P-1309P-1309

P 1309 – Einsatzgrenzenerweiterung und Flexibilitätssteigerung von einseitig wirkenden mechanischen Fügeverfahren durch prozessintegrierte Fügeteilerwärmung für den stahlintensiven Leichtbau

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ISBN: 978-3-96780-008-1 Artikelnummer: 55256693c922 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1309 – Einsatzgrenzenerweiterung und Flexibilitätssteigerung von einseitig wirkenden mechanischen Fügeverfahren durch prozessintegrierte Fügeteilerwärmung für den stahlintensiven Leichtbau

Das Ziel des Forschungsprojektes war die Einsatzgrenzenerweiterung des fließlochformenden Schraubens (FLS) auf Grundlage einer prozessintegrierten Fügeteilkonditionierung zur Erschließung ungenutzter Leichtbaupotenziale im Bereich des stahlintensiven Leichtbaus mit einseitiger Zugänglichkeit zur Fügestelle. Zur Erreichung des Zieles wurde eine Versuchsanlage mit modifizierter Steuerung, Regelung sowie angepasster Prozessüberwachung zum thermisch unterstützten fließlochformenden Schrauben entwickelt. Zu Beginn des Vorhabens wurden anhand von Erwärmungsversuchen unter Variation unterschiedlicher Einflussgrößen grundlegende Wirkzusammenhänge hinsichtlich der lokalen Fügestellenerwärmung untersucht. Basierend auf den Erkenntnissen konnten konstruktive Randbedingungen für den prozessintegrierten Konditionierungsprozess ermittelt werden.
Unter Verwendung der entwickelten Versuchsanlage wurden anschließend gezielt fügegeeignete Prozessparameter unter Berücksichtigung der vorhergehenden Fügeteilerwärmung ermittelt. Anhand von gesteuerten Verschraubungsversuchen in lokal erwärmte Fügeteile wurde für unterschiedliche  Fügeteilwerkstoffe der Einfluss der lokalen Konditionierung auf die prozessualen Reaktionsgrößen des FLS-Prozesses ermittelt. Weiterführend wurde ein geregelter Konditionierungsprozess implementiert, sodass unterschiedliche Wärmebehandlungsstrategien untersucht werden konnten. Im Wesentlichen wurde die Strategie des Kurzzeitanlassens sowie das Austenitisieren verfolgt.
Für die Gesamtheit der untersuchten Werkstoffkombinationen konnten fügegeeignete Prozessparameter ermittelt werden, sodass die Anwendungsgrenzen des fließlochformenden Schraubens in Bezug auf höchstfeste Mehrphasenstähle sowie ultrahöchstfeste Warmumformstähle signifikant erweitert werden konnten.
Weiterführend wurde die Verbindungsausbildung der Verschraubungen des thermisch unterstützten FLS-Prozesses metallografisch untersucht. Anhand von kontrastierten Schliffen wurden Gefügeänderungen analysiert. Zudem wurden Härtemessungen durchgeführt, mithilfe derer die lokal entfestigten Fügestellenbereiche unter Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmebehandlungsstrategien hinsichtlich ihrer Härte sowie auch geometrischen Ausbreitung quantifiziert werden konnten. Zur industriellen Umsetzung des thermisch unterstützten FLS Prozesses wurde die Prozessrobustheit anhand einer Störgrößenanalyse untersucht. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse wurden unter Berücksichtigung der vorhergehenden Ergebnisse für die Konzeptionierung einer angepassten Prozessüberwachungsstrategie genutzt.

Veröffentlichung:
2020

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut