DE19701150A1 - Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit Halbhohlniet - Google Patents
Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit HalbhohlnietInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J15/00—Riveting
- B21J15/02—Riveting procedures
- B21J15/025—Setting self-piercing rivets
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten
mit Halbhohlniet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Charakteristisch für die Stanznietverfahren mit Halbhohlniet ist das mittelbare, nichtlösbare
Verbinden von Blechteilen ohne Vorlochoperation unter Verwendung eines Hilfsfügeteiles,
welches gleichzeitig als Schneidstempel fungiert. Die Fügeelementausbildung erfolgt prinzipell
in einem einstufigen Setzvorgang.
Stanznieten mit Halbhohlniet basiert auf dem Einsatz plastisch verformbarer Hilfsfügeteile. Der
prinzipielle Verfahrensablauf des Nietsetzvorganges ist aus Abb. 1. zu entnehmen.
Die auf der Matrize liegenden Fügeteile [1] werden durch das Aufsetzen eines als Niederhalter
wirkenden Mundstückes fixiert. Mit Auslösung des ununterbrochenen Stempelvorhubes wird
das Hilfsfügeteil (Halbhohlniet [2]) aus der Warteposition der Fügestelle zugeführt. In der
ersten Phase schneidet der Halbhohlniet das stempelseitige Blech, (bei mehrschnittigen
Verbindungen mit n-Blechen werden n-1 Bleche geschnitten) nimmt dabei den Stanzbutzen in
seinem Hohlraum auf und formt anschließend bei gleichzeitiger eigener Verspreizung im
matrizenseitigen Fügeteil einen Schließkopf aus, dessen Form durch die Gravur der Matrize [3]
bestimmt wird. Durch die Verspreizung des Nietschaftes bildet sich im unteren Blech ein
Hinterschnitt aus, so daß im Zusammenwirken mit dem Hinterschnitt am Nietkopf eine
formschlüssige Verbindung entsteht. Durch das abschließende Stauchen des Stanznietes wird
ein spaltfreier Flächenschluß zwischen Nietschaft und Fügeteilen hergestellt und somit die
Kraftschlußkomponente in die Verbindung eingebracht.
Für die Zuführung der Hilfsfügeteile existieren unterschiedliche Fördermechanismen, bei denen
entweder lose oder magazinierte Hilfsfügeteile transportiert werden. Magazinierte Stanzniete
sind mit ihrem Schaftabschnitt verliersicher in einem entsprechend vorgelochten Band aus
Kunststoff oder anderem Material eingebracht und werden durch den Vorhub des Stempels aus
diesem gelöst. Der Transport des Gurtbandes kann automatisch über eine pneumatische
Ratsche oder einen mit dem Stempelhub gekoppelten Schwenkmechanismus realisiert werden.
Lose Hilfsfügeteile werden in der Regel aus einem Schwingförderer mechanisch über eine
Führungsschiene oder pneumatisch durch einen Profilschlauch der Setzeinheit zugeführt. Mit
der konstruktiven Weiterentwicklung und Bereitstellung eines umfangreichen Sortimentes von
Hilfsfügeteilen und formgebenden Matrizen können für das Fügen von Feinblechen und
Profilwerkstoffen unterschiedlichster Materialien sehr gute quasistatische und dynamische
Verbindungsfestigkeiten erzielt werden.
Aus anwendungstechnischer Sicht ist hervorzuheben, daß auch Nichteisen- und Buntmetalle,
nichtmetallische, beschichtete und Verbundwerkstoffe bei fallbezogener Abstimmung von
Hilfsfügeteil und Matrize durch Stanznieten mit Halbhohlniet gefügt werden können.
Bedienungs- und Wartungsaufwand für den Stanznietprozeß sind als gering zu bewerten. Bei
annähernd gleichen Taktzeiten wie für das Punktschweißen können Stanznietverbindungen in
der Regel vorarbeitsfrei gesetzt werden. Da es sich um ein wärmearmes Fügeverfahren (ohne
Zuführung von zusätzlicher Wärmeenergie) handelt, entfallen Vorkehrungen zur Abführung
wärmebedingter Emissionen.
