Entwicklung eines Halbhohlstanznietes für das Fügen von Mischbauweisen aus Aluminium und höherfesten Stählen:
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Aachen
Shaker
2006
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I. Inhaltsverzeichnis
I. Inhaltsverzeichnis I
II. Abkürzungen und Formelzeichen IV
III. Nomenklatur IX
1 Einleitung 1
2 Stand der Erkenntnisse 3
2.1 Stanznieten mit Halbhohlstanzniet 3
2.1.1 Einordnung in die Systematik nach DIN 8593 3
2.1.2 Entwicklung der Stanznietverfahren 5
2.1.3 Verfahrensmerkmale 7
2.1.4 Fertigungstechnische Voraussetzungen 8
2.1.5 Anforderungen an Stanznieteinrichtungen 10
2.1.5.1 Genauigkeit der Werkzeugfluchtung 11
2.1.5.2 Hohe Fügekräfte 13
2.1.5.3 IR-Leichtbauzangen 14
2.2 Moderne, höherfeste Mehrphasenstähle 16
2.2.1 Restaustenitstähle 17
2.2.2 Dualphasenstähle 18
2.3 Aluminiumwerkstoffe im Karosseriebau 19
2.4 Stanznieten mit Halbhohlstanzniet höherfester Stähle 19
2.4.1 Bedeutung der hochfesten Stähle für den Stanznietprozeß 20
2.4.2 Bedeutung für artgleiche Stahlverbindungen 21
2.4.3 Bedeutung für Mischbauweisen der Fügerichtung „hart in weich 22
2.4.4 Bedeutung für Mischbauweisen der Fügerichtung „weich in hart 24
2.4.5 Geometrische und mechanische Anforderungen an das Stanznietelement 25
2.5 Numerische Berechnung des Stanznietprozesses 26
2.5.1 Potentiale von numerischen Berechnungen 26
2.5.2 Aufbau von numerischen Berechnungen 27
3 Aufgabenstellung 29
II Inhaltsverzeichnis
4 Versuchseinrichtungen, Prüf- und Berechnungsverfahren 31
4.1 Setzeinrichtungen für das Stanznieten mit Halbhohlstanzniet 31
4.2 Prüfverfahren und-einrichtungen 34
4.2.1 Quasistatischer Zugversuch zur Ermittlung der Materialkennwerte 34
4.2.2 Metallographische Untersuchung der Fügeelementausprägung 37
4.2.3 Verbindungskennwerte unter quasistatischer Belastung 38
4.3 Numerische Berechnungsverfahren 39
4.3.1 Aufbau und Ablauf einer FEM-Berechnung 39
4.3.2 Ermittlung der Geometriedaten der Werkzeuge und Werkstücke 41
4.3.3 Ermittlung der Materialeigenschaften der verformbaren Werkstücke 43
4.3.4 Vorgehensweise zur Generierung der mechanischen Kennwerte 44
4.3.5 Approximation und Extrapolation der Zugversuchskennwerte 47
5 Versuchswerkstoffe 48
5.1 Auswahl der Fügeteilwerkstoffe 48
5.2 Auswahl der Stanznietwerkstoffe/-härteklasse 49
I 5.3 Eigenschaften der Blech- und Drahtwerkstoffe 54
5.3.1 Chemische Zusammensetzung der Werkstoffe 54
5.3.2 Bedeutung der ermittelten Werkstoffkennwerte 55
6 Einfluß verschiedener Prozeßparameter auf den Stanznietprozeß 58
6.1 Einfluß der Niederhalterkraft 59
6.2 Einfluß der Matrizengeometrie 62
6.3 Einfluß der Fügerichtung 67
6.4 Einfluß von Einzel- und Gesamtblechdicke 70
6.5 Einfluß der Stanzniethärte 72
7 Geometrieoptimierung der Stanzniete 74
7.1 Prämissen und Ziele der Geometrieoptimierung 75
7.2 Optimierung des Einschneidverhaltens 77
7.3 Optimierung des Aufspreiz- und Stauchverhaltens 82
7.4 Optimierung der Prägung der Nietkopfendlage 84
8 Bewertung der Werkstoff- und Geometriesubstitution 87
8.1 Bewertung der hergestellten Stanzniete 87
8.2 Bewertung des Trennprozesses 88
Inhaltsverzeichnis III
8.3 Bewertung des Setzprozesses und der Verbindungsausprägung 94
8.4 Bewertung der Erzeugung der Nietkopfendlage 105
8.5 Bewertung des Tragverhaltens unter quasistatischer Belastung 106
9 Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Werkstoffkombinationen .111
9.1 Qualität optimierter Stanznierverbindungen 111
9.1.1 Qualität von zweitägigen Mischverbindungen 111
9.1.2 Qualität von artgleichen, zweitägigen Stahlverbindungen 116
9.2 Verbindungsfestigkeiten unter quasistatischer Kopf- und Scherzugbelastung 118
9.2.1 Tragverhalten von zweilagigen Mischverbindungen 118
9.2.2 Tragverhalten von artgleichen, zweilagigen Stahlverbindungen 122
9.3 Dokumentation der Versagensarten 124
9.3.1 Versagen von zweilagigen Mischverbindungen 124
9.3.2 Versagen von artgleichen, zweilagigen Stahlverbindungen 127
10 Bewertung der Ergebnisse 129
11 Zusammenfassung 133
12 Anhang 136
13 Literatur 140
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