Fügeverfahren im Karosseriebau mit Simufact simulieren

Fügeverbindungen haben wesentlichen Einfluss auf die Steifigkeit, das Energieaufnahmevermögen (Crash-Tauglichkeit) und die Maßhaltigkeit (Spaltmaß) eines Fahrzeugs. Sowohl im mechanischen als auch im thermischen Fügen steigt die Bedeutung des Klebens (sog. Hybridfügen).

Da der Kleber nicht nur als Dichtung und Korrosionsschutz dient, sondern großflächige Verbindungen zwischen dünnen Bauteilen realisiert, stellt Simufact auch Funktionalitäten zur Berücksichtigung des Klebers im Fügeprozess bereit.

 

Mechanische Fügeverfahren im Karosseriebau

Mechanische Fügeverfahren

Im Karosseriebau werden mechanische Fügeverfahren dort eingesetzt, wo Formteile aus unterschiedlichen Materialien gefügt werden sollen. Das gilt für viele Verbindungen mit und zwischen Stahl, Aluminium und Faserverbundwerkstoffen. Simufact unterstützt u.a. die gängigsten Verfahren:

 

Halbhohlstanznieten

Beim Halbhohlstanzniet wird mittels schneidendem Hilfsfügeteil (dem Stanzniet) die Blechpaarung verbunden. Durch Erreichen eines Hinterschnitts im matrizenseitigen Blech und die Kopfform des Stanznietes im stempelseitigen Blech, wird eine formschlüssige Verbindung herstellt. Das Verfahren erfordert eine beidseitige Zugänglichkeit und eignet sich gut für Sichtbereiche.  

Stanznietverbindung mit Klebstoff, simuliert mit Simufact Forming Mechanical Joining

Blindnieten

Beim Blindnieten reicht eine einseitige Zugänglichkeit zur Fügestelle aus, allerdings müssen die zu verbindenden Fügepartner vorgelocht sein. Der Blindniet wird mittels Dorn auf der Blindseite auf gespreizt. Durch diese Verformung und die Kopfform des Nietentsteht die formschlüssige Verbindung. 

Setzen eines Blindniets - simuliert mit Simufact Forming Mechanical Joining

Fließlochschrauben

Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine selbstschneidende und gewindefurchende Verschraubung, welche nur eine einseitige Zugänglichkeit benötigt.

Einbringen einer fließlochformenden Schraube, simuliert mit Simufact Forming (Quelle: Hochschule Heilbronn)

Clinchen

Das Clinchen (oder auch Druckfügen, Press Joining, Toxen [TOX® PRESSOTECHNIK]) ist ein bewährtes Durchsetzfügeverfahren, mit dem Bleche ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffes nicht lösbar verbunden werden. Gut geeignet für das Verbinden unterschiedlicher Blechstärken oder verschiedenartiger Materialien mit Vorteilen bei der statischen Festigkeit.

Clinchverbindung, simuliert mit Simufact Forming Mechanical Joining

Modul Mechanical Joining

Simufact Anwendungsfeld Icon Mechanisches Fügen
Mechanisches Fügen

Lesen Sie mehr zu unserem Modul Mechanical Joining in Simufact Forming.

Mechanical Joining

Thermische Fügeverfahren im Karosseriebau

Thermische Fügeverfahren

Thermische Fügeverfahren von Metall-Metall-Verbindungen sind nach wie vor die am weitesten verbreitete Verbindungstechnik für Karosseriebau, Fahrwerk und Abgasstrang. Schweiß- und Löttechniken bieten eine große Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten, zumeist bei relativ geringen Verfahrenskosten, großer Prozess-Robustheit, hoher Verbindungsfestigkeit und guter Großserientauglichkeit.

