DE19701150A1 - Verfahren zum Fügen beschichteter Materialien durch Stanznieten mit Halbhohlniet - Google Patents

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.

Bezugszeichenliste

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.