Vorstellung des wirkmediumbasierten Clinchens als innovatives Fügeverfahren für Karosseriebleche mit gleichmäßiger Spannungsverteilung als Folge der hydrostatischen Druckwirkung und daraus resultierender Reduzierung der erforderlichen axialen Fügekraft (leichtere Werkzeuge, größere Ausladung, flexiblere Automatisierbarkeit, bessere Ausprägung des Hinterschnitts, höhere Verbindungsfestigkeit). Ermittlung der Verfahrenseignung in experimentellen Untersuchungen mit einer Versuchsanlage der Firma Schnupp Hydraulik, Bogen, Deutschland, an Stahlblechen mit 0,8 mm Blechdicke (DC 04) und weiteren typischen Blechen für den Karosseriebau (ZStE 220 BH, DP 500, AlMg0,4Si1,2). Bei dem wirkmediumbasierten Clinchen (Wirkmedium: Wasser) wird nach erfolgtem Einsenken der durchgesetzte Fügebereich mit einem Stempel gegen die Matrize gestaucht, wobei der durch das Breiten oder Fließpressen eingeleitete Werkstofffluß zur Ausbildung des Hinterschnitts führt und so die kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung entsteht. Die zusätzliche radiale Kraftkomponente beim wirkmediumbasierten Clinchen bewirkt unmittelbar ein hinterschnittiges Aufweiten und die Einleitung des Streckziehens im Bodenbereich. Anhand von drei Verfahrensvarianten werden die Umsetzung eines Dichtkonzeptes, die Reduzierung der Reibungseinflüsse im Bereich der Matrize und die technische Machbarkeit des wirkmediumbasierten Fügens erläutert. Dabei wurden als Verfahrensgrenzen ein maximales Druckniveau aufgrund der begrenzten Dichtwirkung von Kupfer-Dichtringen nach DIN 7603 bei Abdichtung im Blechhalterbereich, Haftreibung im Kontaktbereich zwischen Blech und Werkzeug mit bei Druckzunahme proportional steigenden Reibschubspannungen in der Wirkfuge, hohe Spannungskonzentrationen durch Überlagerung von Biegespannungen, Zugspannungen, Reibschubspannungen und Druckspannungen durch den Fluiddruck mit steigender Blechdickenreduzierung bis zum Reißen des matrizenseitigen Fügeteils im Bereich des Matrizenradius festgestellt. Die beste Einsatzeignung als Wirkmediumkörper zeigte der Elastomerwerkstoff EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Elastomer), wobei Wirkmediumkörper mit kleinerem Durchmesser eine stärkere Ausdünnung des Fügeelementbodens und damit radiales Breiten des Materialvolumens und größere Hinterschnitte bewirken, was durch höhere Härte des Wirkmedienkörpers noch weiter unterstützt wird. Mediumkörper mit größerem Durchmesser führen zu einer geringeren Ausdünnung des Bodenbereichs und zu einem Abdrücken des stempelseitigen Blechs im Halsbereich. Der Zusammenhang zwischen Mediumkörperdurchmesser, wirksamer Stempelfläche und Druckspannungen wird mathematisch erläutert. Gegenüber dem konventionellen Clinchen weist das erprobte wirkmediumbasierte Fügen zwei wesentliche Vorteile auf: die über dem Mediumkörper wirkende partielle Werkstoffumformung vermindert den Fügekraftbedarf deutlich, und die Bildung eines Hinterschnitts wird bei steigender Stempelkraft durch den radialen Werkstofffluß unterstützt, was zu höherer Verbindungsfestigkeit führt. Die Verbesserung der Reibungsverhältnisse im Kontaktbereich zwischen Stempelstirnfläche und Fügeteil schont die Materialien und fördert die Anwendung beschichteter oder vorlackierter Bleche.
Erprobung eines innovativen wirkmedienbasierten Fügeverfahrens für Karosseriebleche
Evaluation of an innovative joining technique for car-body sheets based on hydrostatic press forming
UTF science ; 3 , I ; 10-14
2002
5 Seiten, 9 Bilder, 8 Quellen
Article (Journal)
German
Durchsetzfügen , hydrostatischer Druck , Karosserie , Stahlblech , Tiefziehstahl , Aluminiummagnesiumsiliciumlegierung , Verfahrenseignung , Prozessoptimierung , Verbindungsgüte , praktische Untersuchung , Einsenken , Werkstofffluss , Breiten , Stauchen , Fließpressen , Streckziehen (Metall) , Dichtung , Dichtungstechnik , Reibung (Metall-an-Metall) , Machbarkeitsuntersuchung , Haftreibung , Spannungsverteilung , Blechdicke , Rissbildung , Dien-Copolymer , Werkzeuggeometrie , Druckspannung , beschichteter Werkstoff , Vorlagespule
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