Mechanisches Fügen – Schlüsseltechnologie mit Zukunft · Dehngrenze ρ Dichte E-Modul,...

Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens

Universität Hannover Institut für Umformtechnikund Umformmaschinen

© 03/2004 IFUM Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens

14./15. März 2006 in Löningen

Vortragender: Dr.-Ing. Sven Hübner

Mechanisches Fügen –Schlüsseltechnologie mit Zukunft

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MoKo Sommersemester 2004, K. TrachtIFW, Universität Hannover

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Seite 2Hübner© Universität Hannover, IFUM

1. Einleitung

3. Clinchen von Magnesiumblechen

4. Clinchen von lackierten Stahlblechen

2. Eingesetzte Blechwerkstoffe

5. Zusammenfassung und Ausblick

Gliederung





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Fertigungsverfahren Fügen nach DIN8593Thermisches Fügen

Schweißen Löten

Schmelzschweißen

Lichtbogenschweißen- MIG / MAG- WIG / Plasma

LaserstrahlschweißenElektronenstrahlschweißen

Pressschweißen

ReibschweißenUS-SchweißenWiderstandsschweißen

- Punktschweißen- Buckelschweißen- Rollnahtschweißen

Lichtbogenpressschweißen- Bolzenschweißen

Weichlöten

Flammlöten

Weichlöten

Hartlöten

Lichtbogenlöten- MIG- Plasma

FlammlötenLaserstrahlötenOfenlöten

Mechanisches Fügen

Fügen durch Umformen

Fügen durch Nieten

BördelnFalzenClinchen

BlindnietenHohlnietenVollnietenStanznieten (Voll- und

Hohlniete)

Fügen durch Anpressen

SchraubenKlemmen / KlammernKlipsen

Kleben

Kleben mitphysikalischabbindendenKlebstoffen

Polyvinylchlorid (PVC)Klebstoffe

Kleben mitchemischabbindendenKlebstoffen

Polyurethan (PU)KlebstoffeEpoxidharzKlebstoffeIsocyanatKlebstoffeAcryl Klebstoffe

Kombiniertes Fügen

Punktschweißkleben Stanzniet -, Clinch -, Blindniet -, Schraubkleben

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Einsatzbereiche des Clinchens

Automobil- und Fahrzeugbau Haushaltsgeräte Heizung- und Klimatechnik

Lagertechnik Schaltschrankbau Bauindustrie

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Prinzip des Clinchens

Niederhalter

Blech,matrizen-seitig

Clinchpunkt

1. Positionieren 2. Durchsetzen 3. Stauchen 4. Rückhub

Stempel MatrizeBlech,stempel-seitig

Schieber

tn

f

t1

t2

tb

t1

t2

tntbf

= Einzelblechdicke,stempelseitig

= Einzelblechdicke,matrizenseitig

= Halsdicke= Bodendicke= Hinterschnitt

TOX®Pressotechnik

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Vorteile der Clinchtechnik gegenüber alternativen Fügeverfahren

• Für das konventionelle Clinchen ist keine Erwärmung der Fügestelle notwendig.• Es treten keine giftigen Gase oder Dämpfe auf.• Es sind keine Nacharbeiten erforderlich, die dem Korrosionsschutz dienen.

• Es sind keine Hilfsfügeteile, wie beispielsweise Nieten oder Schrauben notwendig.• Die Verbindung weist sofort die Endfestigkeit auf, z.B. im Vergleich zum Kleben.• Es ist keine gesonderte Oberflächenbehandlung der Fügestelle erforderlich.• Schwankungen der Blechdicken werden kompensiert.• Das Fügen von beschichteten, unbeschichteten sowie lackierten Blechen istmöglich, wobei die Blechoberfläche beeinträchtigt wird.

• Das Fügen verschiedener Werkstoffpaarungen unterschiedlicher Blechdicke istmöglich, z.B. Stahlblech und Aluminiumblech.

• Eine Online-Qualitätssicherung bzw. eine zerstörungsfreie Prozessüberwachungist möglich.

• Das Clinchen führt zu höheren dynamischen Verbindungsfestigkeiten z.B. imVergleich zum Stanznieten oder Punktschweißen.

