Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodische Flexibilitätssteigerung beim Halbhohlstanznieten

Flexible und effiziente Fertigungs- und Fügetechnologien sind für die Wettbewerbs-fähigkeit eines Produktionsprozesses von maßgebender Bedeutung. Derzeit werden beim Halbhohlstanznieten verschiedener Fügepaarungen oft Anpassungen der Matrizen an die jeweiligen Fügeaufgaben vorgenommen und Werkzeugwechsel durchgeführt. Eine Verteilung der Fügeaufgaben auf mehrere Fügestationen als Alternative setzt einen höheren Anlageninvest und eine entsprechend größere Produktionsfläche voraus.

Ziel des Forschungsvorhabens ist das Bereitstellen einer Methode für die Entwicklung und Optimierung von flexiblen Fügewerkzeugen für das Halbhohlstanznieten. Flexibilität ist hier so zu verstehen, dass das qualitätssichere Fügen verschiedener Blechpaarungen mit nur einem Werkzeug möglich ist. Die Matrizengeometrien werden so bestimmt, dass für alle Verbindungen einer Anzahl an Fügeaufgaben qualitätsgerechte geometrische Ergebnisgrößen erzielt werden, ohne einen Werkzeugwechsel vornehmen zu müssen. Die zu entwickelnde Optimierungsmethode wird für starre Matrizen sowie auf tiefenverstellbare Matrizen anwendbar sein. Ein Vergleich der beiden Matrizenvarianten hinsichtlich deren Flexibilisierungspotentials soll ebenfalls erfolgen.

Die Vergleiche und Bewertungen erfolgen auf der Basis von FEM-Simulationen, Sensitivitätsanalysen und Optimierungsrechnungen, die durch Festigkeitsuntersuchungen ergänzt werden. Die erarbeitete Methodik wird für potentielle Anwender in der Industrie, insbesondere den KMU nachvollziehbar zur Verfügung gestellt. Der Nutzerkreis umfasst u.a. die gesamte Eisen-, Blech- und Metallwarenindustrie, die Anbieter von Anlagen zum Halbhohlstanznieten und Softwarehersteller.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt wird beschrieben, wie für das mechanische Fügeverfahren Halbhohlstanznieten eine Methode entwickelt wurde, um Werkzeuge optimal auslegen zu können. Dabei liegt der Fokus auf der Flexibilität der Fügematrize. Dies bedeutet, dass mit nur einer Matrize eine bestimmte Anzahl an Material-Dicken-Kombinationen hinsichtlich geometrischer Ergebnisgrößen qualitätssicher gefügt werden können, ohne einen Matrizenwechsel vornehmen zu müssen.

Mit Hilfe der numerischen Simulation konnte eine starre Matrize berechnet werden, die die vorgegebene Versuchsmatrix mit Blick auf Einhaltung geometrischer Qualitätsgrößen fügen konnte. Aufgrund des breiten Materialspektrums dieser Versuchsmatrix wurde eine der betrachteten Verbindungen als risskritisch betrachtet. Um diesem Umstand entgegen zu wirken, ist eine geteilte tiefenverstellbare Halbhohlstanznietmatrize optimal ausgelegt worden, mit der alle Fügeaufgaben qualitätssicher fügbar sind.

Der Vergleich der beiden optimierten Matrizenvarianten zeigt den Vorteil der Tiefenverstellung. Eine individuell auf die Fügepartner eingestellte Matrizentiefe flexibilisiert den Produktionsprozess dahingehend, dass weniger Werkzeuge benötigt werden und somit die Produktionsfläche und -zeit verringert werden können.