Experimentelle Untersuchung und statistische Analyse wesentlicher Prozessparameter beim Stanznieten von Aluminiumblechen

Florian Hönsch

Publikation: StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

Abstract

Um die Entwicklungszeiten zu reduzieren kommen heutzutage im Zuge des Simultanious Engineering schon in der Produkt- und Produktions-Planung Simulationsmethoden zum Einsatz. Unter anderem sollen die Simulationsergebnisse die Eignung des vorgeschlagenen Fügeprozess für die jeweilige Aufgabe aufzeigen. Sie sind deshalb ungemein wichtig für den Entwurf der Produktionslinie. Die Zielsetzung ist, dass die Modelle die Realität so gut abbilden, sodass in Zukunft keine Realversuche mehr nötig sein werden, um die Machbarkeit von Fügeoperation zu gewährleisten. Dies bedingt die Erstellung von Material- und Bauteil-Datenbanken, welche für den Modellaufbau eines jeden nur erdenklichen Produktionsprozesses notwendig sind.
Im Automobilbau wird durch stetige Applikation neuer Werkstoffe und Verfahren versucht, das Leichtbaupotential neuer Fahrzeuge bestmöglich auszunutzen. Ein Trend geht hierbei zur Verwendung von Aluminiumlegierungen, da diese gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Das Fügen von Aluminium stellt allerdings einige Herausforderungen bereit, da thermische Fügeverfahren wie das Punktschweißen nur begrenzt bzw. nicht angewandt werden können. Aus diesem Grund werden hierfür oft Prozesse aus dem Bereich der mechanischen Fügeverfahren wie Nieten oder Clinchen gewählt.
Die Vorteile des Halbholstanznietens sind unter anderem die einfache Automatisierbarkeit, die guten mechanische Eigenschaften und dass keine zusätzliche Wärmeeinbringung ins Bauteil erfolgt. Da die Karosserie im Crash sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, werden verschiedene Versuche, wie Kopfzug-, Scherzug- und Schälzug-Versuch durchgeführt. Die in diesen Tests erfassten mechanischen Kennwerte sind wichtige Eingabeparameter für die nachfolgenden Simulationen. Die Simulation des Setzprozesses mit nachfolgendem virtuellem Testen soll einen Realversuch obsolet machen und somit Kosten und Zeit sparen.
Im Zuge der Masterarbeit wurde eine Halbhohlstanznietanlage so umgerüstet, dass aus einer Kraft-Weg-Messung die notwendigen Parameter für eine spätere Simulation des Setzprozesses ermitteln werden können. Es wurden hierfür Aluminiumblechproben hergestellt, gefügt und deren mechanische Kennwerte aus den Kopfzug- und Scherzug-Versuchen ermittelt. Für die Probenherstellung mussten eigens entwickelte Biege- und Bohr-Vorrichtungen entworfen und gebaut werden. Des Weiteren wurden Schliffproben zur optischen Untersuchung mittels Mikroskop hergestellt, um die charakteristischen Maße der Verbindungen zu erfassen und eine qualitative Beurteilung dieser zu ermöglichen. Um Streuungseffekte des Prozesses zu untersuchen, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan erstellt, der durch dreifache Wiederholung der Versuche statistisch abgesichert ist. Die Ergebnisse aus der DoE wurden mit den Ergebnissen aus der Kraft-Weg-Messung in Zusammenhang gebracht und der Einfluss der Parameter dargestellt.
Aus den Ergebnissen der Diplomarbeit kann eine Verbesserung der mechanischen Kennwerte erwarten werden. Indem man die in der DoE beschriebenen Einflussfaktoren optimiert und die Kraft-Weg-Kurven in Echtzeit überwacht, wird die Streuungsbreite der erzeugten Verbindungen geringer und somit die durchschnittlichen mechanischen Kennwerte verbessert. Die Werte aus den Messungen gepaart mit den Ergebnissen aus den Versuchen sollen als Grundlage für die Erstellung von Simulationsmodellen dienen, welche ein virtuelles Testen der Fügestelle erlauben und somit die Zahl der nötigen Versuche minimieren sollen.
Originalsprachedeutsch
QualifikationMaster of Science
Gradverleihende Hochschule
  • Technische Universität Graz (90000)
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sommitsch, Christof, Betreuer
Datum der Bewilligung2 Mai 2017
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2017

Dies zitieren

Experimentelle Untersuchung und statistische Analyse wesentlicher Prozessparameter beim Stanznieten von Aluminiumblechen. / Hönsch, Florian.

