Grundlagen der Prozessgestaltung für das Fügen durch Weiten mit Innenhochdruck

Abstract

Im Rahmen der schwerpunktmäßigen Weiterentwicklung der Fahrzeugtechnologie wird zurzeit auf die Optimierung der Antriebstechnik und die Verringerung des Fahrzeuggewichts fokussiert. Das Ziel dieser Weiterentwicklung ist neben der Reduktion des Flottenverbrauchs eine Reduktion des CO2-Ausstoßes von 185 g (1995) auf unter 120 g pro gefahrenen Kilometer bis zum Jahr 2012. Dabei ist eine erfolgreiche Vorgehensweise zur Reduktion des Fahrzeuggewichtes die Umsetzung von Leichtbaustrategien, wie beispielsweise die des Werkstoffleichtbaus durch Verwendung von Aluminium.

Der Trend in der industriellen Fertigung zu individualisierten Produkten bestimmt die Forderung nach Fertigungsverfahren, die für einen Einsatz in der Kleinserienfertigung geeignet sind. Individualisierte Produkte generieren den Bedarf nach flexiblen, kleinserientauglichen Prozessketten, die in der Lage sind, hohe Produktqualitäten prozesssicher zu fertigen. Hier gilt es, die Fertigung von Einzelbauteilen und das Fügen zu Baugruppen, die aus Leichtbauwerkstoffen gefertigt worden sind, prozesssicher zu ermöglichen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, für das Fügen durch Weiten – am Beispiel des gesenkfreien, wirkmedienbasierten Innenhochdruckfügens – Berechnungsgrundlagen, auf der Basis der Lamé–Gleichungen, zu liefern. Die Fügestellengestaltung hängt dabei von den Werkstoffen und Geometrien der Fügepartner ab. Die Fügeprozessführung erfolgt unter Berücksichtigung der zu verbindenden Fügepartner mit einfachen Fügewerkzeugen und unter Verwendung entsprechend ausgelegter Betriebsmittel. Zusätzlich werden Gestaltungshinweise für eine prozessangepasste Fügestellengestaltung gegeben, die es ermöglicht, eine Lastübertragung kraftschlüssig oder mithilfe von unterstützendem Strukturklebstoff zu gewährleisten.

Within the scope of intensive development of vehicle technology, a special focus has since recently been placed on the optimization of the power train technology and the reduction of car bodies’ weight. The aim of this advancement is, besides the reduction of the overall vehicle fleet consumption, a reduction of the CO2 output from 185 g (1995) to less than 120 g per driven kilometer until 2012. Here, a successful approach to reduce the vehicle weight is, the application of lightweight construction strategies, as for example the material lightweight construction by use of aluminum.

A major trend in industrial manufacturing is the production of highly individualized products. This trend generates a demand on processing technologies for small batch series. These products have to be manufactured using flexible manufacturing systems which allow the manufacturing of high quality products with sufficient process capability. Consequently, the manufacture of single components made of lightweight construction materials and their assembly to form groups must be executed certainly beyond trial.

For this reason, the aim of the present work is to present fundamental calculations on the basis of Lamé equations for the joining by expansion, using the example of dieless hydroforming. As a result, the design of joints can be executed taking material characteristics, the geometry of the joining partners, and the working pressure into account. Experimental investigations have been executed using simple joining tools and specially adopted high pressure equipment. Additionally, design rules for a process adopted joint using mere force-fit or supporting adhesives are represented.