Vergütungsfreie Herstellung und Fügen von Stanznietelementen mit angepasstem mechanischen Eigenschaftsprofil aus hochverfestigenden Werkstoffen und prozesskettenübergreifender numerischer Abbildung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Hinblick auf den Klimaschutz sind mechanische Fügeverfahren wie das Halbhohlstanznieten von besonderer Relevanz für die Produktionstechnik, da sie Leichtbau ermöglichen. Die Herstellung von Hilfsfügeteilen wie Nieten ist aufgrund der erforderlichen Wärmebehandlungsund Beschichtungsprozesse zeit-, kosten- und energieintensiv. Um einen Beitrag zur Transformation hin zu nachhaltigen Produktionsprozessen zu leisten, wurde im Rahmen des Projekts ein neuartiger Ansatz für das Umformen und Fügen von Halbhohlstanznieten aus hochverfestigenden, rostfreien Nietwerkstoffen erforscht, sodass auf die Nachbehandlung verzichtet werden kann. Hierbei bestehen Herausforderungen für das Umformen und das Fügen. Beim Umformen ergibt sich eine hohe Werkzeugbeanspruchung, weshalb geeignete Umformkonzepte erforderlich sind, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten. Da das für Leichtbaukonzepte notwendige Fügen von hochfestem Stahl anspruchsvoll ist, ist zudem die Fügbarkeit sicherzustellen. Das Ziel im Projekt war daher, ein prozesskettenübergreifendes Prozessverständnis für das Umformen und Fügen von Halbhohlstanznieten aus hochverfestigenden, rostfreien Werkstoffen zu erarbeiten. Anhand experimenteller und numerischer Analysen wurden Ursache-Wirk-Zusammenhänge als Grundlage für die erfolgreiche Realisierung des neuen Ansatzes ermittelt. Da die Wärmebehandlung der Niete entfallen kann, bleibt die umformbedingte Gradierung der mechanischen Eigenschaften erhalten. Dieser Effekt ist nutzbar, indem die Eigenschaften gezielt gemäß den Anforderungen beim Fügen eingestellt werden. Folglich wurde durch den neuen Ansatz die Basis für die Produktion maßgeschneiderter Niete geschaffen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Heating effect on the forming behaviour of high nitrogen steel in bulk forming. AIP Conference Proceedings, 2113, 160004. AIP Publishing.
Kuball, Clara-Maria & Merklein, Marion
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Influence of the process temperature on the tribological behaviour during bulk forming of high nitrogen steel. In: Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Hrsg.) AJP 2019 – 1st International Conference on Advanced Joining Processes, 24.-25. Oktober 2019, Ponta Delgada, Azoren, Portugal. Quântica Editora, Lda., 2019, S. 29
Kuball, C.-M.; Jung, R.; Uhe, B.; Meschut, G. & Merklein, M.
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Improvement of a rivet geometry for the self-piercing riveting of high-strength steel and multi-material joints. Production Engineering, 14(4), 417-423.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara-Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Influence of the process temperature on the forming behaviour and the friction during bulk forming of high nitrogen steel. Journal of Advanced Joining Processes, 1, 100023.
Kuball, C.-M.; Jung, R.; Uhe, B.; Meschut, G. & Merklein, M.
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Process design for the forming of semi-tubular self-piercing rivets made of high nitrogen steel. Procedia Manufacturing, 50, 280-285.
Kuball, Clara-Maria; Uhe, Benedikt; Meschut, Gerson & Merklein, Marion
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Influence of the Rivet Coating on the Friction during Self-Piercing Riveting. Key Engineering Materials, 883, 11-18.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Selective application of different forming temperatures for individual process stages in a rivet manufacturing process with high nitrogen steel. In: Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Hrsg.) AJP 2021 – 2nd International Conference on Advanced Joining Processes, 21.-22. Oktober 2021, Sintra, Portugal. Quântica Editora, Lda., 2021, S. 29
Kuball, C.-M.; Uhe, B.; Meschut, G. & Merklein, M.
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Self-Piercing Riveting Using Rivets Made of Stainless Steel with High Strain Hardening. The Minerals, Metals & Materials Series, 1495-1506. Springer International Publishing.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara-Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Strength of self-piercing riveted Joints with conventional Rivets and Rivets made of High Nitrogen Steel. ESAFORM 2021.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara-Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Process-adapted temperature application within a two-stage rivet forming process for high nitrogen steel. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 236(6), 1285–1301.
Kuball, C.-M.; Uhe, B.; Meschut, G. & Merklein, M.
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Approach for a sustainable process chain in manufacturing of fasteners for mechanical joining. Sheet Metal 2023, 25, 397–404.
Uhe, B.
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Controlled Rivet Deformation During Self-piercing Riveting Through a Tailored Strength Distribution Within the Rivet Material. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 64-71. Springer Nature Switzerland.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara-Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Increased Sustainability in Fastener Production with the Example of Self-Piercing Rivets. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 7(6), 193.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara-Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Mechanical joining of high-strength multi-material systems − trends and innovations. Mechanics & Industry, 24, 16.
Merklein, Marion; Jäckisch, Manuel; Kuball, Clara-Maria; Römisch, David; Wiesenmayer, Sebastian & Wituschek, Simon
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Corrosion behaviour of self-piercing riveted joints with uncoated rivets in high nitrogen steel. Production Engineering, 18(3-4), 475-482.
Uhe, Benedikt; Kuball, Clara-Maria; Merklein, Marion & Meschut, Gerson
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Cross-process chain influence of process variations in self-piercing riveting with regard to semi-finished product dimensions. Journal of Advanced Joining Processes, 9, 100227.
Kuball, Clara-Maria; Uhe, Benedikt; Meschut, Gerson & Merklein, Marion
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Grundlegende Untersuchungen zur umformtechnischen Herstellung von Halbhohlstanznieten aus hochverfestigenden Werkstoffen. Dissertation, FAU Erlangen-Nürnberg, 2024. ISBN: 978-3-96147-717- 3
Kuball, C.-M.
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Ressourcenschonende Herstellung von Halbhohlstanznieten durch Prozesskettenverkürzung. Dissertation, Universität Paderborn, 2024. ISBN: 978-3-8440-9601-9
Uhe, B.
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Umformung von Bauteilen aus hochverfestigenden Werkstoffen zur Vermeidung von Wärmebehandlungen – Potentiale und Herausforderungen. Werkstoffe in der Fertigung 5, S. 26–29. ISBN: 0939-2629/B 25800
Kuball, C.-M.; Uhe, B.; Meschut, G. & Merklein, M.
