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Untersuchung des Einflusses der Festigkeit von Stahlblechen beim Matrizenlosclinchen von Stahl-Aluminium-Mischverbindungen in Experiment und Simulation

 
: Kraus, C.

Dresden, 2004, 105 pp.
Dresden, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Dipl.-Arb., 2004
German
Thesis
Fraunhofer IWU ()
mechanisches Fügen; matrizenlos Clinchen; Finite Elemente Methode

Abstract
In der blechverarbeitenden Industrie setzt man sich angesichts ökologischer, ökonomischer und technologischer Rahmenbedingungen zunehmend mit dem Thema Leichtbau auseinander. Mit den Bemühungen um eine Reduzierung des Energieverbrauchs und von Emissionen, zur Erhöhung von Wirkungsgrad und Materialersparnis seien nur einige der Gründe für die Notwendigkeit neuer Leichtbaukonzepte genannt.
Als Ergebnis dieser Überlegungen, beispielsweise in der Fahrzeugindustrie, stellt die Mischbauweise eine Alternative zu sortenreinen Fahrzeugkonzepten dar, bei der neben Stahlkomponenten auch Leichtmetalle, wie beispielsweise Aluminiumwerkstoffe, enthalten sind. Auf diese Weise sind bis zu 45 % Gewichtsersparnis gegenüber den herkömmlichen Stahlkonstruktionen erreichbar. Zugunsten hoher Gewichtsersparnis wird ebenfalls ein reduzierter Materialeinsatz angestrebt. Um dem Enderzeugnis trotz geringerer Blechdicken gleiche oder gar verbesserte Festigkeitseigenschaften zu verleihen, müssen hochfeste Stahlwerkstoffe zum Einsatz gebracht werden.
Die Verwendung hochfester Werkstoffe stellt die existierenden Bearbeitungsverfahren vor neue Herausforderungen. Die Umformfügeverfahren sind von dieser Entwicklung ebenfalls betroffen: Neben höheren Fügekräften ergeben sich neue Verfahrensgrenzen, die z. B. in Zusammenhang mit der Ausbildung der Fügeelemente stehen.
Angesichts der beschriebenen Entwicklung besteht ein entsprechender Forschungsbedarf zur Vergrößerung der Einsatzfelder bzw. Erhöhung der Prozesssicherheiten und der Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Umformfügeverfahren. Am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik wird seit 2002 an einem neuen Umformfügeverfahren geforscht: Das Matrizenlose Clinchen (MLC) unterscheidet sich im Wesentlichen von den gängigen Umformfügeverfahren, indem anstatt gegen eine konturierte Matrize gegen einen ebenen Amboss gefügt wird. Bei dem Verfahren werden somit Probleme vermieden, die mit der Verwendung konturierter Matrizen verbunden sind.
In der vorliegenden Arbeit werden die Einflüsse der Festigkeiten von Stahlblechen auf die Verbindungen beim Matrizenlosen Clinchen (MLC) von Stahl-Aluminium-Mischverbindungen näher untersucht. Ein wesentlicher Anteil der Untersuchungen wird anhand von numerischen Simulationen des MLC durchgeführt. Bei der Vorbereitung des Modells für die Simulation stellt die Fließkurve eines Werkstoffs eine der wichtigsten Eingangsgrößen dar, um dessen Umformverhalten mit guter Genauigkeit simulieren zu können. Die in den Stahlblechen auftretenden Umformgrade beim MLC können bis zu ? ? 3 betragen. Deshalb sind möglichst präzise Fließkurven der Werkstoffe sowohl im Anfangsbereich als auch bei hohen Umformgraden erforderlich. Im Rahmen der Arbeit werden zwei Verfahren zur Fließkurvenaufnahme erläutert und durchgeführt. Um die Simulationsergebnisse bezüglich ihrer Übereinstimmungen mit reellen Fügeexperimenten zu überprüfen, werden einige der simulierten Clinchverbindungen im Experiment gefügt und den Simulationen gegenübergestellt.
Nach den Untersuchungen zu den Einflüssen der Festigkeiten des stempelseitigen Stahlwerkstoffs wird eine Bewertung der Ergebnisse hinsichtlich auftretender Fügbarkeitsgrenzen vorgenommen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-30593.html