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EFB-Forschungsbericht Nr. 139

Einfluss einer organischen Beschichtung auf die tribologischen und umformtechnischen Mechanismen beim Durchsetzfügen von Stahlfeinblechen

efb139.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Ing. Martin Bangel, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität-Gesamthochschule Paderborn, Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner, Dipl.-Ing. Jan Kalich, Institut für Produktionstechnik, Lehrstuhl für Urform- und Umformtechnik der Technischen Universität Dresden

240 Seiten (Sw 232 Abb., 11 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-270-0

Preis (Digital) EUR 102,00

Preis (Print) EUR 114,50

Schlagworte: Qualität, tribologisch, optisch, Fügeverfahren

Zusammenfassung

Der Einsatz organisch vorbeschichteter Bleche bietet eine Vielzahl wirtschaftlicher und technologischer Vorteile. Organisch bandbeschichtetes Stahlblech ist ein Werkstoff, der mit einer hohen und reproduzierbaren Qualität hergestellt werden kann und somit höchsten Anforderungen gerecht wird. Eine Vielzahl verschiedener Beschichtungssysteme mit speziellen Eigenschaften ermöglicht den Einsatz vorbeschichteter Bleche für unterschiedlichste Anwendungen.

Die Verwendung eines Werkstoffes mit hohem Oberflächenveredelungsgrad erfordert den Einsatz werkstoffgerechter Fertigungsverfahren. Dies gilt insbesondere für das Fügen, da die in der Blechverarbeitung zum Verbinden unbeschichteter Fügeteile weit verbreiteten Schmelz- und Pressschweißverfahren bei den meisten organisch bandbeschichteten Werkstoffen nicht einsetzbar sind. Als Alternative bieten sich hier die wärmearmen mechanischen Fügeverfahren an.

Aus diesem Grund war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Eignung des Clinchens zum Fügen organisch beschichteter Stahlbleche sowie den Einfluss einer organischen Beschichtung auf die Qualitätsmerkmale einer Clinchverbindung zu untersuchen und zu bewerten. Dazu wurden Untersuchungen an Clinchverbindungen organisch beschichteter und, als Referenz. unbeschichteter Fügeteile unter mechanischer Belastung durchgeführt. Des weiteren wurden die Verbindungen bandbeschichteter Bleche bzgl. des optischen Erscheinungsbildes und des Korrosionsverhaltens bewertet.

Die Ergebnisse der Untersuchungen stellen der Konstruktion wichtige Verbindungskennwerte zur Verfügung und geben Hinweise für die Fertigung und die Verfahrenstechnik. Damit unterstützt dieser Bericht vor allem kleine und mittelständische Unternehmen, da durch Hinweise auf' mögliche Probleme, die beim Fügen organisch beschichteter Bleche auftreten können, dem Anwender das Wissen gegeben wird, langwierige Optimierungsprozesse zu verkürzen.

Das Forschungsvorhaben „Einfluss einer organischen Beschichtung auf die tribologischen und umformtechnischen Mechanismen beim Durchsetzfügen von Stahlfeinblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 10881B 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. 139 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Abkürzungen und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Organisch bandbeschichtetes Stahlblech
2.1.1 Anwendungsgebiete
2.1.2 Herstellung
2.2 Durchsetzfügen/Clinchen
2.2.1 Technische Grundlagen
2.2.2 Einteilung der Clinchverfahren
2.2.3 Eigenschaften von Clinchverbindungen
2.3 Einfluß der Fügeteiloberfläche auf die Eigenschaften von Clinchverbindungen
3 Zielsetzung
4 Versuchsbedingungen
4.1 Fügeteilwerkstoffe
4.2 Fügeverfahren
4.2.1 Einstufiges nichtschneidendes Clinchen mit ungeteilter Matrize
4.2.2 Einstufiges nichtschneidendes Clinchen mit geteilter Matrize
4.2.3 Zweistufiges nichtschneidendes Clinchen
4.3 Probenformen und -fertigung
4.3.1 Probenformen
4.3.2 Herstellung der Verbindungen
4.3.3 Anordnung der Beschichtungen zur Fügerichtung
4.4 Prüfverfahren und -einrichtungen
4.4.1 Metallographische Untersuchungen
4.4.2 Prüfung unter quasistatischer Belastung
4.4.3 Prüfung unter schwingender Belastung
5 Optische Beurteilung der Fügeelemente
5.1 Charakterisierung der Beschichtungssysteme
5.1.1 Gitterschnittprüfung
5.1.2 Tiefungsversuch nach Brichsen
5.1.3 Abreißversuch zur Beurteilung der Haftfestigkeit
5.2 Analyse der Oberflächenvergrößerung im Fügepunkt
5.3 Bewertung der Fügeelementausbildung
6 Untersuchungen zur Fügeelementausbildung und Verbindungsfestigkeit
6.1 Auswahl der Fügeparameter
6.2 Untersuchungen zur Prozeßsicherheit
6.3 Versagensverhalten von Clinchverbindungen
6.4 Untersuchungen unter quasistatischer Belastung
6.4.1 Einfluß einer Fügeteilbefettung auf die Verbindungseigenschaften
6.4.1.1 TOX
6.4.1.2 Eckold R-Druckfügen
6.4.1.3 Attexor Spot Clinch D [R]
6.4.2 Einfluß einer organischen Beschichtung auf die Verbindungseigenschaften
6.4.2.1 TOX
6.4.2.2 Eckold R-Druckftigen
6.4.2.3 Attexor Spot Clinch D [R]
6.4.3 Einfluß der Anordnung der Fügeteilbeschichtungen zur Fügerichtung auf die Verbindungsfestigkeit
6.4.3.1 TOX
6.4.3.2 Attexor Spot Clinch D [R]
6.5 Untersuchungen unter schwingender Belastung
6.5.1 TOX
6.5.2 Attexor Spot Clinch D [R]
6.6 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse
7 Einfluß einer korrosiven Belastung auf die Qualitätsmerkmale von Clinchverbindungen
7.1 Salzsprühkammer
7.2 Auswertung
7.2.1 Prüfergebnisse nach 96 h
7.2.1.1 Eckold R-Druckftigen
7.2.1.2 TOX
7.2.1.3 Attexor Spot Clinch D [R]
7.2.2 Prüfergebnisse nach 384 h
7.2.2.1 Eckold R-Druckftigen
7.2.2.2 TOX
7.2.2.3 Attexor Spot Clinch D [R]
8 Zusammenfassung
9 Literaturverzeichnis
Anhang
Anhang A: Ergebnisse der Festigkeitsuntersuchungen unter quasistatischer Belastung
Anhang B: Ergebnisse der Festigkeitsuntersuchungen unter schwingender Belastung
Anhang C: Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen