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Clinchen von Druckgussbauteilen

Laufzeit:01.12.2015 bis 30.11.2015
Förderung:AiF
Kontakt:blechumformungifum.uni-hannover.de

Projektbeschreibung

Im Fahrzeugkarosseriebau ist heutzutage eine Multi-Material-Bauweise Stand der Technik. Druckgussbauteile werden immer häufiger eingesetzt, da diese einige Vorteile bieten. Der Einsatz von Aluminiumdruckguss im Fahrzeugbau unterstützt den Leichtbauaspekt, da die Werkstoffe aufgrund ihrer geringen spezifischen Dichte ein geringes Stückgewicht aufweisen. Durch entsprechende Verstrebungen und Verstärkungen sind Druckgussbauteile dennoch stabil und widerstandsfähig. Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, dass durch den Einsatz der Druckgusstechnologie häufig mehrere konventionelle Stahlteile konsolidiert und somit ein einzelnes neues Druckgussbauteil kreiert werden kann, was wiederum dem Leichtbau gerecht wird.

Aus Sicht der Fügetechnik stellen die Druckgussbauteile eine Herausforderung dar. Da es in Druckgussbauteilen mitunter zu Gaseinschlüssen kommen kann, sind die im Fahrzeugbau häufig eingesetzten thermischen Fügeverfahren (wie z. B. das Punktschweißen) nur bedingt geeignet. Mechanische Fügeverfahren stellen hier eine sehr wirtschaftliche Alternative dar. Werkstoffe die mit mechanischen Fügeverfahren verbunden werden, sollten idealerweise eine möglichst hohe Bruchdehnung aufweisen, damit es in den Werkstoffen nicht zu Fehlern in der Oberfläche (wie Rissbildungen) kommt. Aluminiumdruckguss weist auch im wärmebehandelten Zustand relativ geringe Bruchdehnungen von ca. 11 - 13 % auf.

In diesem Projekt besteht das Ziel darin, das mechanische Fügeverfahren Clinchen derart weiterzuentwickeln, dass die Schädigung im Druckguss am Ende des Umformprozesses möglichst ausbleibt. Dabei wurden sowohl geschlossene als auch öffnende Matrizen eingesetzt. Diese wurden zunächst simulativ optimiert und anschließend gefertigt. In Abbildung 1 sind die optimierten Werkzeuge und ein exemplarisches Fügeergebnis unter Verwendung der neuen Werkzeuge abgebildet.

Abbildung 1: oben: optimierte geschlossene Werkzeuge, unten: rissfreier Clinchpunkt, gefertigt mit neuen Werkzeugen

 

Nach der Optimierung der geschlossenen Matrize konnten Kenntnisse aus den simulativen Optimierungen teilweise auf die öffnende Matrize übertragen werden. Bereits bei den konventionellen Werkzeugen nach aktuellem Stand der Technik hat sich herausgestellt, dass es in den Teilungsebenen der Matrizenlamellen verstärkt zu Schädigungen im Druckguss kommt. Mit den optimierten Werkzeugen wurden die Schädigungen nicht gänzlich unterbunden, jedoch signifikant reduziert. In Abbildung 2 ist die optimierte Matrize und ein exemplarischer Clinchpunkt dargestellt.

Abbildung 2: oben: optimierte öffnende Werkzeuge, unten: Clinchpunkt mit reduzierter Schädigung im Druckguss (mittlere Rissbreite um ca. 50 % reduziert, Risshäufigkeit auf ¼ reduziert), gefertigt mit neuen Werkzeugen

 

 

 

 

 

 

Übersicht