Entwicklung eines Halbhohlstanznietes für das Fügen von Mischbauweisen aus Aluminium und höherfesten Stählen

Aktuelle Werkstoffentwicklungen – hier sind vor allem die höher- und höchstfesten Stähle zu nennen – ermöglichen neue Formen von Leichtbau im Automobilbau, die entsprechende Fügeverfahren erfordern. Aufgrund der technologischen und wirtschaftlichen Vorteile wird das Stanznieten mit Halbhohlstanzniet als potentielle Fügetechnologie für Materialmischverbindungen zwischen Aluminium und höher-/höchstfesten Stählen untersucht. Hohe Fügekräfte, Risse im gesetzten Stanznietelement oder im Schließkopf der Verbindungen sowie die mangelhafte Qualität der Stanznietverbindung insgesamt sind Probleme, die einen Einsatz von Stanznietverfahren bis heute einschränken. Was das spezielle Eigenschaftsprofil – aus Festigkeit und Umformvermögen – hochfester, tendenziell spröder Stahlwerkstoffe konkret für den Stanznietprozeß bedeutet, wird anhand von Zugversuchen der Fügeteil- und Nietwerkstoffe ermittelt und auf Basis von experimentellen Setzversuchen und vergleichenden, numerischen Berechnungen des Stanznietprozesses quantifiziert. Es wird gezeigt, daß mit derzeit am Markt verfügbaren Stanznietgeometrien das genannte Werkstoffspektrum nur mit Einschränkungen in der Qualität oder dem Tragverhalten verbunden werden kann. Zwar können die untersuchten Fügeparameter den Stanznietprozeß positiv beeinflussen, jedoch sind diese nicht ausreichend für eine befriedigende Stanznietqualität. Eine höhere Stanzniethärte liefert eine andere Art der Verbindungsausprägung, reicht jedoch nicht für eine insgesamt zufrieden stellende Qualität aus. Kritische Spannungen bzw. Verformungen konventioneller Halbhohlstanzniete werden im FEM- Programm identifiziert und numerisch durch schrittweise Anpassung der Geometrie reduziert bis letztlich die zum Fügen hochfester Stähle geeignete Nietgeometrie entsteht. Das Ziel der Arbeit bestand darin, durch die Wahl von nur einer Stanznietgeometrie einen optimierten Schneidprozeß, ein angemessenes, gleichförmiges Aufspreizverhalten für die Hinterschnittbildung und eine angepaßte Nietkopfgeometrie zu schaffen – und das für beide Fügerichtungen klassischer Mischbauweisen sowie artgleiche Stahlverbindungen hochfester, spröder Werkstoffe.