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EFB-Forschungsbericht Nr. 283

Optimierung des Hybridfügeverfahrens Blindnietkleben zum Verbinden von Feinblechwerkstoffen

EFB283.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Wirt.-Ing. Hendrik Leibold, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn

114 Seiten (sw, 58 Abb., 29 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-317-2

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projektes wurde der Einsatz marktetablierter Blindnietsysteme in Kombination mit dem Kleben zum Verbinden dünnwandiger Stahl- und Aluminiumwerkstoffe untersucht. Im Praxiseinsatz dieser Hybridfügetechniken zeigte sich bei einigen Anwendungen, insbesondere beim Verbinden von Bauteilen mit Gesamtblechdicken, die am unteren Ende des üblichen Einsatzspektrums, d.h. bis 1,6 mm – 2,0 mm lagen, dass sich die Verbindung, bedingt durch den eingesetzten pastösen Klebstoff, nicht befriedigend ausprägte. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, geeignete Fertigungsparameter zur Minimierung des Klebstoffeinflusses auf die Ausprägung von Blindnieten an dünnwandigen Blechverbindungen zu erarbeiten.

Durch die Optimierung der Fertigungsparameter des Blindnietklebens unter Einsatz handelsüblicher Blindnietsysteme und Klebstoffe konnten alle untersuchten Werkstoffkombinationen im Labormaßstab hinsichtlich der Taschenbildung optimiert werden. Insbesondere bei Werkstoffkombinationen bei denen der DC04 und der DP500 in t=0,8 mm oder der AlMg0,8Si0,9 in t=1,2 mm schließkopfseitig angeordnet waren konnten qualitativ hochwertigere Fügeelementausbildungen gegenüber der ersten Projektphase realisiert werden.

Aus den Optimierungsergebnissen können folgende stichpunktartige Aussagen zum Einsatz des Blindnietklebens zum Verbinden dünnwandiger Blechverbindungen getroffen werden:

  • Die Kombination aus Verringerung der Setz- und Klemmkräfte durch die Auswahl geeigneter Blindnietsysteme zeigte eine signifikante Verbesserung der Fügeelementausprägung, das Tragverhalten der Verbindungen konnte nicht wesentlich gesteigert werden.
  • Durch den Einsatz des hochviskosen 1K-Klebstoffes wurde verhindert, dass der Klebstoff aus der gesamten Fügezone verdrängt wird. Allerdings wird mit steigender Viskosität, bei hohen Setz und Klemmkräften, auch die Taschenbildung begünstigt.
  • Beim Blindnietkleben dünnwandiger Fügeteile sollte mit flachen Klebstoffraupen gearbeitet werden. Hierdurch konnte eine leicht reduzierte Taschenbildung zwischen den Nietelementen erzielt werden.
  • Durch den Einsatz von Distanzelementen, wie Spreizringen oder Distanzscheiben kann die Taschenbildung vollständig unterbunden werden. Allerdings ist der erhöhte Fertigungs- und damit auch Kostenaufwand als kritisch anzusehen.

Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse über die Beeinflussung der mechanischen Fügesysteme durch das Kleben bei hybridgefügten Verbindungen sollen klein- und mittelständischen Unternehmen der Dünnblech verarbeitenden Industrie helfen, diese Verbindungstechnik zuverlässig, kalkulierbarer und ohne zusätzlichen experimentellen Aufwand einzusetzen. Dadurch können Entwicklungszeiten verkürzt werden. Für diese Fügesysteme wurden Hinweise zum prozesssicheren und wirtschaftlichen Einsatz abgeleitet.

Das Forschungsvorhaben „Optimierung des Hybridfügeverfahrens Blindnietkleben zum Verbinden von Feinblechwerkstoffen“ wurde unter der Fördernummer AiF 14668N 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. 283 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Erkenntnisse
2.1 Einordnung und Charakterisierung der Blindniettechnik
2.2 Einordnung und Charakterisierung der Klebtechnik
2.3 Einordnung und Charakterisierung des Hybridfügens
3 Zielsetzung und Lösungsweg
4 Versuchsrandbedingungen
4.1 Werkstoffe
4.1.1 DC04
4.1.2 DP500
4.1.3 AlMg0,8Si0,9
4.1.4 AlMgSi0,5
4.1.5 Übersicht der verwendeten Werkstoffe
4.2 Probengeometrien
4.2.1 Scherzugproben
4.2.2 Mehrpunktprobe
4.3 Verwendete Fügeverfahren
4.3.1 Mechanische Fügeverfahren
4.3.2 Klebstoffsysteme
4.4 Maschinendaten
4.4.1 Zwick Z100
4.5 Probenherstellung
4.5.1 Blindnieten
4.5.2 Kleben
4.5.3 Blindnietkleben
4.6 Ermittlung der verbleibenden Klemmkraft
4.7 Auswertung der Schliffbilder
5 Ermittlung der Einflüsse von Klebschichten auf die Verbindungseigenschaften
5.1 Untersuchung an elementar geklebten Proben
5.2 Untersuchungen mit dem Hülsenfalter Stahl
5.2.1 Verbindungseigenschaften ohne Klebstoff
5.2.2 Einfluss des Klebstoffes auf den Blindnietsetzprozess
5.2.3 Fügeelementausprägungen
5.2.4 Trag- und Versagensverhalten mit unausgehärtetem Klebstoff
5.2.5 Trag- und Versagensverhalten mit ausgehärtetem Klebstoff
5.3 Untersuchungen mit dem Hülsenweiter Stahl
5.3.1 Verbindungseigenschaften elementar Blindnieten
5.3.2 Einfluss des Klebstoffes auf den Blindnietsetzprozess
5.3.3 Fügeelementausprägungen
5.3.4 Trag- und Versagensverhalten mit unausgehärtetem Klebstoff
5.3.5 Trag- und Versagensverhalten mit ausgehärtetem Klebstoff
5.4 Untersuchungen mit dem Hülsenweiter Aluminium
5.4.1 Verbindungseigenschaften ohne Klebstoff
5.4.2 Einfluss des Klebstoffes auf den Blindnietsetzprozess
5.4.3 Fügeelementausprägungen
5.4.4 Trag- und Versagensverhalten mit unausgehärtetem Klebstoff
5.4.5 Trag- und Versagensverhalten mit ausgehärtetem Klebstoff
5.5 Diskussion der Ergebnisse und Ableitung von Optimierungsansätzen
6 Gezielte Variation der Prozessparameter zur Reduzierung der negativen Einflüsse von Klebschichten auf das Hybridfügen
6.1 Einfluss des Blindnietsystems
6.2 Einfluss der Setz- und Klemmkräfte
6.3 Einfluss des Setzgeschwindigkeit
6.4 Einfluss der Klebstoffviskosität
6.5 Einfluss der Klebstoffauftragsform
6.6 Einfluss der Flanschgeometrie
6.7 Blindniete mit veränderter Geometrie
7 Ableitung von Hinweisen zur Auswahl geeigneter Fertigungsparameter beim Blindnietkleben dünnwandiger Blechwerkstoffe
7.1 Konzeptionsphase
7.2 Fertigungsphase
7.3 Qualitätssicherung
8 Zusammenfassung
9 Literaturverzeichnis
10 Abbildungsverzeichnis
11 Tabellenverzeichnis