Vorlochfreies punktförmiges Verbinden von Magnesiumbauteilen durch matrizenloses Clinchen
Final Report Abstract
Mit dem Matrizenlosen Clinchen sowie dem Matrizenlosen Nietclinchen wurden zwei Verfahren entwickelt, mit deren Hilfe Magnesium-Magnesium- oder Mischverbindungen mit Magnesium mechanisch gefügt werden können. Der Magnesiumwerkstoff wird dabei lokal durch Kontaktwärmeübergang vom beheizten Amboss in die Bauteile erwärmt - Clinchstempel bzw. weitere Werkzeigelemente müssen nicht beheizt werden. Die Erwärmung erfolgt, im Gegensatz zu konventionellen Verfahren, ohne zusätzlichen Zeitaufwand oder höchstens innerhalb weniger zehntel Sekunden. Grund für dieses vorteilhafte Verfahrensmerkmal sind einerseits die günstigen Bedingungen für den Wärmeeintrag in die Fügestelle, andererseits überwiegen beim matrizenlosen Fügen die Druckspannungen, wodurch günstige Voraussetzungen für eine rissfreie Umformung des Magnesiums geschaffen werden. Anhand umfangreicher Studien mit Hilfe der FE-Simulation wurden wichtige Geometrie- und Prozessparameter ermittelt. Die Ergebnisse wurden dabei anhand stichprobenartig aufgenommener experimenteller Daten überprüft und bestätigt. Die Untersuchungen ergaben, dass vor allem der Stempelzapfendurchmesser und sowie der Stempelkantenradius großen Einfluss auf die Verbindungsherausbildung haben. Für den Stempelkantenradius wird aufgrund der Untersuchungen ein Mindestmaß von 0,1 mm empfohlen. Die Beobachtungen zu den beiden genannten Geometrieparametern sind weitgehend auf das Nietclinchen übertragbar. Dabei korrespondiert der Einfluss des Stempelzapfenradius mit dem Einfluss des Nietkantenradius und der Stempelzapfendurchmesser mit dem Nietdurchmesser. Unter verschiedenen Nietgeometrietypen hat sich eine einfache zylindrische Geometrievariante als gut geeignet herausgestellt. Aus dieser Erkenntnis lässt sich ableiten, dass die Herstellung der Clinchnieten aufgrund der geringen erforderlichen Komplexität der Clinchniete vergleichweise einfach sein dürfte. Bei Untersuchungen zur optimalen Niethärte wurde festgestellt, dass diese möglichst hoch eingestellt werden sollte. Eine Verformung ist somit lediglich in einem Maße erforderlich, welches das Herausfallen des Nietes infolge fehlenden Formschlusses mit den Bauteilen verhindert. Die Vielfalt an erforderlichen Härtegraden fällt somit ebenfalls eher gering aus, was den Sortier- und Einrichtaufwand beim Wechsel der Fügeaufgabe senkt. Aufgrund der häufig benannten Korrosionsprobleme speziell mit Magnesiumwerkstoffen wird unter den Fügeverfahren häufig auch der Einsatz des Klebens in Erwägung gezogen. Da die Aushärtung der Klebschicht oft einige Zeit in Anspruch nimmt, könnte die Handlingfestigkeit der Baugruppe in der Zwischenzeit durch Clinchpunkte gewährleistet werden. Aus diesem Grund lag ein weiterer Schwerpunkt in der Untersuchungen des Einflusses einer unausgehärteten Klebschicht zwischen den Bauteilen auf die Verbindungsherausbildung beim temperierten Matrizenlosen Clinchen. Die experimentellen Untersuchungen zum Einfluss einer Klebschicht zwischen den Bauteilen zeigten, dass diese einen sehr geringen Einfluss auf Verbindungsausbildung nimmt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Verfahrenskombination des Temperierten Matrizenlosen Clinchens mit dem Kleben fast ohne Einschränkungen möglich ist.
Publications
- Matrizenloses Clinchverfahren verkürzt Prozesszeiten beim temperierten Fügen von Magnesiumbauteilen. In: Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Paderborn: Mechanisches Fügen und Kleben. Tagungsband zum 12. Paderborner Symposium Fügetechnik : Paderborn, 23. - 24. November 2005, Paderborn, 2005, S. 100-110
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- Dieless clinching and dieless rivetclinching of magnesium. In: Micari, F.: Sheet Metal 2007, 12th International Conference on Sheet Metal. Proceedings : University of Palermo, Italy, April 1st-4th 2007 Stafa-Zürich : Trans Tech Publications, 2007, S.693-698 (Key engineering materials 344)
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