C03 - Adaptive Fertigung von Hilfsfügeteilen als Grundlage für wandlungsfähige Fügeprozesse mit Hilfsfügeteil

Im beantragten Forschungsprojekt zum form- und kraftschlüssigen Fügen mit adaptiert hergestellten Hilfsfügeteilen soll ein neuer Ansatz zum umformtechnischen Fügen von Werkstoffen unter Einsatz von Hilfsfügeteilen untersucht werden. Die zentrale Forschungsidee dieses Teilprojektes ist die individuelle inline Anpassung bzw. Ausführung der Hilfsfügeteile im Prozess in Kombination mit einer entsprechend angepassten Prozessführung beim Fügen, so dass der Prozess sich individuell mit jeder Fügestelle wandeln kann. Der allgemeine Prozessablauf wird zunächst in drei Teilschritte gegliedert: 1. individuell angepasstes Hilfsfügeteil thermo-mechanisch formen. 2. mit dem Hilfsfügeteil fügen und abschließend 3. das Hilfsfügeteil vereinzeln. Das Hilfsfügeteil wird im Fügewerkzeug aus Halbzeugen, wie z. B. Drahtabschnitten oder Rohren, mit einem neuen – dem Drücken ähnlichen – Prozess hergestellt sowie angepasst und verbleibt bis zur Vereinzelung am Ausgangsmaterial. Dadurch wird eine Individualisierung jeder einzelnen Fügeverbindung möglich. Durch die spezielle thermo-mechanische Prozessführung wird die optimale Anpassung des erstellten Hilfsfügeteiles an die lokal erforderlichen Fügebedingungen möglich, einschließlich einer Wärmebehandlung durch die prozessinduzierte Reibungswärme. Damit soll ein größtmögliches Spektrum an Fügeverbindungen sowie Fügepartnern mit einer Fügeeinrichtung erschlossen werden. Im Rahmen des Teilprojektes C03 soll durch einen ganzheitlichen Ansatz (Analyse, Simulation, Konstruktion, Einbindung in entsprechende Fertigungsprozessketten und die Qualitätssicherung) die grundlegende Erforschung von Prozessstrategien für das form- und kraftschlüssige Fügen mit adaptierten Hilfsfügeteilen untersucht werden. Damit soll ein wandlungsfähiger sowie robuster Gesamtfügeprozess entstehen, der mit minimalem Rüstaufwand bzw. einem Redesign bisheriger Prozessketten, für eine Vielzahl von Werkstoffkombinationen und -dicken, wie z. B. Metall/Metall- bis hin zu Metall/FKV-Verbindungen, einsetzbar und anforderungsspezifisch anpassbar ist.

Erste Erfolge konnten Bereits erzielt werden. So sind adaptive Hilfsfügeelemente aus Stahl und Aluminium erfolgreich erzeugt worden. Deren Gestalt sich individuell an die geforderten Rahmenbedingungen anpassen lässt. Die reibdrücktechnisch geformten Hilfsfügeelemente sind unmittelbar nutzbar um vorgelochte/vorlochfreie Komponenten miteinander zu verbinden. Laufende Untersuchungen zeigten, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Verbindungen durch gezielte Durchmesservariation oder prozessintegrierte Temperaturführungsstrategien anpassen und optimieren lassen. Aus den vorliegenden Ergebnissen wird aktuelle eine Auswahlsystematik erarbeitet, welche passenden Elemente und Prozessführungsstrategien für unterschiedliche Materialkombinationen bereitstellt.