Quelle: Eckold

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Verbindungsfestigkeit unterschiedlicher Fügeverbindungen

Lastwechsel N [ - ]

Kra

ftam

plitu

de F

a [kN

]

0,3

0,4

0,6

1,00,8

2,0

3,0

104 105 106 107

Punktschweißen

ClinchenStanznieten

max

. Kra

ft F

max

[kN

]

0

2

4

6

8

10

Punk

tsch

wei

ßen

Clin

chen

Sta

nzni

eten

Fügeverfahren [ - ]

Fdyn

t

Fo

Fa

R = = 0,1Fo

Fu

Fu = UnterkraftFo = Oberkraft

Fu

quasistatischeScherzugbelastung

dynamischeScherzugbelastung

Frequenz:30 Hz

Abschalt-kriterium:40 %Steifig-keits-verlust

k = 5,5

k = 14,2

k = 3,7

Quelle: LWF

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Clinchbarkeit von Blechwerkstoffen

AlMg3

200 300 400 500 600 700 800 900Mindestzugfestigkeit Rm [MPa]

Min

dest

bruc

hdeh

nung

A80

[%]

0

10

20

30

40

50

60

AlMg4,5Mn

CPTRIP

DC06 (IF)

DC04

ferr.Edelstahl

DPPHZ / MHZ.41

.41.10

.10

.26.61.26

AlMgSi

Anwendungsbereich für Sonder-Clinchwerkzeuge

Anwendungsbereich für konventionelle Clinchwerkzeuge

Aluminium:.10.26.41.61

weich (W)kaltverfestigt (F)kaltausgehärtet (T4)warmausgehärtet (T6)

Stahl:IFPHZMHZDPTRIPCP

interstitial freephosphorlegiertmikrolegiertdual phasetransformation induced plasticitycomplex phase

austentitische Edelstähle

AlMg0,4Si1,2AlMg0,8Si0,9

(gut clinchgeeignet)

(bedingt clinchgeeignet)

Quelle: Eckold

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Motivation - Magnesiumblech

Leichtbaukonzepte im Automobilbau

WerkstoffleichtbauHochfeste Stähle, Aluminium,

Magnesium, Kunststoffe

KonzeptleichtbauBauweisen mit einem

vorteilhaften VerhältnisFunktion zu Gewicht

FertigungsleichtbauTailored Blanks, -Tubes,

Patchwork Technik,Bonded Blanks

FormleichtbauStrukturierte oder bombierte

Bleche,Einbringung von Sicken

Fügen,z.B. Clinchen

Quellen: Volkswagen AG / Audi AG

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Leichtbauparameter unterschiedlicher Metalle

EE-Modul

Rp0,2

Dehngrenzeρ

Dichte

E-Modul, Dehngrenze und Dichtevon Stahl, Aluminium und Magnesium

0

50

100

150

200

250

350

300

0

5

10

E [GPa ]Rp0,2 [MPa]

ρ [g

/cm

3 ]

DC

05H

340

AZ3

1

DC

05

DC

05

H34

0

H34

0

AA

5182

AA

5182 AA

5182

AZ3

1 AZ3

1

0

100

200

300

500[%]

Referenzwerkstoff: DC05 = 100%

Rp0,2 / ρE / ρspezifischeSteifigkeit

DC

05

DC

05

H34

0

H34

0

AA51

82

AA51

82

AZ31

AZ31

E-Modul und Dehngrenze bezogenauf die Dichte

400

spezifischeFestigkeit

Quelle: Dröder

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Motivation - lackiertes Blech

Verwendungszwecke für bandbeschichtetes Blech

Lieferanteile an lackiertemStahlblech im Jahr 2003

Lieferanteile an lackiertemAluminiumblech im Jahr 2003

(Gesamtmenge: 1.369 Millionen m2)

Quelle: European Coil Coating Association (ECCA)

Bauindustrie

Export

AutomobilindustrieHaushaltsgeräte- industrie

AndereHandel

Verpackungs-industrie

Möbelindustrie

BauindustrieHaushaltsgeräte- industrie

Automobilindustrie

AndereHandel

Export

Möbelindustrie

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Bandbeschichtungsanlage

EinlaufbereichAbhaspeln

Bandspeicher

OfenBeschichtungs-station

VorbeschichtungsstationReinigung / Vorbehandlung

Heften

Quelle: Salzgitter AG

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Modifikation der Clinchtechnik

