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EFB-Forschungsbericht Nr. 173

Fügen von Aluminiumdruckgußwerkstoffen mit Aluminiumblechen und -profilen durch Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet

EFB173.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Jan Kalich, Institut für Produktionstechnik, Professur für Umform- und Urformtechnik der Technischen Universität Dresden

114 Seiten (sw 78, teils farbige Abb., 1 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-143-7

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Zusammenfassung

Bei matrizenseitiger Anordnung von Aluminiumdruckgussteilen (t=1,80-2,10mm) in Kombination mit Aluminiumknetlegierungen und Strangpressprofilen sind die Verfahren Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet geeignet, um entsprechend den allgemeingültigen Qualitätskriterien und unter Praxisbedingungen reproduzierbare Verbindungen auszuführen.

Stanznieten mit Vollniet:

Das Schneidvermögen der gehärteten Stahlniete ist in jedem Falle ausreichend, das Stanzen der Fügeteile auszuführen. Mit der Anpassung von Niederhalterkraft und Matrizengravur kann einzugs- bzw. gratarmes Schneiden des stempelseitigen Fügeteiles als Grundvoraussetzung für den matrizenseitigen Formschluss gewährleistet werden.

Die ausschließlich auf Druckumformung beruhende Erzeugung von Form- und Kraftschlussanteil erlaubt das riss- bzw. schädigungsfreie Setzen des Stanznietes. Vollständig ebener Sitz des Senkkopfes und symmetrische Schaftnutausfüllung kennzeichnen das Optimum der erreichbaren Fügeelementausbildung.

Stanznieten mit Halbhohlniet:

Das Schneidvermögen des Halbhohlnietes ist in jedem Falle ausreichend, das Stanzen des stempelseitigen Fügeteiles auszuführen. Kritische Phase beim Stanznietvorgang ist die Ausformung des matrizenseitigen Fügeteiles, wo es aufgrund von Dehnungs- und Zugbeanspruchung zur Rissbildung im Fügeteilwerkstoff kommen kann.

Mit Einsatz der visioplastischen Werkstoffflussanalyse ist eine gezielte Matrizenauslegung möglich, in deren Ergebnis ein Kompromiss zwischen Fügeteilbeeinflussung und Tragverhalten steht. Mit Reduzierung der Matrizenhauptabmessungen wird die Rissbildung sicher unterbunden, bei gleichzeitig ausreichender Verbindungsfestigkeit.

Variation Aushärtungszustand Stanznieten Vollniet/Halbhohlniet:

Nietsetzvorgang, Fügeelementausbildung und Verbindungsfestigkeit (Fügen in T4; Prüfen in T6) ergeben sich für den Aushärtungszustand T6 des matrizenseitigen Fügeteiles adäquat zum Aushärtungszustand T4. Diese Aussage kann bei sorgfältiger Auslegung der Stanznietverbindung für andere praxisrelevante Aushärtungszustande (T6x, T7) gelten.

Bei Kompromissauslegung der Stanznietverbindung besteht die Möglichkeit, mit einer Niet-Matrizen-Kombination sowohl den Aushärtungszustand T4 (Bauteilfertigung) als auch den Aushärtungszustand T6 (Reparatur, Umbau) zu fügen.

Versagensverhalten:

Das Versagensverhalten unter quasistatischer Belastung der gefügten Verbindungen (Blech-Guß-Verbindung) bei gleicher Fügeteileinzeldicke ist identisch zu denen der Blech-BIech-Verbindungen. Typisch ist bei einem Fügeteildickenverhältnis t1/t2 < 0,6 ein Verbleiben des Nietelementes im matrizenseitigen Fügeteil, bei einem Fügeteildickenverhältnis t1/t2 > 0,7 erfolgt ein Umkippen des Punktversagens durch Herausziehen aus dem matrizenseitigen Fügeteil.

Die aus umformtechnischer Sicht für das Stanznieten besser geeigneten Knetlegierungen können mit Stanznieten, Werkzeugen und Parametern, die denen von Gußwerkstoffen gleicher Dicke entsprechen, ohne besondere Vorkehrungen gefügt werden.

Das Forschungsvorhaben „Fügen von Aluminium-Druckgußwerkstoffen mit Aluminiumblechen und -profilen durch Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet“ wurde unter der Fördernummer AiF 12083B 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. 173 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Zusammenfassung
Verwendete Abkürzungen und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Zielsetzung
3 Stand der Technik
3.1 Stanznieten mit Halbhohlniet
3.2 Stanznieten mit Vollniet
3.3 Einsatz von Aluminiumdruckgußwerkstoffen
4 Versuchswerkstoffe
4.1 Aushärtbare Aluminiumbleche der Legierungsfamilie AIMgSi
4.2 Aluminiumbleche AIMg3
4.3 Strangpreßprofile AIMgSiXX
4.4 Aluminiumdruckgußwerkstoff AISi10Mg
4.5 Aluminiumdruckgußwerkstoff AIMg5Si2Mn
4.6 Stanznietsysteme
4.6.1 Stanznieten mit Halbhohlniet
4.6.2 Die Setzeinrichtung
4.7 Stanznieten mit Vollniet
4.7.1 Der Stanzniet
4.7.2 Die Matrize
4.7.3 Die Setzeinrichtung
5 Arbeitsplan
5.1 Kennwertermittlung der Versuchswerkstoffe
5.2 Stand der Technik zur Rißbildung
5.3 Visioplastische Untersuchung zur Optimierung der Matrizenkontur…
5.3.1 Verfahrensbeschreibung der visioplastischen Analyse
5.3.2 Matrizenkontur I
5.3.3 Matrizenkontur II
5.3.4 Matrizenkontur
6 Fügen unterschiedlicher Aushärtungszustände des Druckgußwerkstoffes
6.1 Halbhohlniet
6.1.1 Gußzustand
6.1.2 Zustand T4- kaltausgehärtet -
6.1.3 Zustand T5 - teilweise warmausgehärtet-
6.1.4 Zustand T6 - warmausgehärtet -
6.1.5 Zustand T7 - Oberhärtet -
6.1.6 Strangpreßprofil T4 und T6
6.2 Vollstanzniet
6.3 FUgen im Zustand T4
6.3.1 Prüfung der Verbindungsfestigkeit
6.3.2 Stanznieten mit Halbhohlniet
6.3.3 Stanznieten mit Vollniet
7 Vergleich zu Knetlegierungen
7.1 Setzprozeß
7.2 FOgeelementausbildung
7.3 Festigkeit (quasistatisch)
7.4 Qualitative Abschätzung
8 Literaturverzeichnis
Anhang A
Anhang B