Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 311

Grundlagenuntersuchungen zu selbst stanzenden Schließringbolzen-Systemen

EFB311.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dr.-Ing. Reinhard Mauermann, Dipl.-Ing. Thomas Kropp, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz

88 Seiten (sw, 71 Abb., 11 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-347-9

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 68,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sind die Grundlagen für selbststanzende Schließringbolzen-Systeme erarbeitet worden. Das Vorhaben gliedert sich in folgende Schwerpunkte: Bestimmung der Werkstoffkennwertfunktionen für die numerische Prozessauslegung, Erstellen und Validieren eines FEM-Modells zur numerische Analyse der Prozesskräfte, Bestimmung der Prozessgrenzen, Erweiterung der Prozessgrenzen und Optimierung des Verfahrens, Charakterisieren der Verbindungseigenschaften
(Scherzugfestigkeit, Klemmkraft) und das Entwickeln eines Werkzeugkonzeptes zum automatisierten Setzen von selbststanzenden Verbindern.

Die Ergebnisse der FEM-Berechnungen zum Lochen von Doppelblechen, Aufformen des Schließringes und Analysieren der Klemmkraft zeigten stets eine sehr gute Übereinstimmung mit den Messwerten aus den Versuchen und konnten zu einem besseren  Prozessverständnis und der Verringerung des Versuchsaufwandes beitragen. Ausgehend von einem sehr kleinen Prozessfenster konnte durch die Substitution des Bolzenwerkstoffes (in Verbindung mit einer thermo-mechanischen Behandlung) und die
Modifikation der Verbinderstirngeometrie eine signifikante Steigerung der fügbaren Gesamtblechdicke erzielt werden.

Die anfänglich mangelhafte Lochgeometrie beim Lochen von Doppelblechen ist durch die Verwendung einer abgesetzten Schneidkantengeometrie am Verbinder behoben worden, sodass bei den optimierten selbstlochenden Verbindern ein identischer Lochdurchmesser in Ober- und Unterblech über der gesamten Blechdicke gewährleistet ist.
Die Klemmkraft ist bedingt durch den Entfall des Zugteils beim selbststanzenden Verfahren gegenüber dem etablierten Verfahren mit Zugteil bei gleicher Setzkraft geringer. Dies kann durch eine höhere Setzkraft in Kombination mit einer höheren Werkstoffgüte
des Schließringes kompensiert werden, da die Beschränkung durch die Abreißkraft am Zugteil entfällt. Des Weiteren ist die Belastung des Verbinders im Setzprozess aufgrund der überlagerten Druckspannung geringer.

Der selbstlochende Verbinder ist aufgrund seiner komplexeren Geometrie und dem verwendeten Werkstoff gegenüber etablierten Verbindern mit höheren Kosten verbunden. Beim selbstlochenden Verfahren ist es jedoch erforderlich den Fokus nicht auf die Kosten für den Verbinder zu beschränken, sondern die gesamte Prozesskette von der Verbinderherstellung bis zur gesetzten Verbindung zu betrachten. Durch den Entfall der Vorlocherzeugung, das Einsparen von Handlingzeiten durch automatisiertes Zuführen und Setzen der Verbinder und geringeren Materialeinsatz durch den Entfall des Zugteiles können Kosteneinsparungen realisiert werden, welche die höheren Herstellungskosten für den Verbinder kompensieren.

Das Forschungsvorhaben „Grundlagenuntersuchungen zu selbst stanzenden Schließringbolzen-Systemen“ wurde unter der Fördernummer AiF 15340BR 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. 311 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung und Zielstellung
1.1 Einleitung
1.2 Schwerpunkte und Zielstellung des Forschungsvorhabens
2 Stand der Technik / Grundlagen
2.1 Schließringbolzen-Verbindungen
2.2 Selbstschneidendes Verfahren
2.2.1 Verfahrensprinzip
2.2.2 Vorversuche
3 Kennwertfunktionen für die numerische Simulation
3.1 Kennwertfunktionen für Substratwerkstoffe
3.2 Kennwertfunktionen für Bolzenwerkstoffe
3.3 Kennwertfunktionen für Schließringwerkstoffe
4 Ermitteln der Prozesskräfte
4.1 Lochen
4.1.1 Erstellen und Verifizieren eines FE-Modells
4.1.2 Ermitteln der maximalen Lochkraft
4.2 Einpressen des Bolzens
4.3 Aufformen des Schließringes
4.3.1 Parametereinfluss beim Aufformen des Schließringes (FEM)
4.3.2 Versuche zum Aufformen des Schließringes
5 Ableiten der Prozessgrenzen
5.1 Beanspruchung des Bolzens
5.1.1 Belastung im Lochprozess
5.1.2 Belastung im Setzprozess
5.2 Beanspruchung des Schließringes
5.3 Ableiten eines Grenzdiagramms
6 Erweiterung der Prozessgrenzen und Optimierung der Verbindung
6.1 Erweiterung der Prozessgrenzen
6.1.1 Variation der Stirngeometrie des Bolzens
6.1.2 Werkstoffsubstitution
6.2 Optimieren der Verbindung
6.2.1 Optimieren der Lochgeometrie beim Lochen von Doppelblechen
6.2.2 Optimieren der Verbindergeometrie
7 Verbindungseigenschaften
7.1 Klemmkraft
7.1.1 Klemmkraft beim Setzen von Verbindern mit und ohne Zugteil
7.1.2 Indirektes Bestimmen der Klemmkraft
7.1.3 Direkte Klemmkraftmessung
7.1.4 Einflussfaktoren auf die Klemmkraft
7.2 Statische Scherzugprüfung der Verbindung
7.3 Dynamische Scherzugprüfung
8 Werkzeugkonzept
8.1 Anforderungen
8.2 Funktionsweise
9 Zusammenfassung
Literatur