Anpassung des Clinchprozesses für das Fügen von Magnesiumblechendurch Adaption einer Prozesstemperierung

Anpassung des Clinchprozesses für das schädigungsfreie Fügen vonlackierten Blechen durch Optimierung der Werkzeuggeometrie

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1. Einleitung





Gliederung

1. Einleitung




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Eingesetzte Blechwerkstoffe

Einheit AZ31 AZ61 AA5182/W

AA6016/T4

DX54D+Z100

Blechdicke s0 [mm] 1,0 1,0 1,2 1,0 1,0

0,2%-Dehngrenze Rp0,2 [MPa] 179 185 143 122 124

Zugfestigkeit Rm [MPa] 247 273 278 227 304

Senkrechte Anisotropie r [-] 2,22 2,19 0,53 0,58 1,90

Verfestigungsexponent n [-] 0,18 0,190 0,23 0,25 0,24

Bruchdehnung A80 [%] 15,7 12,3 25,4 27,3 42,3

Elastizitätsmodul E [MPa] 40.631 43.322 68.211 66.892 209.700

Lack [-] - - - - - BASF-I BASF-III

Lackschichtdicke [µm] - - - - - 100 65

Mittelwerte WR 0°, 45°, 90° (Raumtemperatur)

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1. Einleitung





Gliederung

1. Einleitung




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Gleitsysteme unterschiedlicher Metalle bei Raumtemperatur

kfz: kubisch-flächenzentriertkrz: kubisch-raumzentriert

GleitebeneGleitrichtung

hdp: hexagonal-dichteste Packung

Anzahl derStruktur(Metall)

Gleit-systeme Gleit-

ebenenGleit-rich-

tungenGleit-

systeme

4 3 12kfz(Al)

6 2 12krz

(Stahl)

Thermische Aktivierung weitererGleitebenen in den Pyramidalebenen

1. Ordnung

Verbessertes Umformverhaltenvon Magnesiumlegierungen

bei erhöhten Temperaturen durch:

T > 200 °C

1 3 3hdp(Mg)

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Dehnung ε [ % ]

Span

nung

σ [

MPa

]

Quelle: Dröder

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40

ϕ = 0,002 s-1 Blechwerkstoff:Magnesium AZ31s0 = 1,3 mm

T = RT T = 50 °C

T = 100 °C T = 150 °C

T = 200 °C

Abn

ahm

eSp

annu

ng

ZunahmeBruchdehnung

Spannungs-Dehnungs-Diagramm aus dem Flachzugversuch

Blechwerkstoff:Magnesium AZ31s0 = 1,3 mm

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Anlagentechnik zum temperierten Clinchen

Prozessrechner

Druckaufnehmer

WegaufnehmerSekundärkühl-bereich

Primärkühlbereich

C-Bügel

Hydraulik-aggregat

Temperatur-regelgerätStempel

Matrize

beheizteWerkzeug-aufnahmen

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Systemdarstellung der Werkzeugaufnahme

Stempel

Niederhalter/Abstreifer

MatrizeHeizpatrone

Wärmeschutzplatte

Wärmeschutzplatte

HeizpatroneTemperaturfühler

Primärkühlung

FederFeder

Werkzeugaufnahme

Werkzeugträger

Werkzeugaufnahme

Leistung:P = 2.000 W

Werkzeugtemperatur:T = 390 °C

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Prozessablauf für das temperierte Clinchen

1.Zeit t

Kra

ft F

FHeiz

Fmax

2. Heizphase

1. Positionieren

3. Clinch- vorgang

3.2.

t > 3,0 s

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Prozessgrenze für das temperierte Clinchen

0

50

100

150

200

250

300

Clin

chte

mpe

ratu

r T [°

C]

Vorspannkraft FHeiz [kN]

01,02,

03,04,

0

2,0 4,

0 6,0 8,

0

10,0 12

,0 14,0

Fügeprozesszeit t [s]

Blechwerkstoff: AZ31 t1 = t2 = 1,0 mmFügesystem: Eckold R-DF8Werkzeug-temperatur: T = 390°C geringste Fügeprozesszeit t 3

,0 s

Clin

chte

mpe

ratu

r T[°

C]

Vorspannkraft FHeiz [kN] Fügeprozesszeit t [s]

