Verfahrensflexible Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeuge für das mechanische Fügen

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Kernthesen

  • Durch die numerische Prozessauslegung in Kombination mit Sensitivitätsanalysen können systematisch optimierte Werkzeuggeometrien für den Einsatz von Clinchen und Halbhohlstanznieten ermittelt werden, ohne einen Wechsel von Stempel und Matrize oder der Anlage vornehmen zu müssen.
  • Mit den verfahrensflexiblen Werkzeugsätzen werden Cluster von Werkstoffdicken-kombinationen gebildet, die mit optimiert ausgelegtem Stempel und Matrize sowohl zum Clinchen als auch zum Halbhohlstanznieten verwendet werden können, um qualitätsgerechte Fügepunkte zu erzielen.

Zusammenfassung

Im laufenden Forschungsvorhaben geht es um die Entwicklung von kombinierten Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeugsystemen, mit denen beide Fügeverfahren ohne Werkzeugwechsel auf einer Anlage qualitätssicher durchgeführt werden können. Da der Anwender verfahrensunabhängig Fügen und somit seine Flexibilität steigern kann, wird vom verfahrensflexiblen Fügen gesprochen. Sofern dem Werkzeugsystem kein Niet zugeführt wird, wird der Stempelvorschub bis zur Ausbildung einer charakteristischen Clinchkontur ausgeführt. Falls über die Nietzuführung ein Halbhohlstanzniet eingesetzt wird, endet der Prozess früher bei einer definierten Nietkopfendlage und eine Halbhohlstanznietverbindung wird ausgebildet. Im Projekt wird die Entwicklung der Werkzeuge maßgeblich mithilfe numerischer Simulationen durchgeführt, wobei Sensitivitätsanalysen die Ableitung optimierter Werkzeuggeometrien ermöglichen. Im Projektverlauf werden die Werkzeugsysteme an ausgewählten Werkstoffdickenkombinationen (WDK) und Verbindungsclustern erprobt und qualifiziert.

Im Vortrag werden die ersten experimentellen Projektergebnisse aus der Analyse der konventionellen Fügeprozesse sowie die folgende Vorgehensweise bei der numerischen Entwicklung zur Flexibilisierung der betrachteten Verfahren vorgestellt.


Darstellung des Nutzens für KMU

Das Innovationspotenzial des vorzustellenden Forschungsprojektes liegt in der Entwicklung eines kombinierten Halbhohlstanzniet-Clinch-Werkzeugsystems, mit dem die beiden Verfahren Werkzeugwechsel auf einer Anlage durchgeführt werden können. Besonders für KMU ergibt sich somit die Möglichkeit mechanische Fügeprozesse flexibel und mit deutlich geringen Investitionskosten bzw. Platzbedarf auch in kleinere Produktionsserien zu integrieren. Durch eine effektive Ausnutzung der Fügeverfahren wird speziell KMU der Einstieg in die mechanische Fügetechnik ermöglicht und somit neue Geschäfts- und Aufgabenfelder erschlossen. Die im Projekt erarbeiteten Erkenntnisse in Bezug auf die Auslegung der Prozesse befähigen die KMU die Fügeverfahren eigenständig in Ihre Produktionsabläufe zu integrieren und effizient Leichtbaulösungen umzusetzen.


Projekt

EFB 01/120, IGF 22047BG - Laufzeit 01.11.2021 - 31.10.2023

Referent: Dipl. Math. Tobias Falk, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Dresden


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