SPP 1640:  Joining by Plastic Deformation

• Subject Area: Mechanical and Industrial Engineering
• Term: from 2012 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 199763459

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die heutigen Anforderungen an die Produktionstechnik sind aufgrund der sozialen und ökologischen Entwicklungen stetig gestiegen und komplexer geworden. So wird im Sinne des Umweltschutzes eine ressourcen- und energieschonende Fertigung verlangt, die aber gleichzeitig kosteneffizient sein und hohe Qualitätsstandards erfüllen muss. Da dies in vielen Bereichen nur durch konsequenten Leichtbau und steigende Funktionsintegration möglich ist, nimmt die Fügetechnik eine Schlüsselrolle ein. Die gestellten Ansprüche können nur durch die Kombination unterschiedlicher metallischer Werkstoffe oder durch Paarungen von Metallen mit Polymeren oder Keramiken vollumfänglich erfüllt werden. Allerdings stoßen konventionelle Fügeverfahren hierbei an ihre technologischen Grenzen. Dagegen bieten Fügeverfahren, die auf der plastischen Deformation mindestens eines Fügepartners beruhen, ein großes Potential, die heutigen Anforderungen zu erfüllen. Durch die Kombination bestimmter Werkstoffe und eine adäquat ausgebildete Fügestelle lassen sich gezielt Eigenschaften einstellen, die hinsichtlich Funktionserfüllung und -integration sowie Energie- und Ressourcenverbrauch einen deutlichen Mehrwert liefern. Jedoch bestanden zu Beginn des Schwerpunktprogramms noch wesentliche Wissenslücken bezüglich der Fügemechanismen und dadurch Unsicherheiten im Prozess, die eine industrielle Anwendung bisher verhinderten. Das Schwerpunktprogramm 1640 (SPP 1640) ist daher mit der übergeordneten Zielstellung initiiert worden, das Wissen über die relevanten Fügemechanismen zu erweitern, davon ausgehend Methoden zur Auslegung der Prozesse und der Fügestellen zu generieren sowie die notwendige Qualifizierung der neuen Fügeverfahren sicherzustellen.

Publications

• "Numerical modelling of powder metallurgical coatings on ring-shaped parts integrated with ring rolling"; Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, S. 2015-2032, 2013
  R. Kebriaei, J. Frischkorn, S. Reese, T. Husmann, H. Meier, H. Moll, W. Theisen
  
• A finite element framework for the evolution of bond strength in joining-by-forming processes. Journal of Materials Processing Technology Vol. 214, S. 2156-2168, 2014
  Bambach, M.; Pietryga, A.; Mikloweit, A.; Hirt, G.
  
• A novel method to investigate the principles of impact welding: Development and enhancement of a test rig, experimental and numerical results. In: Advanced Materials Research, Vol. 966–967, S. 500–509, 2014
  Pabst, C.; Sharafiev, S.; Groche, P.; Wagner, M. F.-X.
  
• Effect of the primary heat treatment on the bond formation in cold welding of aluminum and steel by cold forging In: Journal of Materials Processing Technology, Vol. 214, S. 2040–2048, 2014
  Groche, P.; Wohletz, S.; Erbe, A.; Altin, A.
  
• Joining by Laser Shock Forming: Realization and Acting Pressures. Production Engineering - Research and Development Vol. 8, (3), S. 283-290, 2014
  Veenaas, S; Wielage, H; Vollertsen, F
  
• Joining with electrochemical support (ECUF): Cold pressure welding of copper, Journal of Materials Processing Technology Vol. 214 (10) S. 2179–2187, 2014
  Ebbert, C.; Schmidt, H. C.; Rodman, D.; Nürnberger, F.; Homberg, W.; Maier, H. J., Grundmeier, G.
  
• Nanoscale understanding of bond formation during cold welding of aluminum and steel; In: Advanced Materials Research, Vol. 966-967, S. 445–452, 2014
  Altin, A.; Wohletz, S.; Krieger, W.; Kostka, A.; Groche, P.; Erbe, A.
  
• Numerische Untersuchung zur Oberflächenwelligkeit von presstechnisch hergestellten textilverstärkten Thermoplastverbunden, Dissertation, 2014
  Freund, A.
  
• Determination of thermal boundary conditions for modeling the hot roll bonding process. Key Engineering Materials, Vol. 651-653, S. 1357-1362, 2015
  Melzner, Alina; Hirt, G.
  
• FE-based study of the cutting operation within joining by forming of dissimilar materials using shear-clinching technology. In: Adv. Mater. Res. Vol. 794, S. 304–311, 2015
  Müller, M.; Hörhold, R.; Meschut, G.; Merklein, M.
  
• Influence of Kinematics During Roller Clinching on Joint Properties. In: Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 137, 2015
  Weiss, M.; Volk, W.
  