2017. 124 S.

Publikation: StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

@phdthesis{53f19121b26b4d519362be0f0ac2c15c,
title = "Experimentelle Untersuchung und statistische Analyse wesentlicher Prozessparameter beim Stanznieten von Aluminiumblechen",
abstract = "Um die Entwicklungszeiten zu reduzieren kommen heutzutage im Zuge des Simultanious Engineering schon in der Produkt- und Produktions-Planung Simulationsmethoden zum Einsatz. Unter anderem sollen die Simulationsergebnisse die Eignung des vorgeschlagenen F{\"u}geprozess f{\"u}r die jeweilige Aufgabe aufzeigen. Sie sind deshalb ungemein wichtig f{\"u}r den Entwurf der Produktionslinie. Die Zielsetzung ist, dass die Modelle die Realit{\"a}t so gut abbilden, sodass in Zukunft keine Realversuche mehr n{\"o}tig sein werden, um die Machbarkeit von F{\"u}geoperation zu gew{\"a}hrleisten. Dies bedingt die Erstellung von Material- und Bauteil-Datenbanken, welche f{\"u}r den Modellaufbau eines jeden nur erdenklichen Produktionsprozesses notwendig sind.Im Automobilbau wird durch stetige Applikation neuer Werkstoffe und Verfahren versucht, das Leichtbaupotential neuer Fahrzeuge bestm{\"o}glich auszunutzen. Ein Trend geht hierbei zur Verwendung von Aluminiumlegierungen, da diese gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Das F{\"u}gen von Aluminium stellt allerdings einige Herausforderungen bereit, da thermische F{\"u}geverfahren wie das Punktschwei{\ss}en nur begrenzt bzw. nicht angewandt werden k{\"o}nnen. Aus diesem Grund werden hierf{\"u}r oft Prozesse aus dem Bereich der mechanischen F{\"u}geverfahren wie Nieten oder Clinchen gew{\"a}hlt.Die Vorteile des Halbholstanznietens sind unter anderem die einfache Automatisierbarkeit, die guten mechanische Eigenschaften und dass keine zus{\"a}tzliche W{\"a}rmeeinbringung ins Bauteil erfolgt. Da die Karosserie im Crash sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, werden verschiedene Versuche, wie Kopfzug-, Scherzug- und Sch{\"a}lzug-Versuch durchgef{\"u}hrt. Die in diesen Tests erfassten mechanischen Kennwerte sind wichtige Eingabeparameter f{\"u}r die nachfolgenden Simulationen. Die Simulation des Setzprozesses mit nachfolgendem virtuellem Testen soll einen Realversuch obsolet machen und somit Kosten und Zeit sparen.Im Zuge der Masterarbeit wurde eine Halbhohlstanznietanlage so umger{\"u}stet, dass aus einer Kraft-Weg-Messung die notwendigen Parameter f{\"u}r eine sp{\"a}tere Simulation des Setzprozesses ermitteln werden k{\"o}nnen. Es wurden hierf{\"u}r Aluminiumblechproben hergestellt, gef{\"u}gt und deren mechanische Kennwerte aus den Kopfzug- und Scherzug-Versuchen ermittelt. F{\"u}r die Probenherstellung mussten eigens entwickelte Biege- und Bohr-Vorrichtungen entworfen und gebaut werden. Des Weiteren wurden Schliffproben zur optischen Untersuchung mittels Mikroskop hergestellt, um die charakteristischen Ma{\ss}e der Verbindungen zu erfassen und eine qualitative Beurteilung dieser zu erm{\"o}glichen. Um Streuungseffekte des Prozesses zu untersuchen, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan erstellt, der durch dreifache Wiederholung der Versuche statistisch abgesichert ist. Die Ergebnisse aus der DoE wurden mit den Ergebnissen aus der Kraft-Weg-Messung in Zusammenhang gebracht und der Einfluss der Parameter dargestellt.Aus den Ergebnissen der Diplomarbeit kann eine Verbesserung der mechanischen Kennwerte erwarten werden. Indem man die in der DoE beschriebenen Einflussfaktoren optimiert und die Kraft-Weg-Kurven in Echtzeit {\"u}berwacht, wird die Streuungsbreite der erzeugten Verbindungen geringer und somit die durchschnittlichen mechanischen Kennwerte verbessert. Die Werte aus den Messungen gepaart mit den Ergebnissen aus den Versuchen sollen als Grundlage f{\"u}r die Erstellung von Simulationsmodellen dienen, welche ein virtuelles Testen der F{\"u}gestelle erlauben und somit die Zahl der n{\"o}tigen Versuche minimieren sollen.",
author = "Florian H{\"o}nsch",
year = "2017",
language = "deutsch",
school = "Technische Universit{\"a}t Graz (90000)",

