Verfahrensflexible Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeuge für das mechanische Fügen

Projektbeschreibung

Fügeprozesssimulation zum Halbhohlstanznieten (links) bzw. Clinchen (rechts) mit einem Werkzeugsatz

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von kombinierten Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeugsystemen, mit denen beide Fügeverfahren ohne Anlagen- und Werkzeugwechsel qualitätssicher durchgeführt werden können. Dies wird durch den Einsatz von etablierten clinchtypischen Matrizen in Kombination mit einem bezüglich des Durchmessers dem Nietkopf angepassten Stempel erreicht. Somit können die beiden mechanischen Fügeverfahren in einer Anlage umgesetzt werden.

Die Entwicklung der Werkzeuge wird durch numerische Simulationen unterstützt, wobei Sensitivitätsanalysen die Ableitung optimierter Werkzeuggeometrien ermöglichen. Das Werkzeugsystem wird anschließend an ausgewählten Werkstoffdickenkombinationen qualifiziert. Danach werden Verbindungen, die mithilfe des flexiblen Systems gefügt wurden, mit Verbindungen, die mit konventionellen Werkzeugen hergestellt wurden, verglichen. Neben der Analyse der qualitätsrelevanten Verbindungskenngrößen werden Tragfähigkeitsuntersuchungen durchgeführt.

Durch die numerische Prozessauslegung in Kombination mit Sensitivitätsanalysen können systematisch optimierte Stempel und Matrizengeometrien für den Einsatz von Clinchen und Halbhohlstanznieten ermittelt werden, ohne einen Werkzeugwechsel vornehmen zu müssen, sodass die Anzahl notwendiger Werkzeugsätze reduziert werden kann. Darüber hinaus können die Ergebnisse der Sensitivitätsanalysen zur individuellen Werkzeugauslegung verwendet werden. Mit den verfahrensflexiblen Werkzeugsätzen werden Cluster von Werkstoffdickenkombinationen gebildet, die mit optimiert ausgelegten Stempel und Matrize sowohl zum Clinchen als auch zum Halbhohlstanznieten verwendet werden, um qualitätsgerechte Fügepunkte zu erzielen.

Die Ergebnisse des Vorhabens adressieren insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen, die durch den Einsatz eines kombinierten Werkzeugsystems eine Effizienzsteigerung hinsichtlich der Produktionszeiten und -flächen erzielen und somit die Wettbewerbsfähigkeit steigern können.