• Influence of the Surface and Heat Treatment on the Bond Strength of Galvanized Steel/Aluminum Composites Joined by Plastic Deformation”, Advanced Engineering Materials Vol. 18 (8), S. 1371-1380, 2016
  Hoppe, C.; Ebbert, C.; Grothe, R.; Schmidt, H. C.; Hordych, I.; Homberg, W.; Maier, H. J.; Grundmeier, G.
  
• Manufacturing and corrosion properties of ultrasound supported friction stir welded Al/Mg-hybrid joints. In: Surface and Interface Analysis, Vol. 48, S. 843-852, 2016
  Benfer, S.; Straß, B.; Wagner, G.; Fürbeth, W.
  
• Microstructural characterisation of interfaces in magnetic pulse welded aluminum/aluminum joints, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. Vol. 118, 012016, 2016
  S. Sharafiev, C. Pabst, M. F.-X. Wagner, P. Groche
  
• Verfahren und Vorrichtung zur Prozessüberwachung bei einer mittels Kollisionsschweißen gebildeten Schweißnaht, DE 10 2016 217 758 B3, Sep 16, 2016
  Bellmann, J.
  
• Zur Warmlochformung in Textil-Thermoplast-Strukturen: Technologie, Phänomenologie, Modellierung, Dissertation, 2016
  Kupfer, R.
  
• Formation of a diffusion-based intermetallic interface layer in friction stir welded dissimilar Al-Cu lap joints, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Vol. 181, (1), S. 012002, 2017
  Marstatt, R.; Krutzlinger, M.; Luderschmid, J; Zaeh, M.F & Haider, F.
  
• Method and Device for Monitoring the Process for a Welding Seam Formed by Means of Collision Welding, WO 2018/050569 A1, Sep 8, 2017
  Bellmann, J.
  
• Process window acquisition for impact welding processes. In: Materials & Design, Vol. 118, S. 286–293, 2017
  Groche, P.; Becker, M.; Pabst, C.
  
• Specimen´s Geometry Related Influences on Load-Bearing Capacity of Joining Aluminium and UHSS by Innovative Shear-Clinching. In: Journal of Materials Science Research Vol. 6 (4), 2017
  Hörhold, R.; Müller, M.; Merklein, M.; Meschut, G.
  
• "Modeling of joining by plastic deformation using a bonding interface finite element"; International Journal of Solids and Structures, Vol. 160, S. 68-79, 2018
  K. Khaledi, S. Rezaei, S. Wulfinghoff, S. Reese
  
• Influence of the flyer kinetics on magnetic pulse welding of tubes. Journal of Materials Processing Technology Vol. 262, S. 189-203, 2018
  Lueg-Althoff, J.; Bellmann, J.; Gies, S.; Schulze, S.; Tekkaya, A. E.; Beyer, E.
  
• Mechanical Joining of Glass and Aluminium. Key Engineering Materials Vol. 767, S. 369-376, 2018
  Veenaas, S; Vollertsen, F
  
• Temperature Control for Friction Stir Welding of Dissimilar Metal Joints and Influence on the Joint Properties, Key Engineering Materials Vol. 767, S. 360-368, 2018
  Krutzlinger, M; Marstatt, R; Costanzi, G.; Bachmann, A.; Haider, F. & Zaeh , M.F.
  
• Ultrasound enhanced friction stir welding of aluminum and steel: Process and properties of EN AW 6061/DC04-Joints. In: Journal of Materials Science & Technology, Vol. 34, Issue 1, S. 163-172, 2018
  Thomä, M.; Wagner, G.; Strass, B.; Wolter, B.; Benfer, S.; Fürbeth, W.
  
• A FEM-Based Virtual Test-Rig For Hybrid Metal-Composites Clinching Joints. Material Science and Engineering Technology, 2019
  Dean, A.; Grbic, N.; Rolfes, R.; Hübner, S.; Behrens, B.-A.
  
• Experimental Investigation of the Scalability of Roller-Clinching Processes with regard to Joint Strength and Failure Mode. In: Journal of Material Science and Engineering Technology, 2019
  Vitzthum, S.; Hiller, M.; Volk, W.
  
• Macro-Mechanical Modeling and Experimental Validation of Anisotropic, Pressure- And Temperature-Dependent Behavior of Short Fiber Composites. Composite Structures Vol. 151 S. 630–643, 2019
  Dean, A.; Grbic, N.; Rolfes, R.; Behrens, B.-A.
  
• Thermal Effects in Dissimilar Magnetic Pulse Welding. Metals Vol. 9 (3), S. 348, 2019
  Bellmann, J.; Lueg-Althoff, J.; Schulze, S.; Hahn, M.; Gies, S.; Beyer, E.; Tekkaya, A. E.