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TY - THES

T1 - Experimentelle Untersuchung und statistische Analyse wesentlicher Prozessparameter beim Stanznieten von Aluminiumblechen

AU - Hönsch, Florian

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Um die Entwicklungszeiten zu reduzieren kommen heutzutage im Zuge des Simultanious Engineering schon in der Produkt- und Produktions-Planung Simulationsmethoden zum Einsatz. Unter anderem sollen die Simulationsergebnisse die Eignung des vorgeschlagenen Fügeprozess für die jeweilige Aufgabe aufzeigen. Sie sind deshalb ungemein wichtig für den Entwurf der Produktionslinie. Die Zielsetzung ist, dass die Modelle die Realität so gut abbilden, sodass in Zukunft keine Realversuche mehr nötig sein werden, um die Machbarkeit von Fügeoperation zu gewährleisten. Dies bedingt die Erstellung von Material- und Bauteil-Datenbanken, welche für den Modellaufbau eines jeden nur erdenklichen Produktionsprozesses notwendig sind.Im Automobilbau wird durch stetige Applikation neuer Werkstoffe und Verfahren versucht, das Leichtbaupotential neuer Fahrzeuge bestmöglich auszunutzen. Ein Trend geht hierbei zur Verwendung von Aluminiumlegierungen, da diese gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Das Fügen von Aluminium stellt allerdings einige Herausforderungen bereit, da thermische Fügeverfahren wie das Punktschweißen nur begrenzt bzw. nicht angewandt werden können. Aus diesem Grund werden hierfür oft Prozesse aus dem Bereich der mechanischen Fügeverfahren wie Nieten oder Clinchen gewählt.Die Vorteile des Halbholstanznietens sind unter anderem die einfache Automatisierbarkeit, die guten mechanische Eigenschaften und dass keine zusätzliche Wärmeeinbringung ins Bauteil erfolgt. Da die Karosserie im Crash sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, werden verschiedene Versuche, wie Kopfzug-, Scherzug- und Schälzug-Versuch durchgeführt. Die in diesen Tests erfassten mechanischen Kennwerte sind wichtige Eingabeparameter für die nachfolgenden Simulationen. Die Simulation des Setzprozesses mit nachfolgendem virtuellem Testen soll einen Realversuch obsolet machen und somit Kosten und Zeit sparen.Im Zuge der Masterarbeit wurde eine Halbhohlstanznietanlage so umgerüstet, dass aus einer Kraft-Weg-Messung die notwendigen Parameter für eine spätere Simulation des Setzprozesses ermitteln werden können. Es wurden hierfür Aluminiumblechproben hergestellt, gefügt und deren mechanische Kennwerte aus den Kopfzug- und Scherzug-Versuchen ermittelt. Für die Probenherstellung mussten eigens entwickelte Biege- und Bohr-Vorrichtungen entworfen und gebaut werden. Des Weiteren wurden Schliffproben zur optischen Untersuchung mittels Mikroskop hergestellt, um die charakteristischen Maße der Verbindungen zu erfassen und eine qualitative Beurteilung dieser zu ermöglichen. Um Streuungseffekte des Prozesses zu untersuchen, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan erstellt, der durch dreifache Wiederholung der Versuche statistisch abgesichert ist. Die Ergebnisse aus der DoE wurden mit den Ergebnissen aus der Kraft-Weg-Messung in Zusammenhang gebracht und der Einfluss der Parameter dargestellt.Aus den Ergebnissen der Diplomarbeit kann eine Verbesserung der mechanischen Kennwerte erwarten werden. Indem man die in der DoE beschriebenen Einflussfaktoren optimiert und die Kraft-Weg-Kurven in Echtzeit überwacht, wird die Streuungsbreite der erzeugten Verbindungen geringer und somit die durchschnittlichen mechanischen Kennwerte verbessert. Die Werte aus den Messungen gepaart mit den Ergebnissen aus den Versuchen sollen als Grundlage für die Erstellung von Simulationsmodellen dienen, welche ein virtuelles Testen der Fügestelle erlauben und somit die Zahl der nötigen Versuche minimieren sollen.

