Fügen von Aluminium-Druckgußwerkstoffen mit Aluminiumblechen und -profilen durch Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet
Jan Kalich, Volker Thoms
Bei matrizenseitiger Anordnung von Aluminiumdruckgussteilen (t=1,80-2,10mm) in Kombination mit Aluminiumknetlegierungen und Strangpressprofilen sind die Verfahren Stanznieten mit Halbhohl- und Vollniet geeignet, um entsprechend den allgemeingültigen Qualitätskriterien und unter Praxisbedingungen reproduzierbare Verbindungen auszuführen.
Stanznieten mit Vollniet:
Das Schneidvermögen der gehärteten Stahlniete ist in jedem Falle ausreichend, das Stanzen der Fügeteile auszuführen. Mit der Anpassung von Niederhalterkraft und Matrizengravur kann einzugs- bzw. gratarmes Schneiden des stempelseitigen Fügeteiles als Grundvoraussetzung für den matrizenseitigen Formschluss gewährleistet werden.
Die ausschließlich auf Druckumformung beruhende Erzeugung von Form- und Kraftschlussanteil erlaubt das riss- bzw. schädigungsfreie Setzen des Stanznietes. Vollständig ebener Sitz des Senkkopfes und symmetrische Schaftnutausfüllung kennzeichnen das Optimum der erreichbaren Fügeelementausbildung.
Stanznieten mit Halbhohlniet:
Das Schneidvermögen des Halbhohlnietes ist in jedem Falle ausreichend, das Stanzen des stempelseitigen Fügeteiles auszuführen. Kritische Phase beim Stanznietvorgang ist die Ausformung des matrizenseitigen Fügeteiles, wo es aufgrund von Dehnungs- und Zugbeanspruchung zur Rissbildung im Fügeteilwerkstoff kommen kann.
Mit Einsatz der visioplastischen Werkstoffflussanalyse ist eine gezielte Matrizenauslegung möglich, in deren Ergebnis ein Kompromiss zwischen Fügeteilbeeinflussung und Tragverhalten steht. Mit Reduzierung der Matrizenhauptabmessungen wird die Rissbildung sicher unterbunden, bei gleichzeitig ausreichender Verbindungsfestigkeit.
Variation Aushärtungszustand Stanznieten Vollniet/Halbhohlniet:
Nietsetzvorgang, Fügeelementausbildung und Verbindungsfestigkeit (Fügen in T4; Prüfen in T6) ergeben sich für den Aushärtungszustand T6 des matrizenseitigen Fügeteiles adäquat zum Aushärtungszustand T4. Diese Aussage kann bei sorgfältiger Auslegung der Stanznietverbindung für andere praxisrelevante Aushärtungszustande (T6x, T7) gelten.
Bei Kompromissauslegung der Stanznietverbindung besteht die Möglichkeit, mit einer Niet-Matrizen-Kombination sowohl den Aushärtungszustand T4 (Bauteilfertigung) als auch den Aushärtungszustand T6 (Reparatur, Umbau) zu fügen.
Versagensverhalten:
Das Versagensverhalten unter quasistatischer Belastung der gefügten Verbindungen (Blech-Guß-Verbindung) bei gleicher Fügeteileinzeldicke ist identisch zu denen der Blech-BIech-Verbindungen. Typisch ist bei einem Fügeteildickenverhältnis t1/t2 0,7 erfolgt ein Umkippen des Punktversagens durch Herausziehen aus dem matrizenseitigen Fügeteil.
Die aus umformtechnischer Sicht für das Stanznieten besser geeigneten Knetlegierungen können mit Stanznieten, Werkzeugen und Parametern, die denen von Gußwerkstoffen gleicher Dicke entsprechen, ohne besondere Vorkehrungen gefügt werden.
