Fügen in einem "Aufwasch"

Hydroclinchen, die Integration der Fügeoperation in den Prozeß der Hydroformung

Das Fügen von Anbauteilen an hydrogeformte Baugruppen ist wegen der Unzugänglichkeit des Innenraumes nur mit großem Aufwand möglich. Eine Lösung kann lauten: Hydroclinchen.

05. April 2004

Das vorgeformte Befestigungselement wird gemeinsam mit dem zu formenden Halbzeug im IHU-Werkzeug eingelegt. Am Ende der Hydroumformung beim Kalibrieren fließt Material des Rohres in das Vorloch des Anbauteiles. Um das Bersten dieser „Blase“ zu vermeiden und diese maximal auszuformen, wird nach Kontakt zwischen Clinchstempel und fluidseitigem Blech der Stempel prozeßgesteuert axial zurückgezogen. Abschließend erfolgt der axiale Stempelvorhub gegen das Hochdruckfluid. Der Werkstoff wird gebreitet und es bildet sich eine Hinterschneidung heraus. Es entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung, die sich in geringerem Maße auch ohne die aufwendige Stempelbewegung realisieren läßt.

Durch die Integration der Fügeoperation in den Prozeß der Hydroformung liegen die Vorteile des Verfahrens Hydroclinchen in der Einsparung von Prozeßschritten und den neuen konstruktiven Freiräumen, da Verbindungen in komplexen IHU-Baugruppen auch an unzugänglichen Stellen möglich werden. Durch die kalte Fügetechnik sind die hohen Genauigkeiten der IHU-Technologie aufrechtzuerhalten, was einen großen Vorteil gegenüber den bisher angewendeten Schweißverfahren darstellt. Oberflächenschäden sind vermeidbar (Dauer- und Korrosionsfestigkeit) sowie Mischverbindungen unproblematisch zu realisieren.

Im IHU-Prozeß gefügt

Einflußfaktoren auf den Prozeß sind werkzeugseitig unter anderem die Stempelstirngeometrie, die Stempelanordnung (fest, beweglich), die Stempelbewegung (translatorisch, taumelnd) und werkstückseitig die geometrische Gestaltung der Fügestelle (Durchmesser, Fasengestaltung am Vorloch des Anbauteils). Die Umformvorgänge sind mit numerischen Simulationsverfahren gut beschreibbar. Nur so können die wesentlichen Versuchsparameter selektiert und der experimentelle Aufwand begrenzt werden.

Anwendungspotentiale können verbessert werden

Die Untersuchungen erfolgen an hydrogeformten Blech- und Rohrhalbzeugen aus Aluminium- und Stahlwerkstoffen, die derzeit im Fahrzeugbau für Karosserie und Fahrwerkskomponenten Verwendung finden. Dabei werden die Blechdicken im Bereich von 1,5 bis 4 mm variiert.

Ein Festigkeitsvergleich mit herkömmlichen Clinchverfahren ist auf Grund der Unterschiede in der Art der Verbindung und ihrer Abmessungen nur eingeschränkt möglich. Es läßt sich aber hinsichtlich der Scher- und Kopfzugfestigkeit feststellen, daß im Falle des Hydroclinchens mit deutlich größerem Punkt (bei d=17,5mm) auch deutlich höhere Festigkeiten im statischen Versuch gemessen werden. Durch die Entwicklung des mechanischen Fügens in einem Arbeitsgang mit der Hydroumformung kann das Anwendungspotential wirkmedienbasierter Umformverfahren wesentlich verbessert werden.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004