Untersuchung des kombinierten Trenn- und Umformprozesses beim Fügen artungleicher Werkstoffe mittels Schneidclinchverfahren

Investigation of the combined cutting- and forming process in joining by forming of dissimilar materials using shear-clinching technology

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-102914
  • Aufgrund steigender Anforderungen im Bereich des Umweltschutzes ist die Einsparung fossiler Brennstoffe bei gleichzeitig höherem Anspruch der Kunden an den Leistungsumfang moderner Personenkraftwagen ein wichtiger Forschungsschwerpunkt in der Fahrzeugindustrie. Diesem Zielkonflikt wird im Wesentlichen durch die Entwicklung von alternativen Antriebskonzepten und der konsequenten Umsetzung des Leichtbaugedankens entgegengewirkt. Im Großserienbereich des Karosseriebaus wird Letzteres vorwiegend über den Einsatz der metallischen Mischbauweise realisiert. Dies setzt jedoch auch die Anwendung angepasster Fügetechnologien voraus. Für artungleiche Fügewerkstoffe aus Aluminium undAufgrund steigender Anforderungen im Bereich des Umweltschutzes ist die Einsparung fossiler Brennstoffe bei gleichzeitig höherem Anspruch der Kunden an den Leistungsumfang moderner Personenkraftwagen ein wichtiger Forschungsschwerpunkt in der Fahrzeugindustrie. Diesem Zielkonflikt wird im Wesentlichen durch die Entwicklung von alternativen Antriebskonzepten und der konsequenten Umsetzung des Leichtbaugedankens entgegengewirkt. Im Großserienbereich des Karosseriebaus wird Letzteres vorwiegend über den Einsatz der metallischen Mischbauweise realisiert. Dies setzt jedoch auch die Anwendung angepasster Fügetechnologien voraus. Für artungleiche Fügewerkstoffe aus Aluminium und ultrahochfestem Stahl bietet das Schneidclinchverfahren großes Potenzial. Kerngedanke dieser Arbeit ist es, die Schneidclinchtechnologie in die Prozessbestandteile Schneiden und Umformen zu unterteilen, diese separat zu analysieren und Wechselwirkungen zu identifizieren. Hierfür wird sowohl ein schädigungsbasiertes numerisches Prozessmodell als auch ein für Grundlagenuntersuchungen angepasstes und modulares Werkzeug vorgestellt. Anschließend werden im Rahmen eines umfangreichen numerischen und experimentellen Versuchsprogramms werkstoff-, werkzeug- sowie prozessseitige Einflussgrößen identifiziert und deren Wirkung hinsichtlich geometrischer Verbindungskenngrößen, dem Prozesskraftverlauf sowie resultierender quasistatischer Verbindungskennwerte quantifiziert. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen die Ableitung von Hinweisen für die praktische Anwendung des Schneiclinchprozesses und leisten somit einen großen Beitrag für die Reduktion von Streuungen sowie die Steigerung der Prozessrobustheit.show moreshow less
  • Legal necessities for a reduction of CO2 emissions as well as increasing customer demands for comfort require an ongoing development of drive and car body concepts. One of the most important approaches regarding the body in white construction is the consequent implementation of lightweight materials. The combination of high-strength steel materials and nonferrous metals allows a weight reduction without decreasing crash-performance of the car. The high yield strength and low formability as well as the increase in the number of components and materials are major challenges for adapted joining technologies. The shear-clinching process offers great potential in this field of application. TheLegal necessities for a reduction of CO2 emissions as well as increasing customer demands for comfort require an ongoing development of drive and car body concepts. One of the most important approaches regarding the body in white construction is the consequent implementation of lightweight materials. The combination of high-strength steel materials and nonferrous metals allows a weight reduction without decreasing crash-performance of the car. The high yield strength and low formability as well as the increase in the number of components and materials are major challenges for adapted joining technologies. The shear-clinching process offers great potential in this field of application. The combination of a cutting and a forming operation in a single stage process allows the joining of aluminum and ultra-high-strength steel sheets without a pre-holing operation or any auxiliary part. In this context, this scientific work elaborated a comprehensive process understanding of the subprocesses and the combined shear-clinching technology. For this purpose, an adapted tool system as well as a damage-based numerical model of the cutting process were developed, based on previous investigations on the qualification of the shear-clinching process. Subsequently, numerical and experimental analyses of the subprocesses as well as experimental parameter studies were carried out. The results were used to identify effects on the shear-clinching joint as well as to develop guidelines for the practical application of the shear-clinching process.show moreshow less

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Metadaten
Author:Martin Müller
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-102914
DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-136-2
ISBN:978-3-96147-136-2
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (309)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Marion Merklein, Gerson Meschut
Advisor:Marion Merklein
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2018
Embargo Date:2019/01/09
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2018/04/10
Release Date:2019/01/14
Tag:Fügen durch Umformen; Metallischer Mischbau
joining by forming; metallic composite design; ultra-high-strength steel
SWD-Keyword:Druckfügen; Schneiden; Mischbauweise; Ultrahochfester Stahl; Aluminium
Pagenumber:xi, 149 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-135-5
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 671 Metallverarbeitung und Rohprodukte aus Metall
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International