Lösungsstrategien für das Halbhohlstanznieten von höchstfesten und ultrahöchstfesten Stählen mit Aluminiumwerkstoffen

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Kernthesen

  • Eine Erweiterung der Einsatzgrenzen des Halbhohlstanznietens auf ultrahöchstfeste Stähle in erhöhter Dicke kann durch eine Anpassung der Nieteigenschaften erreicht werden.
  • Durch die Qualifizierung eines neuen Nietwerkstoffs ist eine Erfüllung der Anforderungen im Fügeprozess möglich.
  • Durch eine passend modifizierte Nietgeometrie kann die bestehende Anlagentechnik weiterhin genutzt werden.

Zusammenfassung

Im Fahrzeugverkehr ist eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen erforderlich. Gleichzeitig steigen die Crashanforderungen an die Fahrzeuge, unter anderem durch Maßnahmen zum Schutz der Batteriezellen bei Elektrofahrzeugen. Diese Faktoren führen zu einer Zunahme von Mischbauverbindungen aus höchstfesten und ultrahöchstfesten Stahlwerkstoffen mit Aluminiumwerkstoffen.

Der Einsatz dieser innovativen Materialkombinationen ist aber nur möglich, wenn geeignete Fügeverfahren vorhanden sind. Das Halbhohlstanznieten ist ein etabliertes Verfahren für das Fügen von Mischbauverbindungen. Bestehende Lösungen stoßen beim Fügen von ultrahöchstfesten Stählen aber an ihre Grenzen. In diesem Beitrag wird die Erarbeitung von Lösungsstrategien für das Halbhohlstanznieten von höchstfesten und ultrahöchstfesten Stählen mit Aluminiumwerkstoffen vorgestellt.

Zunächst werden die Anforderungen an die Nietgeometrie und den Nietwerkstoff systematisch aus experimentellen und simulativen Untersuchungen abgeleitet und potenzielle Nietwerkstoffe mittels einer wissenschaftlichen Methodik charakterisiert. Anschließend wird der Werkstoff mit den besten Eigenschaften für die Erarbeitung des neuen Niets ausgewählt. Mithilfe der Simulation wird eine modifizierte Nietgeometrie erarbeitet. Es folgt der Nachweis der umformtechnischen Herstellbarkeit des erarbeiteten Niets.

Abschließend wird das Einsatzverhalten der neuen Niete an unterschiedlichen Materialdickenkombinationen ermittelt. Hierdurch kann gezeigt werden, dass die Einsatzgrenzen des Halbhohlstanznietens durch die erarbeitete Lösung erfolgreich erweitert werden können.


Darstellung des Nutzens für KMU

Die Erkenntnisse werden den Leichtbau insgesamt und damit auch die Wertschöpfungspotenziale von KMUs stärken. Die Entwicklung anforderungs- und werkstoffgerechter Fügetechnologien ist insbesondere für KMU von sehr hoher Relevanz, da sie entlang der Wertschöpfungskette in der Automobilindustrie wichtige Schlüsselpositionen bei der Fertigung von Komponenten, Verbindungselementen und Fügesystemen einnehmen.

Sie profitieren besonders durch das erzielte Know-how zum Fügen von ultrahöchstfesten Stählen und können ihr Leistungsportfolio auf zukunftsträchtige Werkstoffklassen erweitern. Zudem wird das Know-how in der Modellierung der Verbindungsausbildung signifikant erhöht. KMUs haben häufig nicht die erforderlichen Mittel, um neue, wirtschaftliche Lösungen systematisch-wissenschaftlich abzusichern. Durch die Ergebnisse wird daher die Wettbewerbsfähigkeit von KMU auf dem Weltmarkt gesteigert.

Zudem wird unmittelbar ein wichtiger Beitrag zur Erreichung volkswirtschaftlicher Ziele und gesetzlicher Auflagen im Bereich der Reduzierung von CO2 Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen durch innovativen Leichtbau geleistet.


Projekt

EFB 02/119, IGF 21012N - Laufzeit 01.06.2020 - 30.11.2022

Referent: M. Sc. B.Uhe, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn


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