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EFB-Forschungsbericht Nr. 084

Fertigungseinflüsse auf hochfeste Blindnietverbindungen

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Verfasser:
Dr.-Ing. Herbert Zorn, Dr.-Ing. Klaus Dehlke, Institut für Fertigungstechnik, Universität Rostock

150 Seiten (Sw 88, teils farbige Abb., 18 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-013-3

Preis (Digital) EUR 62,00

Preis (Print) EUR 69,60

Zusammenfassung

Mit der Blindniettechnik steht ein Fügeverfahren zur Verfügung mit dem gute bis sehr gute Bauteiltragverhaltenseigenschaften sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Belastung erreicht werden können.

Verbindungseigenschaften werden bestimmt durch den gesetzten Blindniet und die Bauteileigenschaften.
Die Ausprägung der Blindnieteigenschaften im Zuge des Setzprozesses wird auch durch die Bauteilvorbereitung beeinflußt. Für eine gleichbleibende Fertigungsqualität sind gesicherte Erkenntnisse über die Auswirkungen von Fertigungseinflüssen auf die Tragverhaltenseigenschaften erforderlich.

In der Blindniettechnik müssen dafür in der Regel applikations- und blindnietabhängige Bauteilprüfungen durchgeführt werden, da das Vielparameterproblem Tragverhalten durch die Vielzahl unterschiedlichster Blindniete mit differenzierten Eigenschaften aufgeweitet wird. Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Fertigungseinflüsse auf hochfeste Blindnietverbindungen" wurden als ein Beitrag zur weiteren Transparenz dieses Problemkreises vorrangig grundlegende Untersuchungen zum Einfluß der Bauteilvorbereitung (Nietlochfertigungsverfahren, Nietlochdurchmesser, Nietlochdurchmesserkombinationen) auf das Tragverhalten einschnittiger scherbelasteter Einzel- und Mehrnietproben mit fünf unterschiedlichen Blindnieten in drei Grundwerkstoffen durchgeführt. Ergänzend erfolgten Zeitfestigkeitsuntersuchungen an einschnittigen Einzel- und Mehrnietproben sowie FEM-Rechnungen.

Es konnte festgestellt werden, daß der Nietlocheinfluß im Bereich der herstellerseitig angegebenen Durchmesser auf den Anstiegswinkel der Elastizitätsgeraden αund die Strecklast FP0,2 einschnittiger Scherzugproben geringfügig ist. In Tabelle 6.1 (s. in vollst. Text) sind die blindnietabhängige Einflußgrößen auf statische Festigkeitskennwerte einschnittiger scherbelasteter Blindnietverbindungen aufgelistet. Eine qualitative Wertung erfolgte durch kursive Hervorhebung der dominanten Einflußgrößen.

Unterschiedlich gefertigte Nietlöcher beeinflussen die Maximallast Fm, aber insbesondere die Verformungsarbeit Wv stark. Die Kennwertminderung ist blindnietartspezifisch und wird u.a. durch das Schließkopf-/Nietlochdurchmesserverhältnis bestimmt.

Auch nicht systematisch untersuchte Abweichungen von Fertigungsqualitäten (Nietlochversatz, geometrische Abweichungen usw.) haben eher einen geringen Einfluß auf die Scherzugkennwerte bzw. liegen in der Tendenz. Sie können jedoch Ursache von fehlerhaften Verbindungen im Zuge der Blindnietumformung beim Setzprozeß (z.B. Abstandsnietungen) sein. Das blindnietartspezifische Umformverhalten ist in Abhängigkeit von den Fertigungsbedingungen in jedem Fall für die Sicherung einer gleichbleibenden Verbindungsqualität, insbesondere der Geometrie, zu berücksichtigen. Markantester Unterschied hinsichtlich des Umformverhaltens besteht bei den untersuchten Blindnieten in der Schließkopfbildung und dem Nietlochfiillvermögen.

Der Schließkopfdurchmesser wird bei Hülsenfaltung im Wesentlichen durch die Fügegutdicke beeinflußt, während er bei Hülsenaufweitung applikationsunabhängig ist. In Anzugs- und Klemmkraftverläufen widerspiegelt sich der Einfluß der Bauteilvorbereitung auf die Blindnietumformung beim Setzprozeß am deutlichsten. Bohrlochdurchmesser- und klemmlängenabhängige Anzugskraftverläufe und Klemmkräfte unterstreichen die Notwendigkeit der Berücksichtigung differenzierter Blindnietumformeigenschaften bei der Bauteilvorbereitung bzw. bei der BlindnietauswahL Anhand ausgewählter spannungsoptischer Untersuchungen wird weiterhin die Bauteilbeeinflussung infolge Lochleibungsdruck durch die Hülsenaufweitung im Nietloch gezeigt.

Das Forschungsvorhaben „Fertigungseinflüsse auf hochfeste Blindnietverbindungen“ wurde unter der Fördernummer AiF 9396B 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. 84 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Problemstellung
2 Kenntnisstand und Lösungsweg
3 Fertigungseinflüsse und Blindnieteigenschaften
3.1 Fertigungseinflüsse
3.2 Charakteristische Eigenschaften der untersuchten Blindniete
4 Tragverhaltenseigenschaften
4.1 Tragverhalten bei quasistatischem Scherzug
4.1.1 Versuchsprogramm
4.1.2 Versuchsdurchführung
4.1.3 Kennwerte der Blechwerkstoffe
4.1.4 Ergebnisse der Scherzugversuche an einschnittigen Einzelnietproben
4.1.4.1 Bezugswerte
4.1.4.2 Einfluß der Nietlochdurchmessers und der Nietlochfertigungsart
4.1.4.3 Einfluß von Nietlochdurchmesser-Kombinationen
4.1.4.4 Traglastdiagramme der Einzelnietproben
4.1.5 Ergebnisse der Scherzugversuche an einschnittigen Mehrnietproben
4.1.5.1 Bezugswerte für Mehrnietproben
4.1.5.2 Einfluß des Nietlochdurchmessers und der Nietlochfertigungsart
4.1.6 Vergleich der statischen Kenngrößen von Einzel- und Mehrnietproben
4.1.7 Blindniet- und materialabhängige Einflußgrößen auf die statischen Kennwerte Strecklast und Maximallast
4.2 Schwingfestigkeitsversuche
4.2.1 Zielstellung und Versuchskonzeption
4.2.2 Versuchsumfang und -durchfuhrung
4.2.3 Ergebnisse der Schwingfestigkeitsversuche
4.2.4 Zusammenfassung der Schwingfestigkeitsversuche
5 Finite-Eiemente-Berechnungen
5.1 Ziel der FE-Berechnungen
5.2 Verwendete Software
5.3 Berechnungsmodell
5.3.1 Geometrie und Randbedingungen
5.3.2 Rechenvarianten
5.3.3 Idealisierungen und Einschränkungen
5.4 Berechnungsergebnisse
5.4.1 Deformationen und Formänderungsarbeit
5.4.2 Beanspruchung des Grundmaterials
5.4.3 Nietbeanspruchung
5.5 Zusammenfassung der Berechnungsergebnisse
6 Zusammenfassung
Literatur- und Quellenverzeichnis
Anlage