390 °C

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Verringerung der Fügeprozesszeit durch Serienpunkte

Beispiel:Motorhaube

Füge-stellenliegenhinter-einander

VorwärmereduziertHeizzeit

Modell-versuch:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

1000 mm

50 mm

50 m

m

Fügestellennummer:

TemperierterStempel

TemperierteMatrize

Heiz-elemente

BlechstreifenFügepunkte

+Heissluft

VorwärmeT = 50°C

Fügestellen-Nummer

Füge

proz

essz

eit t

[s]

2,50

2,60

2,70

2,80

2,90

3,00

0 5 10 15 20

Blechwerkstoff: AZ31Blechdicke: t1 = t2 = 1,0 mmFügesystem: Eckold R-DF8Clinchtemperatur: T = 200 °CStat. Absicherung: 7-fach

Blechwerkstoff: AZ31Blechdicke: t1 = t2 = 1,0 mmFügesystem: Eckold R-DF8Clinchtemperatur: T = 200°CStat. Absicherung: 7-fach

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Stufensetzversuche bei unterschiedlichen Clinchtemperaturen

Stempelweg s [mm]

Füge

kraf

t F [k

N]

0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,50

T =300°C

T =175°C

Blechwerkstoff: AZ31 t1 = t2 = 1,0 mmFügesystem: Eckold R-DF8 (temperiert)

lokaler KraftabfallT = 175°C T = 300°C

T = 175°C T = 300°C

T = 175°C T = 300°C

T = 175°C T = 300°C

T = 175°C T = 300°C

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Lokaler Stoffschluss bei temperierten Clinchpunkten

0 200µm

0 20µm

2.

2.

2.

1.

1.

1.

Legende:1. = stempelseitiges Blech2. = matrizenseitiges Blech

stempelseitigesBlechmatrizenseitigesBlech

Clinchpunkt

Blechwerkstoff: Magnesium AZ31t1 = t2 = 1,0 mm

Fügesystem:Eckold R-DF8, temperiert

Clinchtemperatur: T = 275°C

Stoffschluss

0 200µm

Quelle: IFS Chemnitz / IFUM Hannover

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Geometrische Ausbildung der Fügestelle für MischbauweiseBlechwerkstoffe: - Magnesium AZ31 t1,2 = 1,0 mm - Aluminium AA5182/W t1,2 = 1,2 mmFügesystem: - Eckold R-DF8, temperiert

Clinch-temperatur:

T = 250°C

Clinch-temperatur:

T = 275°C

2,0 mm

2,0 mm

Reißer

Öffnung

AZ31

AA5182/W

AZ31

AA5182

2,0 mm

tn

t b f

Halsdicketn = 0,32 mm

2,0 mm

tn

t b f

AZ31AA5182/W

AZ31AA5182/W

Bodendicketb = 0,55 mm

Hinterschnittf = 0,29 mm

Halsdicketn = 0,62 mm

Bodendicketb = 0,55 mm

Hinterschnittf = 0,18 mm

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Fließspannungen, aufgenommen im Zylinderstauchversuch

100

150

200

250

300

350

200 225 250 275 300

Blechwerkstoffe:Magnesium AZ31Aluminium AlMg4,5Mn

ϕ = 1 ϕ = 10 s-1

Temperatur T [°C ]

Flie

ßpan

nung

kf

[MPa

]be

i ϕ =

1,0

10512

014316

3

153

Aluminium

Magnesium

Quelle: Janssen, Fließkurvenatlas

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Geometrische Ausbildung der Fügestelle

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

200 225 250 275 300

2,0 mm

tn

t b f

Clinchtemperatur T [°C] Hal

sdic

ke t n

, Bod

endi

cke

t b, H

inte

rsch

nitt

f

[m

m]

Blechwerkstoff: Magnesium AZ31 t1 = t2 = 1,0 mmFügesystem: Eckold R-DF8 (temperiert)Stat. Absicherung: 7-fach

T = 250°C

175

Stempelseite Matrizenseite

T = 250°C T = 250°C

Halsdicke (tn)

Bodendicke (tb) - eingestellt

lokales Maximum

lokales MaximumHinterschnitt ( f )

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Korngrößenverteilung bei temperierten Clinchpunkten

0

1

23

4

5

67

8

9

0 50 100 150 200 250 300Clinchtemperatur T [°C]

