Skalierung von Rotationsclinchverfahren unter Berücksichtigung der Prozessrobustheit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323223081

Fertigungsverfahren mit rotierenden Werkzeugbewegungen bieten gegenüber Verfahren mit Hubbewegungen, insbesondere bei der Verarbeitung von Halbzeugen aus Coilwerkstoffen, umfangreiche Vorteile. Das Rotationsclinchen nutzt diese positiven Eigenschaften und ermöglicht so einen kontinuierlichen Fügevorgang bei gleichbleibend hoher Geschwindigkeit. In den ersten beiden Förderperioden des SPP 1640 wurden Untersuchungen zu den beiden Verfahren Rotationsclinchen und Rotationsclinchen mit Vorloch durchgeführt. In der ersten Projektphase lag der Schwerpunkt auf der grundsätzlichen Umsetzbarkeit des Clinchprozesses mit einer rotierenden Kinematik. In der zweiten Förderperiode wurde das Einsatzspektrum des Rotationsclinchens auf das Fügen von schwer umformbaren mit gut umformbaren Werkstoffen erweitert. Durch das Rotationsclinchen mit Vorloch können nun auch hybride Werkstoffe, welche insbesondere hinsichtlich Leichtbau eine Rolle spielen, in einem Verfahren mit rotierender Werkzeugkinematik gefügt werden. Die Untersuchung des Prozesses erfolgte jedoch innerhalb sehr enger Parametergrenzen, welche durch die vorhandene Versuchsanlage vorgegeben sind. Zur vollständigen Durchdringung des Prozesses und zur Erweiterung des Einsatzspektrums ist die Übertragung auf unterschiedliche Dimensionen notwendig. So wurden bisher noch keine Untersuchungen über die anlagenseitig vorgegebenen Prozessgrenzen hinweg durchgeführt. Darüber hinaus fehlen Untersuchungen zur Robustheit des Prozesses, welche aufgrund der besonderen Kinematik beim Rotationsclinchen mit der Skalierung des Prozesses verknüpft ist. Aufbauend auf den Ergebnissen aus den Vorgängerprojekten wird der Fokus nun insbesondere auf die Skalierbarkeit und Robustheit des Fügeprozesses gelegt. Die Zielsetzung des Projektes besteht darin, die Prozessfenster hinsichtlich unterschiedlichen Anwendungsspektren zu erweitern. Aufbauend auf einer umfassenden Analyse der kinematischen Gegebenheiten beim Rotationsclinchen werden die Effekte bei der Skalierung des Prozesses hinsichtlich der Dicke des Blechwerkstoffes, der Größenverhältnisse der Werkzeugwalzen sowie der Fügegeschwindigkeit im Rahmen von Finite Elemente Simulationen untersucht. Neben der Skalierung des Prozesses sollen insbesondere robuste und technisch umsetzbare Parameterbereiche herausgearbeitet werden. Zur Validierung der Ergebnisse sowie zur Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung wird ein Versuchsstand entwickelt und aufgebaut. Mit den dadurch gewonnenen Erkenntnissen ist eine Erweiterung des Anwendungsspektrums des Fügeverfahrens möglich. Das Rotationssclinchen könnte so zusätzlich z. B. zur direkten Funktionsintegration von Elektronikkomponenten in Profilbauteilen genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Roland Golle