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Hydrofügen von Anbauteilen an Profile im IHU-Prozess

 
: Neugebauer, Reimund; Grützner, Raik

Hannover: EFB, 2012, 103 pp.
EFB-Forschungsbericht, 343
ISBN: 978-3-86776-381-3
German
Report
Fraunhofer IWU ()

Abstract
Die wachsenden Forderungen im Schienenfahrzeug- und Automobilbau nach Leichtbau führen zum Einsatz von gewichts- und beanspruchungsoptimierten Bauteilen. Zur Fertigung hohlförmiger Rahmenstrukturen wurde in den letzten Jahrzehnten das Innenhochdruck-Umformen (IHU) weiterentwickelt und stellt heute eine ausgereifte Alternative zu traditionellen Umformverfahren dar. Nachteilig für die Gestaltung von hydrogeformten Bauteilen ist das Schnittstellenproblem für nachfolgende Fügeoperationen. Die Fügestellen verlangen oft eine beidseitige Zugänglichkeit, was den konstruktiven Freiraum einschränkt. Thermische Verfahren, die verhältnismäßig große konstruktive Freiräume lassen, sind bezüglich Dauer- und Korrosionsfestigkeit sowie Wärmeverzug problematisch. Ziel des Forschungsvorhabens war die systematische Untersuchung der Verfahrenskombination von wirkmedienbasierter Umformung und umformenden Fügen von Anbauteilen. Dabei wurden zwei Zielstellungen verfolgt.
Das erste Projektziel war die Weiterentwicklung des Verfahrens Hydroclinchen für die vom industriellen Betreuerkreis gestellten Fügeaufgaben. Ausgangspunkt der Untersuchungen bildet die numerische Abbildung des Hydrofü-geprozesses und die Optimierung der Clinchverbindung mittels der zweidimensionalen numerischen Simulation. Die Verifizierung der entstandenen FE-Fügepunkte fand an Hand experimentell gefügter Proben statt. Es konnte eine sehr gute Abbildung des Fügeprozesses durch die numerische Simulation festgestellt werden. Anschließend wurden Zugproben, mit den Kennwerten des verifizierten FE-Fügemodelles mit drei unterschiedlichen Clinchpunktgeometrien für die Kopf- und Scherzugprüfung hergestellt und geprüft. Ein Vergleich der übertragbaren Zugkraft der Langlochproben mit den Zweipunktproben zeigte ein um ca. 30% höheres Tragverhalten der Punktverbindungen. Eine Verwendung der Langlochgeometrie sollte daher nur in geometrisch begrenzten Bauteilen erfolgen. Im Ergebnis der Untersuchungen zur Fügestellenersatzmodellierung konnte ein geeignetes Modell zur Implementierung der experimentellen Verbindungssteifigkeiten entwickelt werden. Der Aufbau mit drei Longitudinalfedern ermöglicht dem Konstrukteur eine einfache Integration der Verbindungssteifigkeiten. Die durchgeführte Verifizierung des Ersatzmodelles an Hand von Zweipunktproben stellte eine gute Übereinstimmung des entwickelten Modells mit dem Versuch dar. Die Integration des Ersatzmodelles in einer Gesamtstruktur mit mehreren Verbindungspunkten zeigte eine deutliche Verbesserung in der Abbildung der Fügestelleneigenschaften gegenüber den bisher verwendeten Modellen mit starren Verbindern.
Die zweite Zielstellung im Projekt war die Entwicklung eines Hybridverfahrens, mit dem Funktionselemente mechanisch an hydrogeformte Bauteile bereits im Umformprozess gefügt werden können. Die Untersuchungen wurden am Beispiel konventioneller Lambdasondenbefestigungen in Abgassystemen durchgeführt. Ausgehend von Geometrieentwürfen und Verfahrenskonzeptionen wurden zugeschnittene Simulationsmodelle numerisch untersucht. Schwerpunkte bildeten dabei die Untersuchung des notwendigen Formschlusses, die konstruktive Gestaltung der Fügeelementgeometrie in Bezug auf günstige Umformbedingungen beim Fügen und die Ermittlung geeigneter Verfahrensparameter zur Prozessführung.
Im Ergebnis der Untersuchungen wurden eine aktive und eine passive Verfahrensvariante für das Einbringen von Funktionselementen im Hydroformprozess erarbeitet. Für eine Gewährleistung der Gasdichtheit der hydrogefügten Verbindungen wurden die Funktionselemente nach dem Fügen mit dem Blech verlötet. Zur Ermittlung von Festigkeitskennwerten der gefügten Verbindungen wurden quasistatische Kopf- und Scherzugversuche durchgeführt. Im Ergebnis konnten gasdichte Verbindungen durch die Kombination von Hydrofügen und Hochtemperaturlöten hergestellt werden. Entsprechende Nachweise über die Festigkeiten und die Dichtheit wurden erfolgreich durchgeführt.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-201186.html