Kor

ngrö

ße d

m1,

2 [m

m]

dm1

dm2

dm1

dm2

Werkstoff-

fluss

Ausgangswerkstoff temperiert gefügteProben

kleinste Körnerim Gefüge

Quelle: IFS Chemnitz / IFUM Hannover

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Verbindungsfestigkeitsprüfung im Zerreißversuch

Scherzug Schälzug Kopfzug

Rechnergesteuerte ZugprüfmaschineDynaMess Typ S100/ZD

Max. Prüfkraft: Fmax = 100 kN

Gewählte Prüfgeschwindigkeit: vT =10 mm/min

Einspannung der Probe: starr

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Kraft-Weg-Verläufe der Verbindungsfestigkeitsprüfung

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0Traversenweg s [mm]

Kra

ft F

[kN

]

KopfzugSchälzug

ScherzugBlechwerkstoff:AZ31, t1 = t2 = 1,0 mm

Fügesystem:Eckold R-DF8, T = 250°C

F

F

F

F

F

F

F

F

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Verbindungsfestigkeit der Clinchpunkte

00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0

200 225 250 275 300

Scherzug-versuch

Schälzug-versuch

Kopfzug-versuch

Max

. Kra

ft F

max

[kN

]

Clinchtemperatur T [°C]

Blechwerkstoff: AZ31 t1 = t2 = 1,0 mmFügesystem: Eckold R-DF8 (temperiert)

Stat. Absicherung: 7-fach

Legende:

= Streubreite

lokale Maxima

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Temperiertes Clinchen tiefgezogener Bauteile

Dämmplatte

Ziehring

Platine

Niederhalter

Heizelemente

Stempel

(beheizt)

(beheizt)

(beheizt)

tN

untersuchte Fügestellen:

x

x

x

x

Ziehteil A Ziehteil B

Ziehverhältnis: β0 = 2,2 Ziehtiefe: 40 mm Ziehverhältnis: β0 = 2,4 Ziehtiefe: 70 mm

untersuchte Fügestellen:Bauteile:

Werk-zeug-system:

Blechwerkstoff:AZ31s0 = 1,0 mm

Stempeldurch-messer:100 mm

Niederhalter-kraft:FNH = 40 KN

- 60 kN

TemperaturStempel:T = 150 °C

TemperaturNiederhalter:T = 225 °C

TemperaturZiehring:T = 225 °C

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0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Hau

ptfo

rmän

deru

ng ϕ

1

Stre

ckzie

hen

Tiefziehen

Nebenformänderung ϕ2

xxxx

Formänderungenin denFügestellen

Flansch

Boden

Flansch

Boden

ϕ1 = -ϕ

2

ϕ1 = -2 ϕ

2

ϕ 1 =ϕ 2

Ziehteil AZiehteil BZiehteil A

Ziehteil B

Einfluss von Vorverfestigungen auf das temperierte Clinchen

FSt

FNH FNH

1. Tiefziehen2. Fügen

Schliffbilder:

Blechwerkstoff:MgAl3Zn1 (AZ31)s0 = 1,0 mm

Fügesystem:Eckold R-DF8 (temperiert)

Clinchtemperatur: min. T = 250 °C Clinchtemperatur: min. T = 275 °CFlansch Boden

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Anwendungspotenzial der temperierten Clinchtechnik

Clinchen von Magnesiumblechmit Aluminiumblech

Bild : VW AG

Quelle: VW - Salzgitter

innen:Magnesiumblech

außen:Aluminiumblech

Clinchen als Alternativezum Falzen

50% Gewichtsreduktion im Vergleich zu StahlblechMotorhaube VW-Lupo 3L

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1. Einleitung





Gliederung

1. Einleitung




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Eignung von Fügeverfahren für beschichtete Stahlbleche

unve

rzink

t

elove

rzink

t

feuerv

erzink

t

galva

nisier

t

feuera

lumini

ert

legier

verzi

nkt

dünn

filmbe

schic

htet

vorgr

undie

rt

< 25 µm

vorla

ckier

t

25 - 5

0 µm

Blechoberfläche

Fügeverfahren

Widerstandsschweißen

WIG - Schweißen

MIG/MAG - Schweißen

Strahlschweißen

Bolzenschweißen

Löten

Mechanisches Fügen

Kleben

geeignet bedingt geeignetQuelle: ThyssenKrupp Stahl

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Umgebung Boden

RandStempelseite: BodenStempelseite: RandStempelseite: UmgebungMatrizenseite: BodenMatrizenseite: RandMatrizenseite: Umgebung

