Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodenentwicklung zur verbesserten Prognosegüte beim Clinchen mit beweglicher Matrize in der numerischen Fügeprozesssimulation

Um die immer kürzeren Produktentwicklungszyklen zu ermöglichen, findet zunehmend die virtuelle Verbindungsauslegung durch numerische Methoden Anwendung. Dies führt zu einer deutlichen Zeitersparnis. Während bei der Simulation von punktsymmetrischen Fügeverfahren auf die 2D-achsensymmetrische Modellierung zurückgegriffen werden kann, ist dies beim Clinchen mit beweglicher Matrize nicht möglich. Hier muss eine 3D-Modellierung des Fügeprozesses verwendet werden. Dies begründet sich in der Öffnung einzelner Matrizenelemente, welche nicht mit dem radialen Aufweiten der 2D-Simulation vergleichbar ist. Um eine 3D-Modellierung zu konzipieren, ist es notwendig, die Matrizenkinematik im Experiment zu erfassen und in die numerische Simulation einzubinden. In diesem Zuge sind die am Markt erhältlichen Systeme auf ihre Freiheitsgrade zu untersuchen. Weiterhin ist der Modellierung der Reibung im Bereich der beweglichen Matrizensysteme eine hohe Relevanz zuzuschreiben. Durch die Öffnung der Matrize, welche stark von den Reibverhältnissen abhängig ist, werden die charakteristischen und festigkeitsrelevanten Kenngrößen stark beeinflusst. Insgesamt soll im Rahmen dieses Projektes die numerische Abbildbarkeit des Clinchens mit beweglicher Matrize erarbeitet werden. Dies ermöglicht die realitätsgetreue Darstellung des Fügepunktes, welcher beispielsweise aus der Fügeprozesssimulation in die Belastungssimulation übergeben werden kann, um die Verbindungsauslegung in einem zeiteffizienten virtuellen Verfahren durchzuführen. Darüber hinaus können auch lokale Verfestigungseffekte am Realbauteil in der 3D-Simulation berücksichtigt werden. Auch die Auslegung der Werkzeuge wird von der 3D-Simulation profitieren. Insgesamt werden die KMU entlang der Wertschöpfungskette durch die gesteigerte Prognostizierbarkeit einen Mehrwert erfahren.

Ergebniszusammenfassung:

Bedingt durch den Multimaterial-Mix in modernen Karosseriekonzepten ist die mechanische Fügetechnik zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden, artverschiedene Materialien miteinander zu fügen. Das Bestreben der OEMs in der Automobilindustrie, die Entwicklungsprozesse in der Fahrzeugentwicklung auf numerischem Wege weiter zu beschleunigen wird maßgeblich durch eine fehlende Prognosefähigkeit der Fügeprozesssimulationen beschränkt. Daraus leitet sich ab, dass aktuell die Verbindungsqualifizierung auf experimenteller Ebene stattfindet. Zur Umstellung auf effiziente und schnelle numerische Bemusterungsverfahren leistet dieses Vorhaben für das Clinchen mit beweglicher Matrize einen entscheidenden Beitrag.

Basierend auf einem neuen, innovativem Konzept zur Reibwertermittlung an beweglichen Matrizen, können sämtliche am Markt verfügbare Clinchsysteme untersucht werden. Unter Beachtung der lokalen Fügeprozessparameter können mittels der neuen Reibprüftechnik umfassende Reibmodelle parametrisiert werden, welche in die Fügeprozesssimulation integriert werden können. Dies führt zu einer hohen Prognosefähigkeit für die Fügeprozesssimulationen. Die im Projekt durchgeführten simulativen und experimentellen Tragfähigkeitsuntersuchungen zeigen zudem, dass eine numerische Auslegung der Verbindungen auf Basis der entwickelten Methodik möglich ist. Dies bietet für die Anwender der Clinchtechnologie die Möglichkeit der virtuellen Prozesskettenbetrachtung. Weiterhin profitieren insbesondere die KMU-dominierten Systemhersteller, da ihre Produkte durch die Berechenbarkeit attraktiver für die Anwender sind. Auch Software-Unternehmen profitieren, da Sie Anwendermodule für das Clinchen mit beweglicher Matrize auf Basis der Projekterkenntnisse implementieren können.