Formschlüssiges Längsnahtfügen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504659266

In diesem Projekt soll die Bildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen zwei Blechmaterialien aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffklassen entlang einer durchgängigen Naht über einen Kaltumformprozess untersucht werden. Das zu entwickelnde Verfahren erlaubt den Einsatz von Materialkombinationen, die bisher technisch nur mit erheblichem Aufwand nahtförmig gefügt werden konnten. Zusätzlich wird durch den Kaltumformprozess ein thermischer Einfluss und somit die resultierende Festigkeitsverringerung vermieden. Die Grundidee des lokalen formschlüssigen Längsnahtfügens von Blechen ist es, in den härteren Fügepartner entlang der späteren Fügenaht kanalartige Strukturen mit Hinterschnitt einzuwalzen, die dann in einem Einwalzstich mit dem weicheren Fügepartner aufgefüllt werden. Im ersten Schritt, dem sog. Strukturwalzen, erfolgt die Herstellung hinterschnittfreier Kanäle und Stege im Blech mit Hilfe von strukturierten Walzen. In dem Überwalzstich werden diese Stege dann mit planen Walzen in der Höhe reduziert und bilden dabei durch freie Breitung einen Hinterschnitt aus. Der dritte Schritt ist das Einwalzen des weicheren Partners in diese Struktur, so dass der Hinterschnitt ausgefüllt wird und eine formschlüssige Verklammerung entsteht. Die Erzeugung solcher Kanäle mit Hinterschnitt wurde bereits in einem vorangegangenen Projekt mit dem Ziel, eine formschlüssige Verklammerung zwischen einem Stahlblech und Al-Druckguss zu schaffen, erfolgreich demonstriert. Ziel dieses Vorhabens ist nun ein grundlegendes Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen des Struktur- und Einwalzens zur Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung zu gewinnen. Dazu soll das Verfahren für verschiedene Werkstoffklassen und -kombinationen getestet werden, um eine breite Basis für mögliche spätere Anwendungen zu schaffen. Als Werkstoffe werden dabei Blechmaterialien aus den Klassen Stahl, Aluminium und Kupfer betrachtet. Die Voruntersuchungen lassen erwarten, dass die Herstellung längsnahtförmiger Verbindungen von der Wahl der Werkstoffkombination, insbesondere von dem Festigkeitsverhältnis, abhängt. Um zusätzlich prüfen, welchen Einfluss die absolute Festigkeit hat, sollen auch verschiedene Festigkeitsniveaus getestet werden. Als weitere Einflussgröße auf die Prozessgrenzen sind die geometrischen Parameter der Oberflächenstruktur zu betrachten. Sowohl der Einfluss der Werkstoff- als auch der Geometrieauswahl soll zunächst simulativ über ein numerisches Prozessmodell untersucht und anschließend experimentell geprüft werden. Da je nach Anwendungsfall auch ein Einsatz in mechanisch belasteten Bauteilen angestrebt wird, ist eine hohe Verbindungsfestigkeit entscheidend. Daher sind zur Prüfung und Optimierung der Verbindungsfestigkeit Scher- und Schälzugversuche an experimentellen Proben geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Johannes Lohmar (†)