optimierte Fügewerkzeuge normale Fügewerkzeuge

Lack

schä

digu

ng [-

]

klein

groß

Variante1

Variante2

Variante3

Variante4

Variante5

Variante6

Variante7

Variante8

Variante9

Variante10

Variante11

Reißer

Lackschädigung beim Fügen lackierter Stahlbleche

Quelle: Inpro

Lack

schä

digu

ng [-

]

optimierte Fügewerkzeuge normale Fügewerkzeuge

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Anlagentechnik für das Clinchen lackierter Bleche

Druckspeicher C-Rahmen

Kraftpaket

DruckaufnehmerStempel

Matrize

WegaufnehmerProzessrechner

Spindel Wegzeug-aufnahme

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Eingesetzte Clinchwerkzeuge

Matrizen: MI MII MIII Mopt

MatrizentiefeRingkanaltiefe

MI MII MIII Mopt

Trend

Matrizen-tiefe

Ring-kanal-tiefe

dI,II,..,IV

SI SII SIII SIV

Trend

Stempel-bezeichnung

Stem

peld

urch

mes

ser

Stempel: SI SII SIII SIV

dI dII dIII dIV

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Charakteristische Lackschädigungsarten

Stempelseite:

Matrizenseite:

Ringförmige Lackablösung

Reißer

Abplatzungen

a)

b) c) Reißer

Stempelseite

Matrizenseite

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Stufensetzversuche

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0Stempelweg s [mm]

Füge

kraf

t F [k

N]

12

34

56

7

8

13

4

5

6

7

8

Bereits frühe Schädigungin der Durchsetzphase

Blechwerkstoff:BASF-ITOX-Rundpunkt 8,0 mmStempel: SII, Matrize: MI

Fügesystem:Beschichtung:

DX54D+Z100

0

2

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Experimenteller Abgleich der simulierten Fügeelementausbildung

Hübner / Poelmeyer

+591,4+497,4+403,4+309,5+215,5+121,5+ 27,6

FE-Simulation:Vergleichsspannung nach von Mises

[MPa]

Fügeexperiment:Querschliff durch die Fügeelementmitte

2,0 mm

tn

ft b

Halsdicke:Bodendicke:Hinterschnitt:

FE-Simulation:tn

tbf

= 0,45 mm= 0,55 mm= 0,10 mm

Experiment:tn

tbf

= 0,45 mm= 0,55 mm= 0,10 mm

Blechwerkstoff:Blechdicke:Fügesystem:

DX54D+Z100t1 = t2 = 1,0 mmTOX-Rundpunkt 8,0 mm

f

tn

Clinchwerkzeuggeometrie: Standard (SII, MIII)

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Experimenteller Abgleich der simulierten Kraftverläufe

Hübner / Poelmeyer

Füge

kraf

t F [k

N]

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3Stempelweg s [mm]

Blechwerkstoffe:DX54D+Z100, t1 = t2 = 1,0 mm

Fügesystem: TOX Rundpunkt 8 mm

FEM Füge

kraf

t F [k

N]

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3Stempelweg s [mm]

Experiment

FEM

Clinchwerkzeuggeometrie:optimiert (SII, Mopt)

Clinchwerkzeuggeometrie:Standard (SII, MIII)

Experiment

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Korrelation zwischen plastischer Dehnung und Lackschädigung

Matrizenseite:Plastische Dehnung vertikal: εpl,vert Plastische Dehnung horizontal εpl,hor

Stempelseite:

+1,24+0,45 - 0,33 [-]- 1,11- 1,89

+0,95+0,38- 0,18 [-]- 0,75- 1,31

Hübner /Poelmeyer

Blechwerkstoff:Blechdicke:

DX54D+Z100t1 = t2 = 1,0 mm Stempel: SII, Matrize: MIII

Fügesystem: TOX-Rundpunkt 8,0 mm

Hübner / Poelmeyer

:

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Optimierung der Matrizengeometrie

