Beschreibung
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde das Stanznieten mit Halbhohlniet für organisch beschichtete Materialien untersucht. Grunds ätzlich kommt es beim Fügen von beschichteten Halbzeugen durch Stanznieten mit Halbhohlniet zu Schichtzerstörungen im Schließkopfbereich. Kritische Zonen stellen die Kontaktflächen zu den Übergangsradien von Spitze und Fuß des Matrizendornes dar. An diesen Orten höchster Flächenpressung kommt es zur Aufhebung des Schichtzusammenhaltes (Risse, Abplatzungen), dem auch übliche Umformhilfsmittel ( Schmierstoffe und reibungsvermindernde Folien) nur bedingt entgegenwirken. Auf der Grundlage von FEM-Simulationen wurden gezielte Werkzeugkonturver ä nderungen vorgenommen, mit dem Ziel Spannungsspitzen in der Matrize zu verringern und den Schichtzusammenhalt der organischen Beschichtung zu erhalten. Dies ermöglichte zwar eine teilweise Verbesserung des optischen Eindruckes in der Fügezone – jedoch nicht die rißfreie Ausbildung des Schließkopfes.
Nietsetzversuche mit berasterten Materialien belegen, daß in der Matrizenkontur partiell (speziell im Matrizenboden) extreme Oberflächenvergrößerungen auftreten (ca. 180 %) . Tiefungsversuche nach Erichsen zeigten, daß der Schichtzusammenhalt verschiedener organischer Beschichtungen bereits weit vor dem Erreichen solcher Dehnungen versagen. Diese Oberflächenvergrößerungen in Verbindung mit der partiell großen Druckbelastung in der Matrize beim Nietsetzprozeß führen unvermeidlich bei handelsüblichen Beschichtungen zu Versagen der Kohäsion und Adhäsion der Schichten dem auch eine gezielte Prozeßparamtervariation nicht entgegenwirkt. Aus diesem Grunde wurde ein Fertigungsprozeß, die sogenannte “Opferblechmethode”, entwickelt, der das vor- und nacharbeitungsfreie Stanznieten organisch beschichteter Stahlfeinbleche ermöglicht. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit , daß analog zum stempelseitigen Fügeteil auch im Schließkopfbereich die Korrosionsresistenz des Halbzeuges erhalten bleibt.
Im Ergebnis konnte durch die Opferblechmethode in Verbindung mit einer Optimierung der Matrizengravur die Schädigung der Beschichtung im Schließkopfbereich deutlich verringert bzw. behoben werden. Den Vorteilen bei der Schließkopfausbildung beim Verbinden organisch beschichteter Stahlfeinbleche durch Stanznieten mit Halbhohlniet steht der Nachteil der Zuführung des Opferbleches bei jedem Fügevorgang gegenüber. Der erhöhte verfahrenstechnische Aufwand ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und technischer Realisierbarkeit einer näheren Untersuchung zu unterziehen. Jeder Anwender dieses Verfahrens sollte daher für sich prüfen, ob der größere Aufwand und der zu erwartende Nutzen dieses Verfahrens im richtigen Verhältnis zueinander stehen.
Das entwickelte Instrumentarium erlaubt in Abhängigkeit vom konkreten Anforderungsprofil an die Bauteileigenschaften das vor- und nachbearbeitungsfreie Stanznieten organisch beschichteter Stahlfeinbleche. Trotz oft unvermeidbarer Farbtonveränderungen bleibt analog zum stempelseitigen Fügeteil auch im Schließkopfbereich des matrizenseitigen Bleches die Korrosionsresistenz des Halbzeuges erhalten.
Mit Verwendung adäquat beschichteter Hilfsfügeteile lassen sich somit die günstigen Verbindungseigenschaften von Stanznietverbindungen mit Halbhohlniet auch auf die organisch beschichteten Stahlfeinbleche übertragen.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.
Veröffentlichung:
1998
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. W. Voelkner, Dipl.-Ing. M. Timm
