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EFB-Forschungsbericht Nr. 290

Clinchen höher- und hochfester Bleche mit überlagerter Bewegung

EFB290.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult. Engelbert Westkämper, Dipl.-Ing. Arnold Puzik, Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart - Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Sven Bräunling, Institut für Produktionstechnik IPT, Technische Universität Dresden

178 Seiten (sw 100 Abb., 26 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-324-0

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 69,00

Zusammenfassung

Das Taumelclinchen ist für die Industrie ein Verfahren, das durch seine Einfachheit viele positive Qualitäten mitbringt. Mit der gegenüber dem konventionellen Clinchen reduzierten Fügekraft ist es gut über Zangensysteme auf Industrierobotern einsetzbar. Die erzeugbaren Verbindungsfestigkeiten liegen für höchstfeste Materialien im Bereich oder teilweise über den Werten der mit konventionellem Clinchen hergestellten Fügepunkte.

Für den wirtschaftlichen serienmäßigen Einsatz müssen die Werkzeuge eine ausreichend große Anzahl an Fügepunkten setzen können. Bei den durchgeführten Standmengenversuchen mit dem hochfesten austenitischen Edelstahl 1.4310 versagten die unterschiedlichen Stempelwerkzeuge nach nur wenigen Vorgängen.

Inhalt war daher auch eine analytische Ursachenanalayse, ausgehend von den Bruchbilden. Die aufgeschlüsselten Belastungskräfte und bestimmten Einzelkräfte wurden anschließend zu einer zusammengesetzten Beanspruchung zusammengefasst. Eine Vergleichsspannung konnte berechnet werden und lag über der kritischen zulässigen Biegewechselfestigkeit für den Edelstahl 1.4310 und PT120. Optimierung der Stempelwerkzeuge und –werkstoffe, zusammen mit Optimierungen der Fügezange haben deutliche Potentiale zur Verbesserung aufgezeigt.

Dem potentiellen Anwender steht mit dem Taumelclinchen eine Fügetechnologie zur Verfügung, die die Möglichkeiten in der Montage von Blechbauteilen aus Leichtmetall und Stählen derzeit bis zu einer Zugfestigkeit von 600 N/mm² (DP600) mit Effizienz und Produktivität ergänzt.

Das Forschungsvorhaben „Clinchen höher- und hochfester Bleche mit überlagerter Bewegung“ wurde unter der Fördernummer AiF 14916 BG 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. 290 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