α

Mat

rizen

-tie

fe

Rin

gkan

altie

fe

α vergrößert

TOX-Rundpunkt 8 mm

Rin

gkan

altie

feve

rkle

iner

tM

atriz

entie

fe

verg

röße

rt

Einlauf in denRingkanal verbessert

ralt,1

ralt,2

rneu,2

rneu,1

ralt,1 > rneu,1

ralt,2 < rneu,2


Clinchwerkzeuggeometrie: optimiert (SII, Mopt)

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Vertikale plastische Dehnung im Clinchpunkt

εpl,vert [-]+1,24+0,98+0,71+0,45 +0,19- 0,07- 0,33- 0,59- 0,85- 1,11- 1,37- 1,63- 1,89

l = 0,70 mm l = 0,59 mm

Tendenziell geringere Dehnung der Lackschicht im Halsbereich durch die optimierte Werkzeuggeometrie

+1,24+0,98+0,71+0,45 +0,19- 0,07- 0,33- 0,59- 0,85- 1,11- 1,37- 1,63- 1,89- 2,18



εpl,vert [-]

Hübner / Poelmeyer

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Einfluss der Matrizengeometrie auf das Fügeergebnis

Matrizentiefe/Ringkanaltiefe [-]

Bes

chäd

igun

g

klein

groß

klein groß

Matrizenseite

MatrizenseiteMatrizenseite

StempelseiteStempelseite

MIII

MII

MI

Mopt

Stempelseite

Matrizenseite

Stempelseite

Blechwerkstoff:BASF-IIITOX-Rundpunkt 8,0 mmMatrizen: MI, MII, MIII, MoptStempel: SII


DX54D+Z100

Trend der Lackschädigung

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Einfluss der Stempelgeometrie auf das Fügeergebnis

Stempelseite

Matrizenseite

Stempelseite

Matrizenseite

Stempelseite

Matrizenseite

Stempelseite

Matrizenseite

ReißerReißerReißer

Reißer Reißer Reißer

bestes Ergebnis !

Stempel: SI SII SIII SIV

Blechwerkstoff:BASF-IIITOX-Rundpunkt 8,0 mmMatrize:Mopt


DX54D+Z100

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Potenzial der optimierten Clinchwerkzeuggeometrie



Reißer



Blechwerkstoff:BASF-IIITOX-Rundpunkt 8,0 mmStempel: SIIMatrizen: MIII, Mopt


DX54D+Z100

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0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Max

. Kra

ft F

max

[kN

]

Fügeaufgabe

Scherzug-versuch

Schälzug-versuch

Kopfzug-versuch

Legende:

= Streubreite

Blechwerkstoff: BASF-I, BASF-III TOX-Rundpunkt 8,0 mm Matrizen: MIII, Mopt

Stempel: SII

Fügesystem:Beschichtungen:

DX54D+Z100

Stat. Absicherung: 7-fach

BASF-I BASF-III BASF-I BASF-III[ - ] [ - ]Standard-Matrize: MIII optimierte Matrize: Mopt

Bruchbild Scherzug

Verbindungsfestigkeit der Clinchpunkte

F

F

F

F

F

F

F

F

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Anwendungspotenzial der optimierten Werkzeuggeometrie

Clinchen ohne Schädigung der Lackschicht=> Clinchpunkte wären auch im Sichtbereich möglich!

WaschmaschinengehäuseBauknecht

Bildquelle Geräte: Bauknecht, TOX

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1. Einleitung





Gliederung

1. Einleitung




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Zusammenfassung und Ausblick

Ausblick:In Zukunft werden Fügeaufgaben durch neue und modifizierte Blechwerkstoffe undBeschichtungen gekennzeichnet sein, die durch das Clinchen wirtschaftlich gelöst werden können.

Clinchen praxistauglich modifiziert für Mg-Bleche durch Adaption einer Prozesstemperierung

Eignung für Mischbauweise Al / Mg

Clinchen von tiefgezogenen Bauteilen nachgewiesen

Magnesiumblech:

Lackiertes Blech:

Clinchen praxistauglich modifiziert für lackierte Stahlbleche durch Optimierung derWerkzeuggeometrie

Keine Lackschädigung bei gleicher Verbindungsfestigkeit

Mechanisches Fügen – Schlüsseltechnologie mit Zukunft · Dehngrenze ρ Dichte E-Modul,...

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