Vergütungsfreie Herstellung und Fügen von Stanznietelementen mit angepasstem mechanischen Eigenschaftsprofil aus hochverfestigenden Werkstoffen und prozesskettenübergreifender numerischer Abbildung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein; Professor Dr.-Ing. Gerson Meschut
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328853593

Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Identifikation von prozesskettenübergreifenden Wirkzusammenhängen zwischen den aus der Umformung resultierenden geometrischen und mechanischen Eigenschaften von Halbhohlstanznieten aus hochverfestigenden Werkstoffen und der Fügbarkeit unterschiedlicher Materialkombinationen. Hierfür werden die im Umformprozess relevanten Einflussgrößen identifiziert und deren Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit der Niete, die lokale Verfestigung im Niet und die Verbindungsausbildung im Fügeprozess untersucht. Die Korrelation der auftretenden Effekte ermöglicht die Erarbeitung von Methoden zur Steigerung der Maßgenauigkeit und zur gezielten Einstellung der mechanischen Eigenschaften entsprechend den Anforderungen im Fügeprozess, durch welche eine Erhöhung der Verbindungsfestigkeit und der Prozesssicherheit beim Fügen erreicht wird. Maßabweichungen infolge von Prozessschwankungen oder aufgrund der limitierten Beanspruchbarkeit der Umformwerkzeuge führen in der Regel zu einer Verschlechterung der Verbindungskennwerte. Daher wird die Beeinflussung der Nietgeometrie im Umformprozess durch Prozessparameter wie die Umformtemperatur untersucht. Zusätzlich ist die Untersuchung des Einflusses von Volumenschwankungen auf die Maßhaltigkeit der Niete erforderlich, um die Effekte eindeutig voneinander abzugrenzen. Im Hinblick auf die prozesskettenübergreifende Analyse wird der Zusammenhang zwischen veränderten Randbedingungen im Umformprozess, der Verbindungsausbildung beim Fügen und dem dadurch beeinflussten Einsatzverhalten der Fügeverbindungen erfasst. Hierbei muss auch der Einfluss realitätsnaher Randbedingungen wie ein korrosives Umfeld und der zusätzliche Einsatz von Klebstoff berücksichtigt werden. Neben der Niet- und Matrizengeometrie ist die Festigkeit des Nietwerkstoffs für die Ausbildung der Fügeverbindung entscheidend. Großes Potential zur Steuerung der Verbindungsausbildung bietet das definierte Spreizen des Niets beim Fügen. Da aufgrund der Nutzung hochverfestigender Werkstoffe auf das Vergüten der Niete verzichtet werden kann, besteht das Potential, die mechanischen Eigenschaften im Umformprozess gezielt einzustellen. Durch die Analyse prozessseitiger und werkstoffseitiger Einflussgrößen auf die lokale Verfestigung werden Ursachen für das Verfestigungsverhalten ermittelt und Wechselwirkungen zwischen der Prozessführung und werkstoffspezifischen Eigenschaften identifiziert. Die Ermittlung der Abhängigkeit der idealen Festigkeit des Nietwerkstoffs von der Festigkeit und Dicke der Fügeteile sowie der Nietgeometrie ist die Basis für die Identifikation einer Festigkeitsverteilung im Niet, welche zu einer Verbesserung der Verbindungskennwerte führt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen