Einfluss von Kaltverfestigungen in Fügeteilen aus Aluminium auf den umformtechnischen Fügeprozess

Das Clinchen und Stanznieten findet in der dünnblechverarbeitenden Industrie als kostengünstiges Verfahren mit großem Einsatzspektrum als Alternative zum Widerstandspunktschweißen zunehmend Anwendung.

In einigen Anwendungsfällen hat jedoch der unreflektierte Einsatz des Clinchens zu Mißerfolgen und somit zu Restriktionen gegenüber dieser noch relativ jungen und unerforschten Technologie geführt. Erste Untersuchungen zeigten, daß einige schlechte Erfahrungen auf das Vernachlässigen von Vorverformungen in den Fügeteilen zurückzuführen waren. Es zeigte sich, daß vor allem das Vernachlässigen von Vorverformungen im stempelseitigen Fügeteil beim Clinchen zu starken Einbußen im Tragverhalten unter vorwiegend Scherzugbelastung führt.

Die Ursachen für die beobachteten Effekte kann auf die übliche Vorgehensweise bei der Auswahl der Fügewerkzeuge und -parameter zurückgeführt werden. Der Anwender sendet zur Bemusterung mit den verschieden Fügesystemen Bleche im Anlieferzustand an die Systemanbieter.

Diese wählen dann für die gewünschten Fügeteile die Fügewerkzeuge und Prozeßparameter in der Art aus, dass maximale Festigkeiten im quasistatischen Scherzugversuch erreicht werden.
Im Rahmen dieses Projektes wurde zur Auswahl der Fügewerkzeuge eine andere Vorgehensweise aufgezeigt. Zur Bemusterung wurden mittels Längen vorverformte Bleche zu Grunde gelegt.

Es zeigte sich, daß im Vergleich zur üblichen Vorgehensweise die Verwendung flacherer Matrizen und geringerer Restbodendicken günstig zum Verbinden vorverformter Halbzeuge ist. Es lassen sich sowohl Fügeparameterkombinationen finden, die besonders für das Verbinden stark vorverformter Blech geeignet sind, als auch solche, die im gesamten betrachteten Verformungsspektrum einsetzbar sind. Werden die ersteren zum Verbinden nicht vorverformten Fügeteile eingesetzt, so ist mit starken Einbußen im Tragverhalten der Verbindungen im Vergleich zu den Ergebnissen aus den Bemusterungen zu rechnen. Mittels der Werkzeuge, die im gesamten Verformungsspektrum einsetzbar sind, lassen sich Verbindungen erzeugen, die zwar nicht das jeweilige Optimum erzielen, aber sie reagieren tolerant auf die veränderten Werkstoffeigenschaften.

Die Ergebnisse der Untersuchungen stellen der Konstruktion wichtige Verbindungskennwerte zur Verfügung und geben Hinweise für die Fertigung und die Verfahrenstechnik. Damit unterstützt dieser Bericht vor allem kleine und mittelständische Unternehmen, da durch Hinweise auf mögliche Probleme, die beim Fügen kaltverfestigter Aluminiumbleche auftreten können, dem Anwender das Wissen gegeben wird, langwierige Optimierungsprozesse zu verkürzen.