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Verfahren zum Clinchen dünner Bleche und Folien

Laufzeit:01.09.2010 bis 31.08.2013
Förderung:AiF
Kontakt:blechumformungifum.uni-hannover.de

Projektbeschreibung

Als Verbindungstechnik für Bleche aus Aluminium, Stahl und andere gut umformbare Metalle ist das Clinchen ein etabliertes und anerkanntes Verfahren. Erste Patentansprüche wurden bereits 1897 vom kaiserlichen Patentamt in Berlin erteilt. Eingesetzt wird diese Verbindungstechnik seit den 1980er Jahren in der gesamten blechverarbeitenden Industrie von der Lüftungstechnik über die Haushaltsgeräteindustrie, die Elektrotechnik bis zur Automobil- und Automobilzulieferindustrie. Für Gesamtblechdicken von sges = 0,8 mm bis 6,0 mm werden bei den Clinchsystemanbietern geeignete Werkzeuge zum Clinchen angeboten, die im Allgemeinen den Anforderungen der Anwender genügen. Für das Verbinden von Blechen und Folien mit Gesamtblechdicken von sges ≤ 0,8 mm stößt das Clinchen in der heute bekannten Form teilweise an seine Grenzen.

Das vorliegende Forschungsvorhaben hat sich mit der Herausforderung des Clinchens von Dünnblechen und Folien mit einer Gesamtblechdicke unterhalb von 0,8 mm beschäftigt. Im Fokus der experimentellen Untersuchungen stand der Werkstoff DC03 in der Blechdicke von 0,3 mm.

Primär galt es im Vorhaben ein neuartiges, möglichst einstufiges Dünnblech-Clinchverfahren zu entwickeln und dessen Verfahrensgrenzen zu bestimmen. Dazu wurden mögliche Werkzeugkonzepte erarbeitet und selektiert. Im Rahmen der Konzeptionsphase wurden umfangreiche FEM- Simulationen durchgeführt. Dabei war nach der Konzeptionsphase eine Teilung der Matrizen und ggf. des Niederhalters vorgesehen, um schließlich durch Sickenbildung den erwünschten Hinterschnitt in den Clinchpunkten zu erzeugen. Die Teilung der einzelnen Werkzeugelemente zeigte bereits in den Simulationen, das unterschiedliche Versagensarten während des Clinchverfahrens auftreten können, wie z. B. Quetschstellen und Faltenbildung unterschiedlicher Größe um den Clinchpunkt herum. Aufgrund der vorhersehbaren Versagensarten in den geplanten einstufigen Fügekonzepten wurde ein zweistufiger Prozess zum Clinchen dünner Bleche mit einer Gesamtblechdicke von 0,6 mm aus zwei Blechlagen à 0,3 mm als ideal erachtet. Dabei wurde die erste Prozessstufe - und somit die Durchsetzphase - auf einer Clinchpresse (des Systemherstellers Tox Pressotechnik) durchgeführt. Die zweite Prozessstufe - also die Hinterschnittphase - fand anschließend auf dem im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten Werkzeug in einer Zug- und Druckprüfmaschine statt. In Abbildung 1 ist das viergeteilte sickenformende Werkzeug mit allen Komponenten dargestellt.

Abbildung 1: 3D-Darstellung des Werkzeuges zur Einbringung der Sicken in der zweiten Prozessphase

Die Zweiteilung des Prozesses zeigte, dass mögliche Fehlerarten unterbunden werden.

Die mit dem entwickelten Werkzeug hergestellten Clinchpunkte wurden anhand von Zugversuchen auf ihre Verbindungsfestigkeit überprüft. Abschließend wurden die Werkzeuge anhand von Gebrauchstauglichkeitstests untersucht. Das in dem Forschungsvorhaben entwickelte Werkzeug und die Konzepte haben gezeigt, dass das Clinchen dünner Bleche und Folien möglich ist. Die geschaffenen Konzepte können miniaturisiert und mit entsprechenden Kinematiken auf Clinchpressen übertragen werden.

Übersicht