Methodische Flexibilitätssteigerung beim Halbhohlstanznieten
Verfasser:
Dipl.-Math. Tobias Falk, Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz
148 Seiten - 78,00 EUR (sw, 99 teils farbige Abb., 18 Tab.)
ISBN 978-3-86776-567-1
Zusammenfassung
Im vorliegenden Projektbericht wird beschrieben, wie für das mechanische Fügeverfahren Halbhohlstanznieten eine Methode entwickelt wurde, um Werkzeuge optimal auslegen zu können. Dabei liegt der Fokus auf der Flexibilität der Fügematrize. Dies bedeutet, dass mit nur einer Matrize eine bestimmte Anzahl an Material-Dicken-Kombinationen hinsichtlich geometrischer Ergebnisgrößen qualitätssicher gefügt werden können, ohne einen Matrizenwechsel vornehmen zu müssen.
Mit Hilfe der numerischen Simulation konnte eine starre Matrize berechnet werden, die die vorgegebene Versuchsmatrix mit Blick auf Einhaltung geometrischer Qualitätsgrößen fügen konnte. Aufgrund des breiten Materialspektrums dieser Versuchsmatrix wurde eine der betrachteten Verbindungen als risskritisch zu betrachtet. Um diesem Umstand entgegen zu wirken, ist eine geteilte tiefenverstellbare Halbhohlstanznietmatrize optimal ausgelegt worden, mit der alle Fügeaufgaben qualitätssicher fügbar sind.
Der Vergleich der beiden optimierten Matrizenvarianten zeigt den Vorteil der Tiefenverstellung. Eine individuell auf die Fügepartner eingestellte Matrizentiefe flexibilisiert den Produktionsprozess dahingehend, dass weniger Werkzeuge benötigt werden und somit die Produktionsfläche und -zeit verringert werden können.
Das Projektziel wurde erreicht.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Methodische Flexibilitätssteigerung beim Halbhohlstanznieten" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19190BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 513 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
This project report describes the development of a method for the mechanical joining technology self-pierce riveting, in order to design optimal tools. The focus is on the flexibility of the joining die. That means that just one die is needed, to join a certain number of material combinations quality-assured with regards to geometrical output values, without the need of die changing.
With help of numerical simulations a rigid die was determined, to join the given test matrix with view on comply geometrical quality parameters. Because of the wide material range of this test matrix one of the joints has a risk of cracking. In order to avoid this, a sectioned adjustable self-pierce riveting die design was optimized, so all material combinations can be joined in a qualitative appropriate level.
The comparison of both optimized die versions show the advantage of the sectioned one. An individual adjusted depth of the die leads to more flexibility of the production process, so that less tools are necessary and as a consequence less production area and time.
The project objectives were achieved.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Formelverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Halbhohlstanznieten
2.1.1 Definition und Einordnung
2.1.2 Verfahren
2.1.3 Tiefenverstellbare Halbhohlstanznietmatrizen
2.1.4 Simulation des Halbhohlstanznieten
2.2 Stochastische Analysen
2.2.1 Sensitivitätsanalyse
2.2.2 Optimierung
2.3 Interaktion von Simulations- und Optimierungssoftware
3 Problemstellung, Zielstellung und Lösungsansätze
3.1 Problemstellung
3.2 Zielstellung
3.3 Lösungsansätze
4 Randbedingungen für Experiment und Simulation
4.1 Versuchswerkstoffe
4.2 Randbedingung der Probenherstellung
4.3 Simulationsmodelle
5 Referenzverbindungen
5.1 Verbindungsbemusterung
5.2 Verifikation der Simulationen
5.3 Verbindungsfestigkeiten
6 Interaktion von Simulation und stochastischen Analysen
6.1 Definition von Ein- und Ausgabeparameter
6.1.1 Eingabeparameter
6.1.2 Ausgabeparameter
2.1 Parametrisiertes Simulationsmodell
6.2 Kopplung von Simulation und Statistik
7 Auslegung der starren Matrize
7.1 Sensitivitätsanalysen – starre Matrize
7.2 Optimierung der starren Matrize
7.3 Vergleich von Simulation und Experiment – starre Matrize
7.4 Verbindungsfestigkeiten – starre Matrize
8 Auslegung der tiefenverstellbaren Matrize
8.1 Optimierung der tiefenverstellbaren Matrize
8.2 Vergleich Simulation und Experiment – tiefenverstellbare Matrize
8.3 Verbindungsfestigkeiten – tiefenverstellbare Matrize
9 Ergebnis- und Potentialbewertung
9.1 Vergleich der Matrizenvarianten
9.1.1 Fügepunkte
9.1.2 Verbindungsfestigkeiten
9.2 Umsetzung der Ergebnisse
10 Ergebnisse und Ausblick
10.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der erzielten Ergebnisse für KMU, innovativer Beitrag und industriellen Anwendungsmöglichkeiten
11 Literatur
12 Anlagen