Als entscheidender Vorteil für den Fertigungseinsatz ist die große Flexibilität der
Stanzniettechnik anzusehen. Das Spektrum der einsetzbaren Fertigungsmittel reicht von
Einfachstanznietstationen, über Mehrfachfügeeinrichtungen und robotergeführten Fügezangen
bis hin zur Integration in die automatische Blechteilefertigung und Sondermaschinen, bei denen
eine Vielzahl von Fügeelementen in einem Arbeitshub erzeugt werden können. In Summe der
Eigenschaften bietet das Stanznieten mit Halbhohlniet beträchtliches Entwicklungspotential,
um sich fortan als leistungsfähiges Blechfügeverfahren zunehmend zu etablieren.
Beim Stanznieten mit Halbhohlniet organisch und anorganisch ein- und mehrfachbeschichteter
Materialien kommt es beim jetzigen Stand der Technik zur Schädigung der Unterseite des
unmittelbar auf der Matrize liegenden Fügeteiles, gekennzeichnet durch Risse und Furchen
der Beschichtungen im Schließkopfbereich, sowie durch Ablatzen und Verschieben von
Beschichtungspartikeln, so daß im Einzelfall der blanke Grundwerkstoff sichtbar wird. Die
signifikante Schädigung der Beschichtung des matrizenseitigen Bleches ist meist schon
makroskopisch zu erkennen. Ursachen hierfür sind die partiell enormen
Obeiflächenvergrößerungen des matrizenseitigen Bleches in Verbindung mit hoher
Flächenpressung und Reibung zwischen Matrizengravur und Blechoberfläche während der
Ausbildung des Schließkopfes in der Matrizengravur. Diese Schädigung des Fügeelementes im
Schließkopfbereich führt zu partieller oder vollständiger Schwächung bzw. Zerstörung des
Schichtzusammenhaltes (Kohäsion) und Schichthaftung (Adhäsion) auf dem Substrat, was sich
negativ auf die Fügeteileigenschaften, hauptsächlich optischen Eindruck Korrosionsresistenz,
Dichtheit und damit verbunden auch auf die statische und dynamische Verbindungsfestigkeit
der Bauelemente auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem die an der Unterseite des
unmittelbar auf der Matrize liegenden Fügeteiles auftretende Oberflächenveränderung bzw.
schädigung der ein- oder mehrfachen, anorganisch, organisch oder kombinierten Beschichtung
der Stahl- oder Aluminiumbleche abzumindern bzw. das Auftreten der oben genannten
negativen Effekte deutlich zu verringern, so daß sich bei makroskopischer Betrachtung der
optische Eindruck im Schließkopfbereich weniger stark vom nichtumgeformten Grundmaterial,
des mit seiner Unterseite unmittelbar auf der Matrize liegenden Bleches unterscheidet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten
Merkmalen gelöst.
Vor dem Fügevorgang wird ein Blech auf die Matrize gelegt, welches als Unterlage für die
darauf zu legenden Fügeteile dient. Das zusätzliche, als "Opferblech" bezeichnete Blech wird
beim Stanznietvorgang in die Gravur der Matrize eingeformt, ohne daß es dabei zu einer kraft-
oder formschlüssigen Verbindung des Opferbleches mit den darüber liegenden Fügeteilen
kommt. Das nach dem Setzen des Stanznietes umgeformte Opferblech wird nachdem die
Fügeteile von der Matrize abgehoben wurden ebenfalls entfernt. Für jeden Stanznietvorgang
wird ein neues, unverformtes Opferblech verwendet. Als Opferblech kommt metallisches
Blech, vorzugsweise beschichtetes oder unbeschichtetes Stahl- oder Aluminiumblech zum
Einsatz. Die Dicke und Materialart des Opferbleches ist abhängig von den darüberliegenden
Fügeteilen.
