Umformtechnisches Fügen und Formgeben

Beim Fügen von Aluminiumlegierungen, die aufgrund ihrer geringen spezifischen Dichte als ideale Leichtbauwerkstoffe weit verbreitet sind, existieren starke Bestrebungen, werkstofflich artgleiche Verbindungen zu realisieren. Somit können neben einer besseren Recyclingfähigkeit auch die Korrosionsgefahr sowie thermische Eigenspannungen zwischen den Fügepartnern effektiv reduziert werden. Bei den in der Strukturmontage etablierten stanzenden Fügeverfahren, werden üblicherweise Nietelemente aus Stahl verarbeitet. In einem Vorgängerprojekt konnte jedoch erfolgreich eine neue hochfeste Aluminiumlegierung als geeigneter Nietwerkstoff ermittelt werden. Hieran anknüpfend wird die Entwicklung des Aluminium-Vollstanzniets fortgeführt - mit dem Ziel, praxisrelevante Gesamtblechdicken im Bereich von 3 - 5 mm hochfester Aluminiumlegierungen zu fügen.

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Aufgrund ihrer Effizienz werden vorlochfreie, umformtechnische Fügeverfahren verstärkt im Mobilitätssektor eingesetzt. Im Fokus stehen dabei Verfahren, die ohne Verwendung eines Hilfsfügeteils auskommen, wie bspw. das Clinchen. Vor allem im Bereich des Luftfahrzeugbaus herrscht derzeit ein Akzeptanzproblem bedingt durch die fehlenden Kenntnisse dieser Verbindungen hinsichtlich des Versagensverhaltens bei zyklischer Belastung. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die fundierte Analyse der Rissinitiierung an umformtechnisch gefügten Clinchverbindungen und die Prognose des Anriss Ortes sowie Lebensdauer dieser Verbindungen. Eine zentrale Aufgabenstellung besteht dabei in der Darstellung des Einflusses der reibungsbasierten Rissinitiierung auf das Versagensverhalten der Clinchverbindung.

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Das industrielle Walzrunden von Grobblechen kleiner Losgrößen wird derzeit rein manuell gesteuert. Dies hat zur Folge, dass die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Umformprozesses maßgeblich von der Erfahrung des Anlagenbedieners abhängt. Um den Prozess zu optimieren, wird daher innerhalb des Forschungsprojekts ein objektiver echtzeitfähiger Steuerungsansatz basierend auf einem vereinfachten Ersatzmodell entwickelt. Mithilfe von experimentellen und numerischen Untersuchungen sowie einer Sensitivitätsanalyse der Einflussfaktoren kann das Ersatzmodell gezielt für einen industriell relevanten Parameterraum angelernt werden. Durch den Einsatz des Ersatzmodells wird die Steuerung des Walzrundens besonders für KMU nachhaltig verbessert.

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Das Halbhohlstanznieten ist ein effizientes und in der Strukturmontage von Kraftfahrzeugen etabliertes Fügeverfahren. Beim Verbinden von leistungsfähigen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) und Metallen resultieren prozessbedingte Schädigungen, wie bspw. Delaminationen, deren Einfluss auf die Verbindungseigenschaften, insbesondere bei zyklischer Belastung, berücksichtigt werden müssen.

Wesentlicher Bestandteil des Vorhabens ist die Analyse des zyklischen Schädigungs- und Versagensverhalten der Verbindungs-Einzelbestandteile und die Übertragung derer auf die Schädigungsanalyse der Fügeverbindung. In der Konsequenz können Zusammenhänge zwischen der Verbindungsausprägung und den Eigenschaften bei zyklischer Belastung abgeleitet werden, wodurch die Akzeptanz des Verbindungsprinzips mit FKV gesteigert und eine sichere Auslegung gewährleistet werden kann.

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Produktionsbedingte Schwankungen innerhalb der Bauteilfertigung führen im Produktions­ver­lauf zu zunehmend kleineren Toleranzfeldern und somit zu hohen Kosten. Die Vernetzung der Produktionsdaten der einzelnen Produktionsschritte ist dabei nur unzureichend gegeben und Korrelationen zwischen diesen Daten sind unbekannt. Somit sind auch die Potenziale für die Erweiterung der Toleranzfelder unbekannt.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse und Vernetzung der Produktionsschritte eines ausgewählten Produktes auf Basis der Produktionsdaten. Um dieses Ziel zu erreichen, werden experimentelle und numerische Analysen entlang der Fertigungskette durchgeführt. Die Produktionsdaten werden zunächst einer Sensitivitätsanalyse unterzogen und anschließend wird die Korrelation zwischen den Fertigungsschritten analysiert. Somit können Toleranzvorgaben erweitert und Kosten eingespart werden.

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