Die numerische Beschreibung von Umformfügeprozessen ist ein mächtiges Werkzeug zur effizienten Analyse und Optimierung der Verbindungsherausbildung. Der Nutzen kommt vor allem vor allem für extrem aufwändige Prozesse zum Tragen, z.B. bei der Entwicklung neuer Nietgeometrien. Die Verbindungsausbildung beim Fügen wird von nahezu allen Geometrieelementen eines Halbhohlstanznietes beeinflusst. Eine wesentliche Einflussgröße bildet die so genannte Schneidkante am Nietfuß. In firmeninternen Normen werden über 30 verschiedene Kenngrößen für den gelieferten Niet und die gefügte Verbindung festgelegt. Die Schneidkantengeometrie kann aber innerhalb dieser Norm schwanken, auch abhängig vom Herstellungsprozess bei verschiedenen Lieferanten. Diese Schwankungen sind in der Norm zulässig, haben aber starke Auswirkungen auf die Zielgrößen. Mit numerischen Studien können ohne die Probleme der Prozesstoleranzen Zusammenhänge des gesamten Umformfügevorganges im Labor schnell erkannt und Vorgaben für die Norm erarbeitet werden. Dabei sollte der Gesamtprozess Mehrstufenschlagen, Nietsetzen und Verbindungsbelastung betrachtet werden. Die beim Setzen erzielten Verhältnisse müssen neben Geometrie auch Eigenspannungen und Verfestigungszustand berücksichtigen, um die Belastung z.B. im Scherzug in einem 3D-Modell abbilden zu können und so auch direkt Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte voraussagen zu können. Einen Komplex von Geometrieparametern stellt beim Halbhohlstanznieten die Matrizengeometrie dar. Bei sprödem Material sind bei der Verarbeitung die Zugspannungen, die an der matrizenzugewandten Halbzeugoberfläche durch lokale Dehnungen entstehen, ein wesentlicher Aspekt. Die Matrizengeometriewerte können mit Hilfe numerischer Studien mit dem Ziel minimaler lokaler Zugspannungen verändert werden. Auch beim Nietclinchen führte die systematische numerische Abbildung der Verbindungsherausbildung in Abhängigkeit von Nietgeometrieparametern mit mehreren experimentellen Tests (kaltgeschlagene neue Niete) zu einer umfassenden Optimierung der Verbindungsherausbildung.
Unterstützung des Umformfügens im Karosseriebau durch numerische Simulation
2007
8 Seiten, 11 Bilder, 4 Quellen
Conference paper
German