Verfahrenssimulation des Durchsetzfügens kaltverfestigter Aluminiumwerkstoffe zur rechnergestützten Werkzeugentwicklung

Auch heute noch führt die dreidimensionale Simulation des Fügeprozesses und der Belastung selbst einfacher Probengeometrien an die Grenzen üblicher Software und Hardware. Die Berechnungen erfolgten schwerpunktmäßig mit PAM CRASH und stichprobenweise mit MSC.Autoforge. Die aus einem Modellversuch gewonnenen versagensbeschreibenden Werkstoffkenngrößen der plastischen Vergleichsdehnung sind für die Fügeprozessanalyse unter bestimmten Randbedingungen anwendbar, jedoch nicht direkt auf die Belastungsanalyse übertragbar.

Die Fügeprozesssimulationen lieferten gute Übereinstimmungen mit den experimentellen Befunden hinsichtlich der maximalen Fügekraft. Bei allen Fügekombinationen und Fügesystemen wurde die Halsdicke in der Berechnung unterschätzt. Hier führt der Einsatz eines Neuvernetzungsalgorithmus zu Verbesserungen. Beim Fügesystem TOX wurde der Hinterschnitt im wesentlichen gut abgebildet. Beim Fügesystem Eckold R-DF traten bezogen auf die Halsdicke und den Hinterschnitt z. T. erhebliche Unterschiede zwischen Experiment und Simulation auf, die partiell bis zu 30% betrugen. Bei der Belastungssimulation lag eine gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Maximalkräften und dem Versagensverhalten, jedoch nicht mit den bei der Maximalkraft erreichten Wegen vor.

Anhand der Projektergebnisse wird eine Handlungsanweisung gegeben, wie Clinchprozess- und Belastungssimulationen mit Hilfe der FE-Methode durchgeführt werden können. Die im Rahmen dieses Projektes vorgestellte Methode zur Simulation des Clinchprozesses ermöglicht die rechnerische Abschätzung der Fügeelementgeometrie, der Spannungen und Verformungen in den Fügeteilen sowie der Kontaktspannungen. Die Abschätzung der Gefahr eines Halsabrisses beim Fügen ist möglich. Die Simulation der Verbindungsbelastung erlaubt die Abschätzung der Verbindungsfestigkeit und des Versagensverhaltens.