AB - Um die Entwicklungszeiten zu reduzieren kommen heutzutage im Zuge des Simultanious Engineering schon in der Produkt- und Produktions-Planung Simulationsmethoden zum Einsatz. Unter anderem sollen die Simulationsergebnisse die Eignung des vorgeschlagenen Fügeprozess für die jeweilige Aufgabe aufzeigen. Sie sind deshalb ungemein wichtig für den Entwurf der Produktionslinie. Die Zielsetzung ist, dass die Modelle die Realität so gut abbilden, sodass in Zukunft keine Realversuche mehr nötig sein werden, um die Machbarkeit von Fügeoperation zu gewährleisten. Dies bedingt die Erstellung von Material- und Bauteil-Datenbanken, welche für den Modellaufbau eines jeden nur erdenklichen Produktionsprozesses notwendig sind.Im Automobilbau wird durch stetige Applikation neuer Werkstoffe und Verfahren versucht, das Leichtbaupotential neuer Fahrzeuge bestmöglich auszunutzen. Ein Trend geht hierbei zur Verwendung von Aluminiumlegierungen, da diese gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Das Fügen von Aluminium stellt allerdings einige Herausforderungen bereit, da thermische Fügeverfahren wie das Punktschweißen nur begrenzt bzw. nicht angewandt werden können. Aus diesem Grund werden hierfür oft Prozesse aus dem Bereich der mechanischen Fügeverfahren wie Nieten oder Clinchen gewählt.Die Vorteile des Halbholstanznietens sind unter anderem die einfache Automatisierbarkeit, die guten mechanische Eigenschaften und dass keine zusätzliche Wärmeeinbringung ins Bauteil erfolgt. Da die Karosserie im Crash sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, werden verschiedene Versuche, wie Kopfzug-, Scherzug- und Schälzug-Versuch durchgeführt. Die in diesen Tests erfassten mechanischen Kennwerte sind wichtige Eingabeparameter für die nachfolgenden Simulationen. Die Simulation des Setzprozesses mit nachfolgendem virtuellem Testen soll einen Realversuch obsolet machen und somit Kosten und Zeit sparen.Im Zuge der Masterarbeit wurde eine Halbhohlstanznietanlage so umgerüstet, dass aus einer Kraft-Weg-Messung die notwendigen Parameter für eine spätere Simulation des Setzprozesses ermitteln werden können. Es wurden hierfür Aluminiumblechproben hergestellt, gefügt und deren mechanische Kennwerte aus den Kopfzug- und Scherzug-Versuchen ermittelt. Für die Probenherstellung mussten eigens entwickelte Biege- und Bohr-Vorrichtungen entworfen und gebaut werden. Des Weiteren wurden Schliffproben zur optischen Untersuchung mittels Mikroskop hergestellt, um die charakteristischen Maße der Verbindungen zu erfassen und eine qualitative Beurteilung dieser zu ermöglichen. Um Streuungseffekte des Prozesses zu untersuchen, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan erstellt, der durch dreifache Wiederholung der Versuche statistisch abgesichert ist. Die Ergebnisse aus der DoE wurden mit den Ergebnissen aus der Kraft-Weg-Messung in Zusammenhang gebracht und der Einfluss der Parameter dargestellt.Aus den Ergebnissen der Diplomarbeit kann eine Verbesserung der mechanischen Kennwerte erwarten werden. Indem man die in der DoE beschriebenen Einflussfaktoren optimiert und die Kraft-Weg-Kurven in Echtzeit überwacht, wird die Streuungsbreite der erzeugten Verbindungen geringer und somit die durchschnittlichen mechanischen Kennwerte verbessert. Die Werte aus den Messungen gepaart mit den Ergebnissen aus den Versuchen sollen als Grundlage für die Erstellung von Simulationsmodellen dienen, welche ein virtuelles Testen der Fügestelle erlauben und somit die Zahl der nötigen Versuche minimieren sollen.

M3 - Masterarbeit

ER -