstandserwärmung
8 Ergebnisse der Untersuchungen zur kombinierten Fügetechnik
8.1 Versuchsplan und Durchführung
8.2 Verbindungsausbildung
8.3 Ergebnisse der Martensitmessungen
8.4 Ergebnissse der quasistatischen Untersuchungen
8.5 Vergleich der quasistatischen Ergebnisse mit dem Punktschweißen
8.6 Ergebnisse der dynamischen Untersuchungen
8.7 Ergebnisse der schlagartigen Untersuchungen
8.8 Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen
9 Zusammenfassung
10 Literatur