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EFB-Forschungsbericht Nr. 127

Einfluss von Kaltverfestigungen in Fügeteilen aus Aluminium auf den umformtechnischen Fügeprozess

efb127

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner, Dipl.-Ing. Reinhard Mauermann, Institut für Produktionstechnik, Lehrstuhl für Urform- und Umformtechnik der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Ing. Jan R. Kurzok Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn

221 Seiten (Sw 105, teils farbige Abb., 24 Tab., 103 Diag.)

ISBN: 978-3-86776-259-5

Preis (Digital) EUR 95,00

Preis (Print) EUR 107,00

Schlagworte: Rechner

Zusammenfassung

Das Clinchen und Stanznieten findet in der dünnblechverarbeitenden Industrie als kostengünstiges Verfahren mit großem Einsatzspektrum als Alternative zum Widerstandspunktschweißen zunehmend Anwendung.

In einigen Anwendungsfällen hat jedoch der unreflektierte Einsatz des Clinchens zu Mißerfolgen und somit zu Restriktionen gegenüber dieser noch relativ jungen und unerforschten Technologie geführt. Erste Untersuchungen zeigten, daß einige schlechte Erfahrungen auf das Vernachlässigen von Vorverformungen in den Fügeteilen zurückzuführen waren. Es zeigte sich, daß vor allem das Vernachlässigen von Vorverformungen im stempelseitigen Fügeteil beim Clinchen zu starken Einbußen im Tragverhalten unter vorwiegend Scherzugbelastung führt.

Die Ursachen für die beobachteten Effekte kann auf die übliche Vorgehensweise bei der Auswahl der Fügewerkzeuge und -parameter zurückgeführt werden. Der Anwender sendet zur Bemusterung mit den verschieden Fügesystemen Bleche im Anlieferzustand an die Systemanbieter.

Diese wählen dann für die gewünschten Fügeteile die Fügewerkzeuge und Prozeßparameter in der Art aus, dass maximale Festigkeiten im quasistatischen Scherzugversuch erreicht werden.
Im Rahmen dieses Projektes wurde zur Auswahl der Fügewerkzeuge eine andere Vorgehensweise aufgezeigt. Zur Bemusterung wurden mittels Längen vorverformte Bleche zu Grunde gelegt.

Es zeigte sich, daß im Vergleich zur üblichen Vorgehensweise die Verwendung flacherer Matrizen und geringerer Restbodendicken günstig zum Verbinden vorverformter Halbzeuge ist. Es lassen sich sowohl Fügeparameterkombinationen finden, die besonders für das Verbinden stark vorverformter Blech geeignet sind, als auch solche, die im gesamten betrachteten Verformungsspektrum einsetzbar sind. Werden die ersteren zum Verbinden nicht vorverformten Fügeteile eingesetzt, so ist mit starken Einbußen im Tragverhalten der Verbindungen im Vergleich zu den Ergebnissen aus den Bemusterungen zu rechnen. Mittels der Werkzeuge, die im gesamten Verformungsspektrum einsetzbar sind, lassen sich Verbindungen erzeugen, die zwar nicht das jeweilige Optimum erzielen, aber sie reagieren tolerant auf die veränderten Werkstoffeigenschaften.

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 kaltverfestigter Aluminiumbleche auftreten können, dem Anwender das Wissen gegeben wird, langwierige Optimierungsprozesse zu verkürzen.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Einfluss von Kaltverfestigungen in Fügeteilen aus Aluminium auf den umformtechnischen Fügeprozess“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 10896B 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. 127 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

I Inhaltsverzeichnis
II Verwendete Abkürzungen und Formelzeichen
1 Einleitung (LWF)
2 Stand der Technik
2.1 Mechanisches Fügen (LWF)
2.1.1 Clinchen
2.1.2 Stanznieten
2.2 Fügen vorverformter Bleche (LWF)
3 Aufgabenstellung
3.1 Analyse des Einflusses der Höhe der Umformung (LWF)
3.2 Analyse des Einflusses der Art der Umformung (IPT)
3.3 Fügeparameteranpassung zum Fügen vorverformter Aluminiumhalbzeuge (LWF)
3.4 Erstellen von Handlungsempfehlungen (LWF)
4 Verwendete Einrichtungen, Proben und Verfahren
4.1 Ermittlung der mechanischen Kennwerte der Fügeteilwerkstoffe (LWF)
4.2 Quasistatischer Scher- und Schälzugversuch (LWF)
4.3 Schwingfestigkeitsversuch (LWF)
4.4 Schlagscherzugversuch (LWF)
4.5 Einrichtungen (IPT)
5 Versuchswerkstoff und angewendete Umformverfahren
5.1 Anlieferzustand (LWF)
5.2 Vorverformung zur Untersuchung des Einflusses der Höhe der Umformung (LWF)
5.2.1 Einachsiges Längen (LWF)
5.2.2 Walzen (Alusuisse)
5.3 Vorverformungen zur Untersuchung der Umformart (IPT)
5.3.1 Streifenzug (Bild A2)
5.3.2 Hutprofilzug (Bild A3)
5.3.3 Längen
5.3.4 Streckzug nach Marciniak (Bild A7)
5.3.5 Walzen
5.4 Wärmebehandlung (LWF)
5.4.1 Fertigungsnaher Wärmezyklus
5.4.2 Synthetischer Wärmezyklus
6 Untersuchungen zum Einfluß der Höhe der Umformung auf das Fügeergebnis (LWF)
6.1 Clinchsystem TOX-Rundpunkt
6.1.1 Prozeßverläufe
6.1.2 Innere Fügeelementgeometrie
6.1.3 Tragverhalten unter schwingender Scherzugbelastung
6.1.4 Tragverhalten unter schlagartiger Scherzugbelastung
6.1.5 Tragverhalten unter quasistatischer Schälzugbelastung
6.2 Clinchsystem Eckold R-DF
6.2.1 Prozeßverläufe
6.2.2 Innere Fügeelementgeometrie
6.2.3 Tragverhalten unter schwingender Scherzugbelastung
6.2.4 Tragverhalten unter schlagartiger Scherzugbelastung
6.2.5 Tragverhalten unter quasistatische Schälzugbelastung
6.3 Stanznieten mit Halbhohlniet, Böllhoff
6.3.1 Prozeßverläufe
6.3.2 Innere Fügeelementgeometrie
7 Fügeparameteranpassungen zum Fügen vorverformter Halbzeuge (LWF)
7.1 Auswahlmatrix für das System TOX
7.2 Auswahlmatrix für das System Eckold R-DF
8 Verifikation der Allpassungen (LWF)
8.1 Clinchsystem TOX-Rundpunkt
8.1.1 Prozeßverläufe
8.1.2 Innere Fügeelementgeometrie
8.1.3 Tragverhalten unter quasistatischer Scherzugbelastung
8.1.4 Tragverhalten unter schwingender Scherzugbelastung
8.1.5 Tragverhalten unter schlagartiger Scherzugbelastung
8.1.6 Tragverhalten unter quasistatischer Schälzugbelastung
8.2 Clinchsystem Eckold R-DF
8.2.1 Prozeßverläufe
8.2.2 Innere Fügeelementgeometrie
8.2.3 Tragverhalten unter quasistatischer Scherzugbelastung
8.2.4 Tragverhalten unter schlagartiger Scherzugbelastung
8.2.5 Tragverhalten unter quasistatischer Schälzugbelastung
9 Untersuchungen mit dem durch Walzen vorverformten Werkstoff (LWF)
9.1 Clinchsystem TOX-Rundpunkt
9.2 Clinchsystem Eckold R-DF
10 Untersuchungen mit dem wärmebehandelten Werkstoff(LWF)
11 Untersuchungen zum Einfluß der Art der Umformung (IPT)
11.1 Messungen an einem Realbauteil
11.2 Versuche zur Art der Vorverformung
11.3 Ermittlung des vorliegenden Verformungszustandes
11.4 Ergebnisse zum Einfluß des vorliegenden Verformungszustandes beim Halbhohlstanznieten (siehe Diagramme Al bis A8)
12 Ableitung von Handlungsempfehlungen
12.1 Auswahl geeigneter Fügewerkzeuge und -parameter (LWF)
13 Zusammenfassung und Ausblick
14 Literatur
15 Anlage Tabellen
16 Anlage Bilder
17 Anlage Diagramme