II Abkürzungen und Formelzeichen
1. Einleitung
2. Stand der Entwicklungen
2.1. Begriffe und Definitionen
2.2. Konventionelles Clinchen
2.2.1. TOX-Rundpunktvefahren
2.2.2. Eckold R-DF-Verfahren
2.3. Böllhoff Rivclinch-Verfahren
2.4. Weiterentwicklungen
2.4.1. DynaConnect Verfahren
2.4.2. Hit-Clinchen
2.4.3. Clinchen mit Ultraschall
2.5. Clinchen mit überlagerter Bewegung
2.5.1. Taumelclinchen
2.5.2. Radialclinchen
3. Aufbau und messtechnische Umrüstung der Fügeeinrichtungen
3.1. Zangensysteme
3.2. Taumelclinch-Zange
3.3. Radialclinch-Einheit
3.3.1. Steuerung und Prozessüberwachung
3.4. Anpassung der Fügewerkzeuge
3.4.1. Fügestempel
3.4.2. Stempel beim Radialclinchen
3.4.3. Matrizen
3.4.4. Niederhalter
3.5. Weitere Komponenten der Versuchseinrichtungen
3.5.1. Taumelclinchen
4. Bestimmung und Klassifizierung der Fügeaufgaben
4.1. Verwendete Blechwerkstoffe
4.2. Kennwerteermittlung
4.3. Kombination von Blechwerkstoffen, Dicken und Fügerichtungen
5. Erarbeitung von Lösungsfeldern
5.1. Bestimmung des notwendigen Stempelauslenkwinkels
5.2. Fügeelementausbildung in Abhängigkeit von Stempel-Matrize-Kombination
5.2.1. Scher- und Schälzugergebnisse beim Radialclinchen
5.2.2. Scherzugergebnisse Taumelclinchen
5.2.2.1. Einteilige Matrize TOX BD8014
5.2.2.2. Einteilige Matrizen TOX BB8016 und BC8014
5.2.2.3. Mehrteilige Matrize Eckold 0202
5.2.2.4. Mehrteilige Matrize Avdel-2
5.2.2.5. Vergleich der Scherzugfestigkeiten zwischen den Clinchverfahren
5.2.3. Schälzugergebnisse Taumelclinchen
5.2.3.1. Einteilige Matrize TOX BD8014
5.2.3.2. Einteilige Matrizen TOX BB8016 und BC8014
5.2.3.3. Mehrteilige Matrize Eckold 0202
5.2.3.4. Mehrteilige Matrize Avdel-2
5.3. Zusammenstellung der Fügbarkeitsuntersuchungen
5.4. Analyse der Verbindungsqualität mit Matrizenvariation
5.5. Mischverbindungen
5.5.1. Taumelclinchen
5.5.2. Radialclinchen
5.6. Korrosionsversuch
6. Vergleichende Analyse der Fügeteiloberfläche
7. Untersuchung der erreichbaren Werkzeug-Standmengen
7.1. Erste Untersuchungsreihe
7.1.1. Standmengenversuche mit Stempeln aus PM-Stahl 60 HRC
7.1.2. Standmengenversuche mit Stempeln aus PM-Stahl 65 HRC
7.1.3. Standmengenversuche mit Hartmetallstempeln und 1.4310
Zweite Untersuchungsreihe
8. Analyse des Fügeprozesses
8.1. Definition der Kinematik
8.2. Kraftmodell zur Bestimmung der Stempelbelastungen
8.2.1. Axiale Belastung
8.2.2. Radiale Belastung
8.2.3. Statische Biegebelastung
8.2.4. Erstellen einer Vergleichsspannung nach der GE-Hypothese
8.2.5. Vergleich der Belastungen beim Clinchprozess
8.2.6. Einfluss der wechselnden Belastung in Abhängigkeit der Drehzahl
8.3. Untersuchungen zu Aufweitung und Winkelversatz der Fügeachse..103
8.3.1. Folgen der Aufbiegung und Maßnahmen
8.3.2. Experimentelle Untersuchung der Aufbiegung
8.4. Ermittlung des Winkelversatzes nach Methoden der Technischen Mechanik
8.4.1. Untersuchung des Teilsystems Taumeleinheit
8.5. Angepasste Standmengenversuche
8.5.1. Anpassungen an der Versuchseinrichtung
8.5.2. Standmengenversuch mit Stempeln aus PM-Stahl 65 HRC und DP°600
8.5.3. Standmengenversuch mit Stempeln aus PM-Stahl 65 HRC und PT 120
8.5.4. Standmengenversuche mit Stempeln aus PM-Stahl 70 HRC und PT 120
8.5.5. Standmengenversuche mit Stempeln aus PM-Stahl 70 HRC und 1.4310
9. Ableitung von Prozessparametern und produktionstechnischen Randbedingungen
10. Lastenheft und Produktionskonzepte von stationären oder flexiblen Fügeeinrichtungen
10.1. Antriebskonzepte
10.1.1. Taumelclinchen
10.1.2. Radialclinchen
10.2. Prozesssteuerung
11. Konzeption einer aufgabenspezifischen, prototypischen Prozesseinheit
12. Evaluierung der Ergebnisse und wirtschaftlicher Nutzen
12.1. Einsatzmöglichkeiten des Clinchens mit überlagerter Bewegung und Nutzen für den Anwender
12.2. Ausblick
13. Literaturverzeichnis
14. Abbildungsverzeichnis
15. Anhang
15.1. Berechnung des Winkelversatzes am C-Bügel
15.2. Untersuchung des Teilsystems Taumeleinheit
15.3. Zangenkonzepte