Vorlochfreies umformtechnisches Fügen artungleicher Materialien mittels Schneidclinchverfahren (Schneidclinchen)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein; Professor Dr.-Ing. Gerson Meschut
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227633773

Politische und ökologische Trends fördern den Einsatz bedarfsgerechter Werkstoffanpassungen im modernen Karosseriebau und fordern damit die Neu- und Weiterentwicklung bestehender Fügekonzepte für artungleiche Werkstoffe. Großes Potential bietet hierbei das im Rahmen dieses Projekts untersuchte Schneidclinchen. Der Prozess integriert durch ein zweiteiliges Stempelkonzept und eine indirekte Krafteinleitung sowohl einen Schneidvorgang im matrizenseitig angeordneten schwer umformbaren Fügepartner, als auch das Durchsetzen des stempelseitigen Fügepartners an der resultierenden Fügestelle. Die Prozesszeit und mögliche Positionierungsfehler werden reduziert. Im Fokus der dritten Förderphase stehen die Untersuchung und Verbesserung der Robustheit des Schneidclinchprozesses sowie die Prognostizierbarkeit der Eigenschaften einer Schneidclinchverbindung. Hierfür werden drei Forschungsschwerpunkte gesetzt.Um die werkzeugseitige Auslegung zu bewerten, werden die am Schneidclinchprozess beteiligten Aktivelemente hinsichtlich der Werkzeugbeanspruchung und der Beanspruchbarkeit der verwendeten Werkzeugwerkstoffe analysiert. Neben der Identifikation werkzeugseitiger Prozessgrenzen soll dabei der Einfluss von prozess- und chargenbedingten Abweichungen auf die Qualität des Fügepunkts und die Werkzeugbeanspruchung untersucht werden. Auf Basis der erarbeiteten Erkenntnisse werden die Werkzeugelemente für die hohen lokalen Belastungen angepasst und Verschleißuntersuchungen durchgeführt. Der zweite Schwerpunkt ist die Bewertung der Prozessauslegung. Hierfür werden die bisher analysierten Einelementproben durch Mehrelementproben ersetzt und die Beeinflussung der Verbindungsqualität durch Nachbarpunkte untersucht. Ein wesentlicher Ansatz hierbei ist, den Einfluss des radialen Werkstoffflusses auf die charakteristischen Verbindungseigenschaften zu identifizieren und Grenzen für einen robusten Fügeprozess festzulegen. Neben dem Punktabstand werden Blechdickenänderungen und weitere prozessbedingten Schwankungen auf die Fügepunktausbildung analysiert. Die erzeugten Mehrelementproben werden auf ihre Verbindungsfestigkeit geprüft und Korrosionsuntersuchungen für die verwendeten Werkstoffkombinationen durchgeführt. Aufbauend auf den beiden erstgenannten Schwerpunkten wird eine Bewertung des Schneidclinchprozesses bezüglich der Prozesssicherheit und der Werkstoffauswahl durchgeführt. Hierfür werden die Erkenntnisse aus den ersten beiden Projektphasen mit den werkzeugseitigen und prozessseitigen Ergebnissen kombiniert und hinsichtlich der Prozesssicherheit bewertet. Insbesondere sollen die Versagensursachen der Fügepunkte berücksichtigt und die Prognose der Verbindungseigenschaften gewährleistet werden. Die Übertragbarkeit der Erkenntnisse wird an einer weiteren stempelseitigen Aluminiumlegierung gezeigt. Die Projektbearbeitung wird mit der Zusammenfassung der Erkenntnisse und einer ganzheitlichen Verfahrensbewertung des Schneidclinchprozesses abgeschlossen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation