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Erweiterung der Verfahrensgrenzen durch serielles Halbhohlstanznieten

 
: Landgrebe, Dirk; Jäckel, Mathias

Hannover: EFB, 2015, 135 S.
EFB-Forschungsbericht, 415
ISBN: 978-3-86776-461-2
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IWU ()
mechanisches Fügen; Halbhohlstanznieten mit geteilter Matrize; Halbhohlstanznieten; Aluminium; FVK; FEM

Abstract
Die Zielstellung des Projektes bestand in der Erweiterung der Verfahrensgrenzen des mechanischen Fügeverfahrens Halbhohlstanznieten bei bisher kritischen Anwendungsszenarien wie der Fügerichtung „dick in dünn“, dem Fügen von sprödem Aluminiumdruckguss und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff sowie beim Halbhohlstanznietkleben durch den Einsatz eines neuen Matrizenkonzeptes. Kern der neuen Verfahrensvariante ist die Teilung der Matrize in Matrizenring und Gegenstempel, wobei der Gegenstempel während des Fügeprozesses verfahren wird.
Durch den Einsatz der zusätzlichen Kinematik des Matrizenwerkzeuges können bei allen untersuchten Anwendungsszenarien deutliche Verbesserungen in Bezug auf die Fügepunktausbildung im Vergleich zum konventionellen Prozess erreicht werden.
Besonders großes Potenzial weist die neue Verfahrensvariante mit geteilter Matrize beim Halbhohlstanznieten spröder Werkstoffe auf. Dabei kann durch ein kraftgeregeltes Verfahren des Gegenstempels und der daraus resultierenden zusätzlichen Druckspannungsüberlagerung der Fügeteile, im Gegensatz zum konventionellen Halbhohlstanznieten, die durch den Fügeprozess verursachte Rissbildung in den Fügeteilen vollständig vermieden werden.
In den numerischen Untersuchungen konnte ein grundlegendes Prozessverständnis für das Halbhohlstanznieten mit geteilter Matrize generiert und wesentliche Einflussgrößen auf das Fügeergebnis dargestellt werden.
Der im Projekt realisierte, durchgängige Vergleich zwischen dem konventionellen Halbhohlstanznieten und der neuen Verfahrensvariante mit geteilter Matrize in Bezug auf Fügepunktausbildung, Verbindungsfestigkeit und fügeprozessbedingter Bauteildeformation gibt Aufschluss über die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Halbhohlstanznietverfahren.

 

The aim of this project was to extend the process limits of the mechanical joining technique self-pierce riveting in currently critical application scenarios such as the joining direction "thick in thin", the joining of cast aluminum with limited ductility and carbon fiber reinforced plastics as well as the combination of self-pierce riveting with adhesive through the use of a new die concept. Core of the new process variant is the separation of the die in a die ring and counter punch in which the counter punch is moved during the joining process.
Through the use of the additional kinematics of the die tool significant improvements with respect to the joint quality compared to the conventional process can be achieved at all investigated application scenarios.
Especially remarkable potential has the new process variant with separated die when joining materials with limited ductility. By the application of the force-controlled counter punch and the resulting additional superposition of the parts with compressive stresses, in contrast to the conventional self-pierce riveting, cracking in the parts can be avoided completely.
In the numerical studies, a basic understanding of the new self-pierce riveting process was generated and the main influence factors on joint quality could be identified.
The in the project realized, consistent comparison between the conventional and the new self-pierce riveting technique with respect to joint quality, joint strength and process-induced component deformation provides information on the advantages and disadvantages of the different self-pierce riveting technologies.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-360252.html