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EFB-Forschungsbericht Nr. 279

Auswahl und Optimierung von Werkzeugen sowie Hilfsfügeteilen für den Setzprozess beim Stanznieten mit Halbhohlstanzniet auf PC-Basis

EFB279.jpg

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

83 Seiten (sw, 60 Abb., 11 Diagr., 8 Tab)

ISBN: 978-3-86776-313-4

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde das Ziel verfolgt, die numerische Simulation des Setzprozesses eines Halbhohstanznietes für Anwender ohne Wissen im Bereich der Methode der Finiten-Elemente beherrschbar zu machen. Hierzu sollte ein Softwaretool entwickelt werden mit dem der Modellaufbau sowie die Ergebnisauswertung für die Simulation ausgehend von einfachen Eingaben automatisiert durchgeführt wird. Der Benutzer sollte dabei ausgehend von ermittelten Standardparametern die Möglichkeit haben, die Parameter eigenständig, entsprechend der gewünschten Fügeaufgabe verändern zu können.

In Absprache mit dem projektbegleitenden Ausschuss wurden drei artreine Verbindungen und eine Mischverbindung als zu untersuchende Fügeaufgaben definiert. Als Werkstoffe wurden die Aluminiumlegierungen AlMg0,8Si0,9 und AlMg4,5Mn sowie die Stahlwerkstoffe HC300 und DC04 als typische Vertreter von in der Automobilindustrie verwendeten Blechwerkstoffen ausgewählt. Die daraus definierten Fügeaufgaben dienten der Verifikation der Berechnungsergebnisse.

Es wurden Konzepte für eine Benutzungsschnittstelle generiert in der der Benutzer alle simulationsrelevanten Daten intuitiv eingeben kann. Anschließend wurden der Setzprozess sowie die Verbindungsbelastung für die definierten Fügeverbindungen numerisch abgebildet und mit experimentell ermittelten Daten verifiziert.

In dem Projekt wurde gezeigt, dass die Setzprozess- und Belastungssimulation von Stanznietverbindungen mit Halbhohlniet beherrschbar und mit entsprechenden ermittelten Parametern numerisch stabil durchführbar ist. Der Vergleich zwischen dem Experiment und der Simulation liefert für den Setzprozess sowie für die Kopfzugbelastung gute Ergebnisse. Es konnten die für die Simulation benötigten Parameter identifiziert und eine große Datenbank erzeugt und in eine Software eingebunden werden. Die erstellte Software zeigt, dass eine automatisierte Simulation von Verbindungen mit Halbhohlstanznieten realisierbar und auch für den ungeübten Benutzer bedienbar ist.

Das Forschungsvorhaben „Auswahl und Optimierung von Werkzeugen sowie Hilfsfügeteilen für den Setzprozess beim Stanznieten mit Halbhohlstanzniet auf PC-Basis“ wurde unter der Fördernummer AiF 14887N 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. 279 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Abkürzungen und Formelzeichen
1. Einleitung
2. Zielsetzung und Inhalt des Forschungsprojektes
3. Stand der Erkenntnisse
3.1. Stanznieten mit Halbhohlniet
3.1.1. Verfahrenseinordnung
3.1.2. Verfahrenscharakterisierung
3.1.3. Eigenschaften von Halbhohlstanznietverbindungen
3.2. Numerische Berechnung des Setzprozesses und der Verbindungscharakteristik
3.2.1. Simulation des Halbhohlstanznietprozesses
4. Experimentelle Randbedingungen
4.1. Versuchswerkstoffe
4.2. Matrizengeometrien
4.3. Probenformen und –herstellung
4.3.1. Probenformen
4.3.2. Probenherstellung
4.4. Analyse des Stanznietprozesses
4.4.1. Analyse der Fügekraft-Stempelweg-Verläufe
4.4.2. Analyse der Fügeelementkenngrößen
4.5. Analyse der Verbindungsfestigkeit
5. Numerische Simulation und Verifikation der Berechnungsergebnisse
5.1. Grundlagen zur Simulation von Stanznietverbindungen
5.1.1. Lösungsalgorithmus
5.1.2. Elementtypen und Materialverhalten
5.1.3. Kontakt und Reibung
5.2. Analyse einsetzbarer Softwaresysteme
6. Prozesssimulation Stanznieten
6.1. Vergleich zwischen Experiment und Simulation
6.1.1. Stanznieten von HC300 in HC300
6.1.2. Stanznieten von AlMg4,5Mn in AlMg4,5Mn
6.1.3. Stanznieten von DC04 in AlMg0,8Si0,9
6.1.4. Stanznieten von AlMg0,8Si0,9 in AlMg0,8Si0,9
6.1.5. Zusammenfassung Setzprozesssimulation
6.2. Simulation Kopfzugbelastung
6.2.1. Modellaufbau
6.2.2. Vergleich Experiment – Simulation
6.2.3. Zusammenfassung der Belastungssimulation
7. Umsetzung des Stanzniettools
7.1. Grundkonzept
7.2. Erweitertes Konzept
7.3. Erstellung von Datenbanken
7.4. Matrizengenerator
7.5. Parameteridentifikation
7.6. Realisierung des Stanzniettools
8. Zusammenfassung
9. Literatur
10. Anhang