Verfahrensflexible Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeuge für das mechanische Fügen
Verfasser:
Dr.-Ing. Benedikt Uhe, Dipl.-Ing. Franziska Schützelt, Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel, Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) aus Chemnitz
Seiten - (Print, sw, teils farbige Abb., Tab.) (Digital, durchgehend farbig)
ISBN 978-3-86776-693-7
Zusammenfassung
Halbhohlstanznieten und Clinchen sind etablierte Verfahren zum Fügen von Automobilkarosserien. Für die Umsetzung des Fügeprozesses werden bei beiden Verfahren C-Rahmen mit Antrieb verwendet, die auf einen Industrieroboter montiert sind. Charakteristisch für die beiden Fügeverfahren sind die Werkzeuge, bestehend aus Stempel, Matrize und Niederhalter. Obwohl die verwendeten Werkzeuge bei beiden Verfahren sehr ähnlich sind, hat sich das Fügen mit vereinheitlichten Werkzeugen bisher nicht in der Karosseriefertigung durchgesetzt.
Das Forschungsvorhaben untersucht die Herausforderungen und Anforderungen zur Verbesserung der Effizienz und Steigerung der Flexibilität der mechanischen Fügeverfahren mit verfahrensflexiblen Werkzeugen. Die Arbeit fokussiert sich auf die Entwicklung eines kombinierten Werkzeuges, das sowohl das Clinchen als auch das Halbhohlstanznieten ohne Werkzeugwechsel ermöglicht. Zu Beginn des Projekts stellen experimentelle Bemusterungen Referenzverbindungen für unterschiedliche Werkstoffdickenkombinationen dar, wobei konventionelle
Fügewerkzeuge eingesetzt werden. Die daraus resultierenden experimentellen Daten dienen der Validierung von Simulationsmodellen, die anschließend zur Durchführung von Sensitivitätsanalysen genutzt werden. Auf Basis dieser Analysen werden geometrische Parameter für die neuen verfahrensflexiblen Fügewerkzeuge abgeleitet und deren Leistungsfähigkeit durch experimentelle Fügeversuche validiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit den entwickelten Werkzeugen qualitativ hochwertige Verbindungen hergestellt werden können, die in ihrer Tragfähigkeit den konventionell gefügten Verbindungen entsprechen. Diese Erkenntnisse leisten einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung der mechanischen Fügetechnik und bieten wertvolle Hinweise für die praktische Anwendung in der Industrie.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben "Verfahrensflexible Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeuge für das mechanische Fügen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer EFB/IGF 01IF22047N im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 624 erschienen und im EFB-Shop https://shop.efb.de und im Buchhandel erhältlich.
Summary
Self-pierce riveting and clinching are well-established joining techniques in car body manufacturing. For these two techniques C-frames with drives, which are mounted on industrial robots, are used to realize the joining process. The tools, consisting of a punch, die, and blank holder, are characteristic of these techniques. Even though the joining tools for self-pierce
riveting and clinching are similar, joining with the same unified joining tools has not yet been implemented in car body manufacturing.
This research project examines the challenges and requirements for improving the Efficiency and increasing the flexibility of mechanical joining methods with flexible unified joining tools. The focus is on developing a combined joining tool that allows both clinching and self-pierceriveting without a tool change. At the beginning of the project, experimental samples create
reference joints for various material thickness combinations using conventional joining tools. The resulting experimental data serves to validate simulation models, which are then used to conduct sensitivity analyses. Based on these analyses, geometric parameters for the new flexible unified joining tools are derived, and their performance is validated through experimental joining tests.
The results demonstrate that high-quality joints can be produced with the developed tools, which match the load-bearing capacity of conventionally joined connections. These insights contribute significantly to the advancement of mechanical joining technologyand provide valuable guidance for practical applications in industry.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Clinchen
2.2 Halbhohlstanznieten
2.3 Sensitivitätsanalyse
2.4 Modellprognose von Prozessparametern im mechanischen Fügen
3 Problemstellung, Zielstellung und Lösungsansatz
3.1 Problemstellung
3.2 Zielstellung und Lösungsansatz
4 Generierung der Datengrundlage
4.1 Versuchsmatrix
4.2 Fügeprozess und Ermittlung der Tragfähigkeit
4.3 Aufbau Simulationsmodell
4.4 Parametrisierung der Simulationsmodelle
5 Referenzverbindungen
5.1 Bemusterung mit konventionellen Werkzeugen
5.2 Validierung der Simulationsmodelle
6 Auslegung der verfahrensflexiblen Werkzeuge
6.1 Sensitivitätsanalyse
6.2 Identifikation des Zielbereichs und Ergebnisextraktion
7 Methodenvalidierung mit verfahrensflexiblen Werkzeugen
7.1 Konstruktive Anpassung der Anlagentechnik
7.2 Fügeversuche und Verbindungsanalyse
7.3 Bewertung der Tragfähigkeit
7.4 Validierung der metamodellgestützten Auslegung
7.5 Anwendungsempfehlung und Grenzen der Anwendung
8 Ergebnisse und Ausblick
8.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
9 Literaturverzeichnis
