Forming and joining of semitubular self-piercing rivets made of high-strength steel with adapted mechanical properties and numerical analysis of the process chain
Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2018
End date : 30.11.2024
Project details
Short description
Semi-tubular self-piercing riveting enables multi-material design by mechanically joining dissimilar materials using rivets as fasteners. However, the hardening and coating, which is necessary after forming the rivets, is costly and time-consuming. Within this project, which is being conducted in cooperation with the Laboratory for Material and Joining Technology of Paderborn University, the use of high strain hardening steel as rivet material is investigated to reduce the number of process steps in rivet production. Moreover, due to the high strength of the rivets, the process limits are enhanced by joining different material combinations of high-strength steel and an aluminium alloy. For this purpose, the complete process chain is analysed, especially the influencing factors on the mechanical properties of the rivets.
Scientific Abstract
Das Fügen ist ein zentrales Verfahren der Produktionstechnik, weshalb die Effizienz derartiger Fertigungsverfahren hoch relevant ist. Beim Halbhohlstanznieten werden Nietelemente als Hilfsfügeteile eingesetzt, um eine Fügeverbindung herzustellen. Auf diese Weise können artungleiche Werkstoffe gefügt und somit Mischbaustrukturen realisiert werden. Allerdings stellt die Nietherstellung einen aufwendigen und zeitintensiven Prozess dar, welcher die Schritte Vergüten und Beschichten der Nietelemente beinhaltet, um eine ausreichende Festigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Durch die Verwendung hochverfestigender Werkstoffe als Nietwerkstoffe, wie beispielsweise druckaufgestickter Stähle, besteht das Potential, auf diese Prozessschritte nach der Umformung zu verzichten und somit die Prozesskette zu verkürzen. Eine wesentliche Herausforderung bei der Verwendung druckaufgestickter Stähle für die Kaltmassivumformung stellt jedoch die hohe Werkzeugbeanspruchung dar.
Das Ziel ist, in Zusammenarbeit mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn, die Untersuchung grundlegender Einflussfaktoren auf den Umformprozess zur Herstellung von Halbhohlstanznieten aus hochverfestigenden Werkstoffen, die resultierenden Nieteigenschaften, den Fügeprozess und die erzielbaren Verbindungseigenschaften. Der Fokus am LFT liegt auf der Erarbeitung eines Werkzeugkonzepts und einer Umformstrategie für die Nietherstellung, wodurch der Umformprozess vor dem Hintergrund der hohen auftretenden Spannungen im Werkzeug realisiert werden kann. Hierbei sollen auch grundlegende Zusammenhänge zwischen der Umformtemperatur, der erreichbaren Formfüllung während der Umformung und den mechanischen Eigenschaften der umgeformten Nietelemente abgeleitet werden. Durch die Wahl einer geeigneten Umformstrategie und die Adaption der Nietgeometrie sollen die mechanischen Nieteigenschaften entsprechend den Anforderungen beim Fügen angepasst werden können.