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EFB-Forschungsbericht Nr. 172

Fügen von Edelstahlblechen mit verzinkten Feinblechen durch Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Monika Timm, Institut für Produktionstechnik, Professur für Umform- und Urformtechnik der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Ing. Wilko Flügge, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn

185 Seiten (sw 180, 12 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-075-1

Preis (Digital) EUR 88,00

Preis (Print) EUR 98,40

Zusammenfassung

Sowohl das Stanznieten mit Halbhohl- als auch das Stanznieten mit Vollniet sind geeignet zum Verbinden von Edelstahlen mit verzinkten Feinblechen.

Beim Stanznieten mit Vollniet konnte mit gezielter Anpassung der Nietlange und der Matrizengravur charakteristische Verbindungsausbildung erzielt werden. Die standardmäßig verfügbare Vollnietkontur erwies sich als geeignet zum Verbinden von Edelstahlblechen mit verzinkten Feinblechen. Die verfügbare Stufung der Nietlängen (0,3mm) ist ausreichend, um die Nietlänge der Gesamtfügeteildicke anzupassen. Eine kleinere Stufung und damit ein größeres Sortiment an Vollnieten erscheint nicht notwendig. Bei der Auswahl der Matrizengravur gilt prinzipiell je größer die Festigkeit des stempelseitigen Materiales um so kleiner ist die Wirkfläche der Matrize zu wählen bei gleichzeitiger Vergrößerung der Konturhöhe. Die Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur der Fügeteile während des Setzprozesses zur Verringerung der Martensitbildung des austenitischen Stahles zeigen im Setzkurvenverlauf eine Verringerung der zur Verbindungserzeugung notwendigen Stanzkraft und somit des sich einstellenden Schnittschlages, was mit einer geringeren Maschinenbelastung einhergeht. Im metallographischen Querschliff wurden keine Änderungen in der Verbindungsausbildung festgestellt. Jedoch konnten höhere erreichbare quasistatische Festigkeiten und Arbeitsaufnahmevermögen der Verbindungen festgestellt werden.

Beim Stanznieten mit Halbhohlniet wurden ebenfalls charakteristische und reproduzierbare Fügeergebnisse beim Verbinden von Edelstählen mit verzinkten Feinblechen erzielt. Auch hier ist eine gezielte Matrizen- und Nietanpassung entsprechend der Fügeaufgabe zur Optimierung der Verbindung notwendig, um eine optimale Verbindungstragfähigkeit zu erzielen. Dabei ist beim Einsatz der metastabilen austenitischen Stähle je Blechcharge eine Optimierung zu empfehlen. Eine Erhöhung der Niederhalterkraft bewirkt keine Verbesserung des Schneidverhaltens des Nietes bei der Verbindungsausbildung.

Die Temperatur der Fügeteile hat signifikanten Einfluss auf die Verformungsmartensitbildung während des Setzprozesses. Bei einer Temperatur der Fügeteile von 80°C wahrend des Setzprozesses ist der im Austenit entstehende Martensitgehalt auf rund 30% reduzierbar. Auf die Fügeelementausbildung und dessen Tragverhalten wurde für die betrachteten Verbindungsvarianten kein wesentlicher Einfluss erkannt.

Ein Geschwindigkeitseinfluß auf das Fügeergebnis bei der Verarbeitung von austenitischen Stählen konnte nicht nachgewiesen werden.

Das Forschungsvorhaben „Fügen von Edelstahlblechen mit verzinkten Feinblechen durch Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet“ wurde unter der Fördernummer AiF 11844B 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. 172 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Erkenntnisse I Technik
2.1 Umformeigenschaften nichtrostender Stähle
2.2 Stanznieten mit Vollniet
2.3 Stanznieten mit Halbhohlniet
3 Mittel, Wege und Verfahren
3.1 Versuchsstand zum Stanznieten mit Vollniet
3.2 Versuchstand zum Stanznieten mit Halbhohlniet
3.3 eingesetzte Prüfeinrichtungen
3.3.1 Prüfmaschinen zur Ermittlung der Tragfähigkeit unter statischer Belastung
3.3.2 Prüfmaschinen zur Ermittlung der Tragfähigkeit unter dynamischer Belastung
3.3.3 Prüfstand zur Ermittlung des Martensitgehaltes in gesetzten Verbindungen
3.3.4 Probenformen
3.3.5 genutzte Korrosionstests
3.3.6 Ermittlung der Werkstoffkennwerte
4 Zielstellung
5 Versuchswerkstoffe
6 Untersuchungen zum Stanznieten mit Vollniet
6.1 Versuchsplan und eingesetzte Materialien
6.2 Voruntersuchungen
6.2.1 Verbindungsausbildung bei Nietnenndurchmesser 4mm
6.2.2 Verbindungsfestigkeiten urid Versagensverhalten bei Nietnenndurchmesser 4mm
6.2.3 Fazit
6.3 Untersuchungen mit dem Nietnenndurchmesser 5mm
6.3.1 Verbindungsausbildung
6.3.2 Verbindungsfestigkeiten und Versagensverhalten unter quasistatischer Belastung
6.3.3 Vergleich der quasistatischen Verbindungsfestigkeiten bei Verwendung unterschiedlicher Nietnenndurchmesser
6.3.4 Einfluß der Fügetemperatur auf den Setzvorgang
6.3.5 Einfluß der Fügetemperatur auf die erreichbare quasistatische Verbindungsfestigkeit
6.3.6 Verbindungsfestigkeiten und Versagensverhalten unter dynamischer Belastung
6.4 Prozeßsicherheit und Fertigungseinflüsse
7 Untersuchungen zum Stanznieten mit Halbhohlniet
7.1 Untersuchungen von Einflußfaktoren auf die Fügeelementausbildung
7.1.1 Niederhaltereinfluß
7.1.2 Einfluß der Niederhalterkraft beim Verbinden eines stempelseitigen angeordneten austenitischen Edelstahlblech mit einem verzinkten Tiefziehstahlblech
7.1.3 Fügetemperatur
7.1.4 Fügegeschwindigkeit
7.2 Tragfähigkeitsuntersuchungen
7.2.1 Eingestellte Fügeparameter
7.2.2 Dokumentation der Fügekraft-Stempelwegverläufe
7.2.3 Untersuchungen der Martensitverteilung in den metastabilen austenitischen Fügeteilwerkstoffen
7.2.4 Untersuchungen zur quasistatischen Tragfähigkeit
7.2.5 Untersuchungen zur dynamisch schwingenden Tragfähigkeit
7.3 Korrosionsuntersuchungen
7.3.1 Korrosionsuntersuchung der Verbindung eines matrizenseitig angeordneten ferritischen nichtrostenden Stahlbleches
7.3.2 Korrosionsuntersuchung der Verbindung eines matrizenseitig angeordneten austenitischen nichtrostenden Stahlbleches
7.3.3 Korrosionsuntersuchung der Verbindung eines matrizenseitig angeordneten austenitischen nichtrostenden Stahlbleches
7.3.4 Fazit aus den Korrosionstests
8 Zusammenfassung
9 Literatur
Anhang