Wir unterstützen Sie unter anderem bei der Optimierung folgender Verfahren:

 

Laserstrahlschweißen

Beim Laserschweißen dient der fokussierte Laserstrahl als Energiequelle. Im Schweißkopf wird der Laserstrahl mit Hilfe einer Linse gebündelt und über Spiegel zum Werkstück geleitet. An der Berührungsstelle schmilzt der Laserstrahl das Werkstück auf. Vorteile liegen in hohen Prozessgeschwindigkeiten, Flexibilität und feinen Schweißnähten. Die Laserschweißnähte müssen in der Regel nicht nachbearbeitet werden. Zudem ergeben sich konstruktiv mehr Möglichkeiten, da das Laserschweißen selbst an schwer zugänglichen Stellen möglich ist.

App. Karosserietür (Quelle: Audi)
Laserschweißen (Quelle: Audi)

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des Anwendungsmoduls

Laserstrahlschweißen

Widerstandspunktschweißen

Widerstandspunktschweißen ist das am häufigsten anzutreffende Fügeverfahren für das Schweißen von Stahlverbindungen. Es benötigt zweiseitige Zugänglichkeit und ist gut für Sichtbereiche geeignet.

App. Temperaturverlauf Widerstandspunktschweißung
Temperaturverlauf Widerstandspunktschweißung

 

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Widerstandspunktschweißen

Laserlöten

Das Laserlöten ist ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion eines Lotes (Diffusionslöten) entsteht. Dabei hat das Lot einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Fügepartner. Laserlöten benötigt eine einseitige Zugänglichkeit und ist gut für Sichtbereiche geeignet.

App. Laserlöten mit Simufact Welding Brazing
Laserlöten mit Simufact Welding Brazing

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Laserlöten

Nachhaltige Unterstützung für Ihren Produktentstehungsprozess

Herausforderungen bei der Auslegung von Fügeprozessen

Gefügte Baugruppen und schlussendlich das gesamte Fahrzeug unterliegen unterschiedlichen Anforderungen.

Setzen Sie auf Simufact-Lösungen, um Ihren Produktentstehungsprozess nachhaltig zu verbessern. Simufact-Lösungen helfen Ihnen, die typischen Herausforderungen bei der Auslegung von Fügeprozessen zu bewältigen:

  • Machbarkeit und Haltbarkeit einer Fügestelle
  • Prozesssicherheit eines Verfahrens
  • Maßhaltigkeit und Funktion der Baugruppe
  • Verbesserte Produkteigenschaften und Lebensdaueruntersuchungen

 

Machbarkeit und Haltbarkeit einer Fügestelle

Es gibt weitreichende Versagensmuster, die unter den Begriff der Machbarkeit fallen. Bekannt ist z.B. das Durchdringen des Halbhohlstanzniets durch alle Fügepartner, das Durchbrennen des Werkstücks beim Widerstandspunktschweißen oder ein zu großer Bauteilabstand beim Laserlöten. Neben diesen meist sichtbaren Fehlern beeinträchtigen ungünstig gewählte Prozessparameter zudem die Festigkeit der Fügestelle. Dieses lässt sich durch Versagenstests validieren.

Anwendungsbeispiel: KS2-Tests zur Feststellung der Widerstandsfähigkeit von Fügeverbindungen bei unterschiedlichen Belastungsarten.

Prozesssicherheit eines Verfahrens

In der automobilen Großserienproduktion kommt es permanent zu unerwünschten Schwankungen im Prozess.

Schlimmstenfalls führt dies im Qualitätsaudit zu Nacharbeit/Ausschuss, bestenfalls sind diese Bedingungen im virtuellen Entwicklungsprozess eingeplant.

Bei der Auslegung des Halbhohlstanznietens kann man z.B. die sogenannten Material-Dicken-Kombinationen der Fügepartner aktiv berücksichtigen und so eine hohe Prozesssicherheit bei wenig Werkzeugwechsel erzielen.

Für diese Aufgabe hat Simufact eine spezielle Lösung entwickelt, mit der Varianten von Fügeprozessen virtuell erprobt und validiert werden können: den Joining Process Optimizer (JPO).

 

Joining Optimizer

Simufact Forming Joining Optimizer

Der Joining Optimizer ist ein neues Zusatztool für Simufact Forming – er dient als effiziente Lösung in der Karosseriefertigung. Durch eine automatische Validierung von Durchsetzfüge- und Hohlstanznietprozessen verkürzt er Entwicklungszeiten für Fügeprozesse und deren Absicherung erheblich.

