Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erweiterung des Clinchens von Druckgussbauteilen

Im Rahmen des Forschungsprojektes ist das Clinchen von Druckgussbauteilen dahingehend zu erweitern, dass vergleichsweise spröde Werkstoffzustände unter Berücksichtigung immanenter Materialfehler (z. B. Gasporosität) prozesssicher und schädigungsfrei geclincht werden können. Dabei ist die Clincheignung einer für Strukturbauteile häufig eingesetzten Aluminium-Druckgusslegierung (EN AC-AlSi10MnMg) im Gusszustand als auch in diversen Wärmebehandlungszuständen zu untersuchen. Es ist die Annahme einer nachvollziehbaren Korrelation von Bauteilporosität sowie mechanischen Eigenschaften der Druckgusslegierung, den Gießprozessparametern und der Clincheignung zu untersuchen. Der Lösungsansatz dazu sieht die Herstellung von Plattenmaterial mit definierten Werkstoffeigenschaften vor. Parallel dazu erfolgt die Charakterisierung der Halbzeuge mit besonderem Fokus auf Bauteilporosität, Bruchdehnung sowie Dehngrenze. Um das Fließverhalten inline im Clinchprozess weiter zu verbessern, wird zunächst auf Laborebene eine Prozesstemperierung eingesetzt, wobei unterschiedliche Erwärmungsverfahren zu betrachten sind. Das Erwärmungsverfahren mit dem größten Potenzial ist im weiteren Verlauf im Hinblick auf eine prinzipielle Serientauglichkeit weiter zu untersuchen. Aufgrund der hohen Anwendungsrelevanz sind Hybridclinchversuche unter Verwendung von Strukturklebstoffen sowie abschließende Validierungsversuche an realen Strukturbauteilen, wie sie derzeit am Markt Verwendung finden, vorgesehen. Gegen Ende des Projektes ist im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung das erarbeitete Verfahren insbesondere dem derzeit üblichen Stanznieten bei Druckgussbauteilen wirtschaftlich gegenüberzustellen. Mit den Projektergebnissen wird den Clinchsystemherstellern (vornehmlich KMU) ein komplett neuer Markt im Bereich Leichtmetallguss eröffnet. Durch die in dem Projekt zu betrachtende Prozesstemperierung werden ferner Unternehmen, die sich mit der Erwärmung und Temperaturregelung befassen, adressiert.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben 20279 N „Erweiterung des Clinchens von Druckgussbauteilen“ wurde das Fügen von Aluminiumdruckgussstücken mit verschiedenen Blechwerkstoffen mit Hilfe des Clinchens erforscht. Die Druckgussbauteile wurden in verschiedenen Qualitäten und Wärmebehandlungszuständen hergestellt, um den Einfluss der Herstellungsparameter auf die Clincheignung genauer zu analysieren. Die Qualität wurde durch drei Parameter eingestellt. Dies waren das Vorhandensein eines Formvakuums, der Wasserstoffgehalt in der Schmelze sowie der Einsatz eines Formtrennstoffes. Je nach Dosierung und Einsatz sollte damit die Porosität des Druckgusses beeinflusst werden. Die Bemusterungsergebnisse zeigten jedoch, dass unabhängig von der Qualität das Clinchergebnis unverändert blieb. Nur die Wärmebehandlung hatte einen positiven Einfluss auf das Rissverhalten.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden zudem verschiedene Erwärmungsverfahren untersucht, um das Clinchen von Aluminiumdruckgussbauteilen rissfrei zu gewähren. Hierunter zählte das Heizen von Werkstoff und Werkzeug mittels Heizplatte, konduktiver und induktiver Erwärmung. Dadurch konnten die Eigenspannungen im Druckgusswerkstoff reduziert und somit das rissverhalten unterdrückt werden. Im Hinblick auf die spätere Anwendbarkeit konnte sich das induktive Erwärmungsverfahren aufgrund seiner kurzen Erwärmungszeiten (10 s) und der deutlichen rissfreien Ausprägung der Clinchpunkte durchsetzen. Hiernach wurden zwei neue Induktoren gefertigt, welche optimiert und miniaturisiert sowie an die bestehende Clinchpressen integriert werden konnten. Die Anpassung der Induktoren hatte zur Folge, dass die Gesamtleistung des Generators effektiver genutzt werden konnte und somit die Heizzeit auf 5,6 Sekunden reduziert werden konnte. Bei der Anwendung auf Realbauteile, welche um 0,5 mm dünner sind, konnten bei Heizzeiten von 3 Sekunden rissfreie Fügepunkte realisiert werden.