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EFB-Forschungsbericht Nr. 286

Anwendungsuntersuchung zum Impulsfügen mit Halbhohlstanzniet

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Christian Kraus, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz - Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn Dipl.-Ing. Guido Leuschen, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik LWF, Universität Paderborn

144 Seiten (sw 126 teils farbige Abb., 8 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-320-2

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 69,00

Zusammenfassung

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bewertung der Substitutionsfähigkeit des konventionellen Stanznietens mit Halbhohlniet durch das Impulsfügen mit Halbhohlniet. Am Fraunhofer IWU wurde eine druckluftbetriebene Fügeeinrichtung für Setzgeschwindigkeiten von etwa 10 m/s verwendet. Am LWF kam eine treibladungsbetriebene Einrichtung für Setzgeschwindigkeiten von größer als 100 m/s zum Einsatz.

Die Fügeversuche konzentrierten sich auf zwei Schwerpunkte. Zum einen wurde der Einsatz einer Formmatrize und zum anderen das Verwenden eines flachen Ambosses als Gegenwerkzeug untersucht. Die betrachteten Materialkombinationen bestanden im Wesentlichen aus reinen Stahl- oder Aluminiumverbindungen und aus Mischverbindungen dieser Werkstoffe. Die Bewertung der Verbindungsausbildung erfolgte anhand von Schliffbildanalysen. Verbindungsfestigkeiten wurden hauptsächlich durch Scherzugprüfungen unter quasistatischer Last ermittelt.
Die Untersuchungen haben bei einer Reihe von Verbindungen gezeigt, dass für das Impulsfügen gegen Flachmatrizen und auch gegen einen flachen Amboss mit Halbhohlnieten der C-Geometrie stabile Prozessfenster existieren.

Bei Verwendung eines flachen Amboss als Gegenwerkzeug steigt generell die Gefahr der Rissbildung im Niet. Dieser Aspekt muss beispielsweise durch erhöhten Prüfungsaufwand berücksichtigt werden. Weiterhin sollte für diese spezielle Verfahrensvariante die Nietgeometrie angepasst werden. Das Ziel sollte dabei in einer Optimierung des Nietspreizverhaltens bei verbessertem Widerstand gegen Nietrisse bestehen.

Das Impulsfügen gegen einen flachen Amboss ist besonders für Verbindungen zweier Aluminiumbleche sowohl gleicher als auch verschiedener Dicke geeignet. Stahlverbindungen sowie Mischverbindungen mit Stahl sind dagegen weniger für dieses Verfahren geeignet. Ursache ist vor allem die starke Belastung des Niets im Setzprozess.

Das Forschungsvorhaben „Anwendungsuntersuchung zum Impulsfügen mit Halbhohlstanzniet“ wurde unter der Fördernummer AiF 14888 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. 286 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

The object of this project was to analyze whether self-pierce riveting via impulse riveting could substitute for conventional self-pierce riveting. The Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology used a system operated with compressed air for setting speeds of 10 m/s while LWF Paderborn used propellant charged equipment for setting speeds in excess of 100 m/s. These joining experiments focused on two areas (1) studying the use of a flat bottom die and (2) studying the use of a flat anvil as the counter tool. The material combinations under study were essentially made of steel or aluminum alloys and mixed connections of these materials.

These studies indicated, first of all, that there are stable process windows for impulse riveting against flat bottom dies and against a flat anvil with semitubular rivets of C-geometry with a series of alloys. The risk of crack formation in the rivet mostly increases if a flat anvil is used as the counter tool. Therefore, this risk should be offset with augmented test efforts while the rivet geometry should be adapted to this special type of technique to improve the rivet spreading properties (including augmented resistance to rivet cracks). Secondly, impulse riveting against a flat anvil is particularly suited to alloys with two aluminum sheets of the same or differing thicknesses.

Unfortunately, steel alloys and mixed alloys with steel are less suited to this technique due to the great strain the rivet is exposed to in the setting process.

Inhalt

Abkürzungsverzeichnis
Verzeichnis der Formelzeichen
1 Einleitung und Zielsetzung
2 Stand der Technik
2.1 Halbhohlstanznieten
2.2 Impulsstanznieten
3 Werkstoffe, Probenformen, Prüfeinrichtungen
3.1 Blechwerkstoffe
3.2 Stanzniete und Nietverbindung
3.3 Hochgeschwindigkeitsfließkurven
3.4 Probenformen
3.5 Prüfeinrichtungen
4 Verwendete Setzeinrichtungen
4.1 Impulsfügeeinrichtung nach dem Kolbenprinzip (IWU)
4.2 Impulsfügeeinrichtung nach dem Bolzenprinzip (LWF)
4.3 Konventionelles Halbhohlstanznieten
5 Experimentelle Untersuchungen
5.1 Vorgehensweise und Versuchsprogramm
5.2 Impulsfügen nach dem Kolbenprinzip (IWU)
5.2.1 Impulsfügen von Mischverbindungen nach dem Kolbenprinzip
5.2.2 Impulsfügen von Stahlverbindungen nach dem Kolbenprinzip
5.2.3 Impulsfügen von Aluminiumverbindungen nach dem Kolbenprinzip
5.3 Impulsfügen nach dem Bolzenprinzip (LWF)
5.3.1 Impulsfügen von Mischverbindungen nach dem Bolzenprinzip
5.3.2 Impulsfügen von Stahlverbindungen nach dem Bolzenprinzip
5.3.3 Impulsfügen von Aluminiumverbindungen nach dem Bolzenprinzip
5.4 Zusammenfassung der Ergebnisse beider FS
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literatur- und Quellenverzeichnis
8 Tabellenverzeichnis
9 Anlagen