Das Opferblech wirkt als Umformhilfsmittel zur Reduzierung der während der
Schließkopfausformung auftretenden Relativbewegung an der Unterseite des zuunterst
liegenden Fügeteiles. Da das Opferblech einen Teil der Matrizengravur ausfüllt, wird im
Vergleich zum Stanznieten ohne Opferblech ein in Durchmesser und Höhe kleinerer
Schließkopf im zuunterst liegenden Fügeteil ausgeformt. Damit wird die
Oberflächenvergrößerung vermindert. Das Opferblech verändert weiterhin die
Reibbedingungen an der Unterseite des umzuformenden Fügeteiles.
Durch Überlagerung der genannten Effekte wird eine signifikante Verminderung der
Oberflächenschädigung des zuunterst liegende Fügeteiles erreicht. In Abhängigkeit von den
Fügeteileigenschaften (Materialart, Legierung, Festigkeit, Dicke, Wärmebehandlungszustand
und Oberflächenbeschichtung) kann das Auftreten von Rissen, Furchen, Abplatzungen und
ähnlicher Erscheinungen teilweise oder ganz verringert bzw. unterbunden werden.
Durch die Verwendung eines Opferbleches werden die Fügeteileigenschaften verbessert.
Beschichtete Stahl- und Aluminiumbleche können damit vor- und nachbearbeitungsfrei gefügt
werden. Die Korrosionsschutz- und kosmetische Wirkung der Beschichtung bleibt weitgehend
oder vollständig erhalten, was sich positiv auf die Fügeteilqualität (Verbindungsfestigkeit,
Dichtheit der Fügestelle) auswirkt.
Der optische Eindruck der Fügestelle verbessert sich, insbesondere bei Lackbeschichtungen
werden Ton und Glanz der Farbschicht erheblich weniger beeinflußt.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
Abb. 1 eine Darstellung der Arbeitsfolge beim Stanznieten mit Halbhohlniet,
Abb. 1 eine Darstellung des Verfahrensablaufs beim erfindungsgemäßen Verfahren.
Die in der Abb. 1 dargestellte Arbeitsfolge dient der Erläuterung des bekannten Stanznietens
mit Halbhohlniet.
In der Abb. 2 ist das erfindungsgemäß modifizierte Verfahren dargestellt. Vor dem
Fügenvorgang wird ein Opferblech 5 auf die Matrize 3 aufgelegt. Beim Stanznietvorgang
werden die Fügeteile 1 und das Opferblech 5 in die Gravur der Matrize 3 eingeformt. Nach
dem Setzen des Stanznietes werden die Fügeteile 1 und Opferblech 5 von der Matrize 3
entfernt. Eine Verbindungsbildung zwischen Fügeteil 1 und Opferblech 5 erfolgt nicht.
1
- Fügeteil
2
- Halbhohlniet
3
- Matrize
4
- Stempel
5
- Opferblech.
Claims (3)
1. Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit Halbhohlniet (2),
insbesondere von organisch und anorganisch ein- und mehrfachbeschichteten Stahl- und/oder
Aluminiumblechen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Fügevorgang ein Opferblech (5)
auf die Matrize (3) aufgelegt wird, welches als Unterlage für die darauf zu legenden Fügeteile
(1) dient, das Opferblech (5) beim Stanznietvorgang in die Gravur der Matrize (3) eingeformt
wird, und nach dem Stanznietvorgang die verbundenen Fügeteile (1) und das Opferblech (5)
getrennt voneinander vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Opferblech (5) metallisches
Blech in beschichteter oder unbeschichteter Form verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Opferblech (5) nach
dem Stanznietvorgang die Gravur der Matrize (3) und den Randbereich der Gravur überdeckt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997101150 DE19701150A1 (de) | 1997-01-15 | 1997-01-15 | Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit Halbhohlniet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997101150 DE19701150A1 (de) | 1997-01-15 | 1997-01-15 | Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit Halbhohlniet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19701150A1 true DE19701150A1 (de) | 1998-07-16 |
Family
ID=7817428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997101150 Withdrawn DE19701150A1 (de) | 1997-01-15 | 1997-01-15 | Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit Halbhohlniet |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19701150A1 (de) |
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- 1997-01-15 DE DE1997101150 patent/DE19701150A1/de not_active Withdrawn
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