Autor: Raik Grützner

Für die Fertigung komplexer Hohlteile wird verstärkt auf wirkmedienbasierte Umformverfahren zurückgegriffen. Das Fügen von Anbauteilen nach der Umformung ist wegen der Unzugänglichkeit des Innenraumes nur mit zusätzlichen Prozessschritten und aufwändigen Teilehandling möglich, was zusätzlich den konstruktiven Freiraum einschränkt. Inhalt des Projektes „Stanznieten gegen ein Hochdruckfluid“ ist die Entwicklung eines neuen Hybridverfahrens das die Hydroumformung und das Fügen mit Halbhohlniet kombiniert. Das Hochdruckfluid übernimmt hierbei die aktive Rolle der Matrize. Das Projekt ist in zwei Phasen gegliedert. Im ersten Teilprojekt wurde die generelle Realisierbarkeit dieses Verfahrens durch Vorversuche nachgewiesen. Dazu wurden durch den Aufbau einer Versuchseinrichtungen zum Fügen von Rohren und einem Laborwerkzeug für Blechwerkstoffe die Voraussetzungen für experimentellen Untersuchungen geschaffen. In der Versuchsdurchführung wurden definierte Prozessgrößen systematisch für die jeweilige Materialpaarung bis zum Versagensfall verändert und deren Verfahrensgrenzen aufgezeigt. Die Parameterstreuung beinhaltet zum einen die geometrischen Einflüsse der Fügepartner (Blechstärke) und des Verbinders (Länge, Wandstärke, Fußfase), zum anderen die werkstofflichen Eigenschaften (Fließspannung, Formänderungsvermögen, Härte) sowie die Prozessparameter (Innendruck, Stempelkinematik, Fügedauer und Fügezeitpunkt). In einer Reihe von Fügeversuchen konnte nachgewiesen werden, dass das Verfahren Hydrostanznieten für das Verbinden der untersuchten Werkstoffkombinationen (AA5083, t=1,5mm mit AA5754, t=3,0mm bzw. AA5754, t=1,5mm mit AA6181A, t=4,0mm) geeignet ist. Es entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung. Dabei konnten als verfahrensspezifische Parameter mit signifikantem Einfluss auf das Fügeergebnis vor allem die Härte und Geometrie des Verbinders (Wandstärke, Vorspreizung des Nietschaftes), die Festigkeit der Fügepartner sowie der notwendige Innendruck bei der Nieteinformung identifiziert werden. Es wurde prinzipiell nachgewiesen, dass das Fügen mit Halbhohlstanzniet bereits im Prozess der Hydroumformung möglich ist. Die Verbindungsqualität ist hinsichtlich ihrer geometrischen Verbindungsmerkmale, der Verbindungsfestigkeit sowie dem Versagensverhalten mit konventionell gesetzten Stanznietverbindungen vergleichbar.

An unterschiedlichen Fügestellengeometrien werden die einflussreichsten Parameter beim Hydroclinchen, einer Verfahrenskombination von wirkmedienbasierter Umformung und umformendem Fügen von Anbauteilen, simuliert und Festigkeitskennwerte sowie allgemeingültige Aussagen zur Auslegung abgeleitet. Für zwei Verfahrensvarianten (aktiv, passiv) werden Funktionselemente zur Aufnahme von Abgassonden entwickelt. Zur Gewährleistung der Gasdichtheit der hydrogefügten Verbindungen werden die Elemente nach dem Fügen mit dem Blech verlötet. Die entwickelten Verbindungen zeichnen sich neben der Dichtheit durch eine hohe Belastbarkeit gegen Kopfund Scherzugkräfte aus.