Vorlochfreies Setzen von Funktionselementen mittels Fließformen
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, M. Sc. Sebastian Meyer, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn
152 Seiten - 86,00 EUR (sw, 109 teils farbige Abb., 8 Tab.)
ISBN 978-3-86776-616-6
Zusammenfassung
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein vorlochfreies Blindnietmuttersystem zur Integration tragfähiger Mutterngewinde in Trägerbauteile aus Aluminium entwickelt. Hierzu wurden zunächst konventionelle Blindnietmutterverbindungen charakterisiert, welche die Referenzverbindungen gegenüber der zu entwickelnden, modifizierten Blindnietmutter darstellen.
Anhand festgelegter Bewertungskriterien wurde eine optimale Spitzengeometrie für das Fließlochformen erarbeitet, welche zunächst in der Konzeptionierungsphase der unter-schiedlichen fließlochformenden Blindnietmutternsysteme berücksichtigt wurde.
Nach der Festlegung des zu entwickelnden fließlochformenden Blindnietmutternsystems wurde der Umformbereich des Funktionselementes zur optimalen Schließkopfausbildung, im mittels Fließlochformen hergestellten Durchzug, mit Hilfe der numerischen Simulation modifiziert.
Unter Berücksichtigung des Funktionselementwerkstoffes erfolgte eine erneute Anpassung und tiefergehende Untersuchung des Fließlochformens bei unterschiedlichen Randbedingungen zur Ausbildung eines für das umformtechnische Fügen optimalen Durchzuges.
Im Rahmen der sich anschließenden Verbindungsherstellung unter Einsatz der fließlochformenden Blindnietmuttern mittels eines Ersatzversuches, konnte eine Blindnietmutterngeometrie mit einer optimalen Schließkopfausbildung im Durchzug iterativ erarbeitet werden.
Abschließend wurden sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Verbindungsei-genschaften sowie die Dichtheit unter Verwendung der fließlochformenden Blindnietmuttern ermittelt.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Vorlochfreies Setzen von Funktionselementen mittels Fließformen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20398N 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. 559 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
Within the framework of the research project, a blind rivet nut system without pilot holes was developed for integrating load-bearing nut threads in aluminum beam components. For this purpose, conventional blind rivet nut joints were first characterized, which represent the reference joints compared to the modified blind rivet nut to be developed.
Based on defined evaluation criteria, an optimum tip geometry for flow forming was developed, which was initially taken into account in the conceptual design phase of the various flow forming blind rivet nut systems.
Once the flow forming blind rivet nut system to be developed had been determined, the forming area of the functional element was modified using numerical simulation to achieve the optimum closing head formation, in the flow formed tube. Taking into account the material of the functional element, the flow forming process was adapted again and investigated in greater depth under different boundary conditions to form an optimum tube for the forming process of the closing head.
In the course of the subsequent joint production using the flow forming blind rivet nuts by means of a substitute test, it was possible to iteratively develop a blind rivet nut geometry with an optimum closing head formation in the flow formed tube. Finally, both the mechanical and the electrical joint properties as well as the tightness were determined using the flow forming blind rivet nuts.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Funktionselemente
2.2 Blindnietmuttern
2.2.1 Verfahrensablauf des umformtechnischen Fügens
2.2.2 Ausführungsformen von Blindnietmuttern
2.2.3 Prozessüberwachung
2.3 Fließlochformen
2.3.1 Werkzeugbeschreibung
2.3.2 Prozessgrößenverläufe
2.3.3 Kenngrößen und Qualitätsmerkmale eines Durchzuges
2.4 Lösungsansätze zur kombinierten Prozessführung
3 Versuchsrandbedingungen
3.1 Versuchswerkstoffe
3.2 Blindnietmutternsysteme
3.3 Probengeometrien
3.3.1 Bemusterung und Verbindungscharakterisierung
3.3.2 Scherzugprüfung
3.3.3 Werkstoffcharakterisierung
3.4 Anlagen- und Werkzeugtechnik
3.4.1 Blindnietmutternsetzgeräte
3.4.2 Fließlochformanlage
3.5 Prüfverfahren und Prüfeinrichtung
3.5.1 Tragfähigkeitsuntersuchungen
3.5.2 Dichtheitsprüfung
3.5.3 Elektrische Verbindungseigenschaftsbestimmung
4 Charakterisierung der Referenzverbindungen
4.1 Bemusterung
4.2 Tragfähigkeitsuntersuchungen
4.2.1 Auszugswiderstandsprüfung
4.2.2 Durchzugswiderstandsprüfung
4.2.3 Verdrehfestigkeitsprüfung
4.2.4 Quasistatische Scherzugprüfung
5 Konzeptionierung vorlochfreier Blindnietmuttersysteme
5.1 Qualitätsrelevante Bewertungsgrößen
5.2 Fließlochformerspitzengeometrien
5.2.1 Fließlochformergeometrie Konisch
5.2.2 Fließlochformergeometrie Konkav
5.2.3 Fließlochformergeometrie Konkav 2
5.2.4 Fließlochformergeometrie Konvex
5.2.5 Gegenüberstellung der prozessualen und geometrischen Ausgangsgrößen
5.3 Auslegung der Unterkopfringnut der fließlochformenden Blindnietmutter
5.4 Konzepterstellung fließlochformender BNM-Systeme
5.4.1 Offenes fließlochformendes BNM-System
5.4.2 Geschlossenes fließlochformendes BNM-System
6 Konzeptumsetzung
6.1 Voruntersuchung zum umformtechnischen Fügen einer konventionellen BNM in einem Durchzug
6.2 Allgemeine Randbedingungen für die numerische Simulation
6.3 Numerische Simulation des umformtechnischen Fügens einer konventionellen BNM
6.3.1 Bestimmung der Umformgeschwindigkeit
6.3.2 Ermittlung der Fließkurven
6.3.3 Validierung der Umformsimulation der konventionellen BNM3
6.4 Numerische Simulation des umformtechnischen Fügens einer FLF BNM
6.4.1 Einfluss der Durchzugsgeometrie
6.4.2 Einfluss der Schaftdicke
6.4.3 Einfluss der Schaftlänge
6.4.4 Integration einer Fase in die Umformzone der BNM
6.4.5 BNM-Geometrie für das umformtechnische Fügen in einem Durchzug
6.4.6 Einfluss des BNM-Werkstoffes
6.5 Erweiterte Betrachtung des FLF-Prozesses
6.5.1 Einfluss des FLF-Werkzeugwerkstoffs
6.5.2 Einfluss der Probendicke
6.5.3 Einfluss des Probenwerkstoffes
6.5.4 Einfluss der Oberflächenbeschichtung
6.5.5 Einfluss der Probensteifigkeit
7 Verbindungsherstellung mit fließlochformenden Blindnietmuttersystemen
7.1 Umformtechnisches Fügen der FLF BNM MOD I
7.2 Umformtechnisches Fügen der FLF BNM MOD II
7.3 Umformtechnisches Fügen der FLF BNM MOD III
7.4 Prozessüberwachung des umformtechnischen Fügens einer FLF BNM
7.5 Bewertung der Elementherstellung mittels Kaltschlagen
8 Charakterisierung und Vergleich mit den Referenzverbindungen
8.1 Auszugswiderstandsprüfung
8.2 Durchzugswiderstandsprüfung
8.3 Quasistatische Scherzugprüfung
8.4 Verdrehfestigkeitsprüfung
8.5 Elektrische Verbindungswiderstandsprüfung
8.6 Dichtheitsprüfung
9 Ergebnisse und Ausblick
9.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
10 Literatur