Der Anwender kann eine Vielzahl von Material-Dicken-Kombinationen mit verschiedenen Nietbauarten- und Werkzeugkombinationen virtuell erproben. Die Auswertung liefert dann eine Rangliste der technisch machbaren Niet-Werkzeug-Kombinationen für die einzelne Material-Dicken-Kombination. Eine intuitiv erfassbare Ampeldarstellung zeigt abhängig von Unterschneidung, minimaler Dicke des unteren Bleches, maximaler Stanzkraft, endgültiger Nietkopfposition etc. die Machbarkeit an. Alle Ergebnisse werden in einer Datenbank gespeichert, um die Neubewertung ähnlicher Material-Dicken-Kombinationen in der Zukunft zu vereinfachen.

In einem zweiten, anschließenden Schritt hilft der Joining Optimizer Assembly, die Anzahl der nötigen Werkzeug-Niet-Kombinationen für eine gegebene Auswahl von Material-Dicken-Kombinationen einer Baugruppe zu optimieren (bestmögliche Kompromisslösung). Ziel ist maximale Effizienz in der Serienfertigung, indem die Anzahl der Werkzeug- und Nietwechsel minimiert werden.

Maßhaltigkeit und Funktion der Baugruppe

Thermische Fügeverfahren haben den Nachteil, dass induzierte Eigenspannungen die gesamte Maßhaltigkeit einer Baugruppe verfremden können. Zudem kann es durch Phasenumwandlung zu lokalen Gefügeverspannungen kommen. Qualitatives oder funktionales Versagen können die Folge sein. Die Simulation zeigt frühzeitig die Schwachstellen auf und hilft bei der Identifizierung geeigneter Gegenmaßnahmen.

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Welding Simulation in Car Body Construction - Englischer Fachartikel von Audi / IPK

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Verbesserte Produkteigenschaften und Lebensdaueruntersuchungen

Im Zuge der weiteren Steigerung der Vorhersagegenauigkeit von Crash- und Lebensdaueruntersuchungen spielt die Berücksichtigung der Umformhistorie der beteiligten Bauteile eine entscheidende Rolle für die Fügesimulation. So lässt sich z.B. die Auslegung von Crashstrukturen optimieren.

Durchgeführte Fügesimulation erlaubt eine verbesserte Bauteilauslegung unter Berücksichtigung der Fertigungsabfolge

Ihre Vorteile durch den Einsatz von Simufact-Simulationslösungen

Einsatz von Simufact - Ihre Vorteile

Unsere praxiserprobten Softwareprodukte ermöglichen es Ihnen, die Mehrzahl heute eingesetzter Fügeprozesse virtuell zu erproben und anhand beeinflussbarer Prozessparameter und nicht beeinflussbarer Prozessstörgrößen zu optimieren.

Durch den Einsatz von Simufact lässt sich die Vielzahl aktuell durchgeführter Realtests auf ein Mindestmaß reduzieren. Die virtuelle Prozesserprobung hilft Ihnen, unvorhergesehene Störungen und kostenintensive aufwändige Änderungen von Betriebsmitteln zu vermeiden. Der Einsatz der Simufact-Fügesimulation bringt Transparenz in den Entwicklungsprozess. So erreichen Sie die geforderte Qualität und Ausbringungsmenge in der geplanten Zeit.

Simufact kommt dabei sowohl in der Technologieentwicklung als auch in der Fertigungsplanung zum Einsatz und unterstützt den praxiserfahrenen Kollegen durch eine maßgeschneiderte Menüführung.

Vorteile auf einen Blick

  1. Fügeprozesse optimieren
  2. weniger Realtests = geringere Erprobungskosten
  3. Transparenz für Ihren Entwicklungsprozess
  4. einsetzbar in Technologieentwicklung und Fertigungsplanung

Ihre Anfrage

Markus Merten

Ihr Ansprech­partner

Markus Merten
Country Manager DACH
Telefon: +49 (0)6421 697 100 3