Analyse anlagenseitiger Einflüsse beim Mechanischen Fügen

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Kernthesen

  • Bei gleichbleibenden Randbedingungen können unterschiedliche Fügeanlageneigenschaften zu veränderlichen Fügeergebnissen führen, wodurch eine Übertragbarkeit von Prozessparametern von Anlagensystem A auf Anlage B nur bedingt möglich ist.
  • Durch die numerische Simulation können die anlagenseitigen Einflussgrößen (Fügegeschwindigkeit, Anlagensteifigkeit) systematisch auf das Fügeergebnis beim Halbhohlstanznieten und Clinchen identifiziert und quantifiziert werden.
  • Vereinfachte Modelle oder Algorithmen dieser Zusammenhänge ermöglichen eine Übertragbarkeit von Fügeergebnissen auf andere Fügeanlagen.

Zusammenfassung

Die aus den Anlageneigenschaften resultierenden Werkzeugkinematiken und Systemsteifigkeiten können bei gleichbleibenden Randbedingungen das Fügeergebnis beeinflussen, wodurch die Übertragbarkeit von Prozessparametern von einem Anlagensystem auf ein anderes nur eingeschränkt möglich ist. Vor dem Hintergrund der Digitalisierung der Produktion (Industrie 4.0), bei der die Bedeutung einer modellhaften Abbildung der in der Produktion verwendeten Anlagen und Prozesse stetig zunimmt, ist eine Kenntnis und Beschreibung der anlagenseitigen Einflüsse beim mechanischen Fügen ein essenzieller Baustein.

Im geförderten Forschungsvorhabens wurden daher konventionelle Fügeanlagen für das Clinchen und Halbhohlstanznieten einer St-St-, Al-Al-, und einer St-Al-Verbindung analysiert. Zunächst wurde die Verbindungsausbildung bei unterschiedlichen Fügeanlagen ermittelt und deren Einfluss auf die quasistatische Verbindungsfestigkeit untersucht. Gleichzeitig erfolgte die messtechnische Anlagenanalyse in Form von Messungen der Anlagenverformung im Fügeprozess und Hochgeschwindigkeitsmessungen der Geschwindigkeitsprofils der Fügewerkzeuge. Als nächstes wurden 2D- rotationssymmetrische und 3D-halbsymmetrische Simulationsmodelle erstellt und validiert.

Die numerische Abbildung der anlagenseitigen Einflüsse (Geschwindigkeitsprofil, Winkel- und Lateralversatz der Fügewerkzeuge) ermöglichte anschließend Sensitivitätsanalysen, in denen systematisch die signifikanten Einflussgrößen untersucht und identifiziert werden konnten. Zuletzt wurden basierend auf diesen Analysen Ersatzmodelle für das Halbhohlstanznieten und Clinchen abgeleitet und validiert, welche mit geringerem Rechenaufwand den Anlageneinfluss auf das Fügeergebnis abbilden können.


Projekt

EFB 40/117, IGF 20482BR

Referent: Thomas Grimm, Fraunhofer IWU


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