Erhöhung der Verbindungsfestigkeit von Flach-Clinch-Verbindungen mithilfe alternativer Verfahrenskonzepte

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Birgit Awiszus
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 334546496

Das Ziel des geplanten Vorhabens ist die Steigerung der Verbindungsfestigkeit von Flach-Clinch-Verbindungen durch die Entwicklung und den gezielten Einsatz alternativer Verfahrens- und belastungsgerechter Auslegungskonzepte. Mithilfe der belastungsgerechten Auslegung soll es möglich sein, ausgehend vom späteren Anwendungsfall, spezifische Anforderungen an die Verbindungsfestigkeit der Flach-Clinch-Verbindung (Kopf- und Scherzugkraft, maximal ertragbare Verdrehbelastung) zu ermitteln. Aus den im Rahmen dieses Projektes gewonnenen Erkenntnissen lassen sich daraufhin die optimale Fügegeometrie und die hierfür notwendigen Prozessparameter ableiten. Weiterhin soll ein neuartiger Simulationsansatz - die numerische Berechnung mit netzfreien Methoden - verwendet werden, um die Abbildegenauigkeit bei der 3D-Simulation von Flach-Clinch-Verbindungen zu erhöhen sowie gleichzeitig die Rechendauer zu reduzieren.Durch die Verwendung nichtrotationssymmetrischer Werkzeuggeometrien soll die Verdrehfestigkeit der Verbindung im Vergleich zum konventionellen Flach-Clinchen mit Rundstempel deutlich erhöht werden. Aufgrund des unregelmäßigen Werkzeugquerschnitts ist hierbei davon auszugehen, dass sich der Hinterschnitt zwischen den beiden zu fügenden Blechen nicht gleichmäßig über den gesamten Umfang des Clinchpunktes ausbildet. Im Laufe des Projektes werden verschiedene Werkzeuggeometrien entwickelt, mit denen verdrehsichere Flach-Clinch-Verbindungen mit gleichzeitig hoher Festigkeit hinsichtlich Kopf- und Scherzugbelastung hergestellt werden können.Durch das Einbringen von lokalen Hilfsfügeelementen (HFE) soll es möglich sein, die Kopf- und Scherzugkraft der konventionellen Flach-Clinch-Verbindung mit runder Stempelgeometrie deutlich zu erhöhen. Hierfür werden zusätzliche zylindrische Ronden (Hilfsfügeelemente) in den Flach-Clinch-Punkt eingebracht und in einem anschließenden zweiten Prozessschritt vorwiegend in radiale Richtung umgeformt. Diese Umformung bewirkt eine Vergrößerung des Hinterschnittes und somit eine Steigerung der Kopfzugkraft. Weiterhin wird die Restbodendicke, bei der das HFE in den Fügepunkt eingebracht wird, untersucht. Durch die Wahl einer größeren Restbodendicke im ersten Prozessschritt (konventionelles Flach-Clinchen) wird das stempelseitige Blech weniger abgestreckt und es ergibt sich eine größere Halsdicke. Im zweiten Prozessschritt wird das HFE umgeformt, dabei ergibt sich ein vergleichbarer Hinterschnitt wie beim konventionellen Flach-Clinchen. Die größere Halsdicke resultiert dabei in einer höheren Scherzugkraft der Flach-Clinch-Verbindung. Ziel der Untersuchungen ist es, ein Verständnis für die wirkenden Fügemechanismen zu entwickeln, um sowohl die Restbodendicke für das Einbringen des HFE als auch die optimale Geometrie und den Werkstoff des Hilfsfügeelementes in Abhängigkeit der gewählten Blechdickenkombination bzw. Materialpaarung zu ermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Sebastian Härtel