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Lösungsstrategien für das Halbhohlstanznieten von höchstfesten und ultrahöchstfesten Stählen mit Aluminiumwerkstoffen

AiF-Nr.:

21012 N

EFB-Nr.:

02/119

Kurztitel:

Stanznietoptimierung

Laufzeit:

01.06.2020 - 30.11.2022

Forschungseinrichtungen:

LWF Paderborn


Projektbeschreibung

 

21012N_Bild

Ein gestiegenes Umweltbewusstsein und politische Forderungen machen eine deutliche Reduzierung der CO2-Freisetzung durch den Fahrzeugverkehr notwendig. Ebenso steigen die Crashanforderungen an die Fahrzeuge, unter anderem durch Maßnahmen zum Schutz der Batteriezellen bei Elektrofahrzeugen. Diese Faktoren führen zu einer Zunahme von Mischbauverbindungen aus höchstfesten und ultrahöchstfesten Stahlwerkstoffen mit Aluminiumwerkstoffen. Der Einsatz dieser innovativen Materialkombinationen ist aber nur möglich, wenn geeignete Fügeverfahren vorhanden sind. Das Halbhohlstanznieten ist ein etabliertes Verfahren für das Fügen von Mischbauverbindungen. Bestehende Lösungen stoßen beim Einsatz von höchstfesten und ultrahöchstfesten Stählen allerdings an ihre Grenzen.
Daher ist es das Ziel des Forschungsprojekts, Lösungsstrategien für das Halbhohlstanznieten von höchstfesten bzw. ultrahöchstfesten Stählen in Kombination mit Aluminiumwerkstoffen zu erarbeiten. Ausgehend vom bekannten Verfahrensablauf des Halbhohlstanznietens kann der Einsatzbereich des Fügeverfahrens durch eine Entwicklung von neuartigen Stanznietgeometrien und einer Weiterentwicklung von Matrizenkonturen und modernen Matrizenkonzepten auf stempelseitige Fügeteile mit sehr hohen Zugfestigkeiten bei großen Materialdicken ausgedehnt werden.
Im Projekt werden die verschiedenen Anforderungen an Stanznietgeometrie und -werkstoffe systematisch aus experimentellen sowie simulativen Untersuchungen abgeleitet und potenzielle Stanznietwerkstoffe mittels einer wissenschaftlichen Methodik charakterisiert. Anschließend wird der Werkstoff mit den besten Eigenschaften für die Entwicklung eines neuen Stanzniets ausgewählt. Mithilfe der Simulation wird eine neuartige Stanznietgeometrie entwickelt. Gleichzeitig werden Matrizenkonturen und moderne Matrizenkonzepte optimiert. Nachdem der neuartige Stanzniet umformtechnisch hergestellt wurde, werden die Einsatzgrenzen der entwickelten Lösung an unterschiedlichen Material-Dicken-Kombinationen ermittelt und die Tragfähigkeit experimentell bewertet. Zudem erfolgen Untersuchungen zur Eignung für das Hybridfügen.
Durch die Ergebnisse des Projekts wird der Einsatz einer zukunftsträchtigen Materialkombination und damit der Fahrzeugleichtbau insgesamt gefördert. Kleine und mittlere Unternehmen positionieren sich beispielsweise als Anbieter von Fügesystemen und Fügeelementen oder im Bereich der Blechverarbeitung entlang der industriellen Wertschöpfungskette. Das im Projekt erzielte Know-how zum mechanischen Fügen von neuartigen Materialverbindungen trägt zur Stärkung dieser Unternehmen bei.


 

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