Lösungsstrategien für das Halbhohlstanznieten von höchstfesten und ultrahöchstfesten Stählen mit Aluminiumwerkstoffen

Aufgrund der Leichtbauweise von Fahrzeugkarosserien werden konventionelle Stahlgüten durch ultrahöchstfeste Stahlwerkstoffe ersetzt. Die hohe Festigkeit dieser Werkstoffe stellt eine Herausforderung für das mechanische Fügen dar. Weil diese Stahlwerkstoffe zunehmend in erhöhter Dicke eingesetzt werden, wird die Leistungsfähigkeit konventioneller Halbhohlstanzniete überschritten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein Stanzniet erarbeitet, welcher eine Erweiterung des Einsatzbereichs des Halbhohlstanznietens auf stempelseitige Fügeteile aus höchstfesten und ultrahöchstfesten Stahlwerkstoffen bei großer Materialdicke ermöglicht. Zunächst wurden Referenzverbindungen mit handelsüblichen Stanznieten erstellt und analysiert. Durch die simulationsgestützte Ermittlung der Spannungs- und Dehnungsverhältnisse im Stanzniet wurden Ansätze für die Modifizierung der Stanzniete erarbeitet. Ebenso wurde der Einfluss der einzelnen Geometrieparameter des Stanzniets auf die Verformung des Stanzniets und die Verbindungsausbildung untersucht. Parallel dazu, wurden die mechanischen Eigenschaften potenzieller Stanznietwerkstoffe charakterisiert und eine angepasste Wärmebehandlungsstrategie erarbeitet. Durch die Modifizierung der Werkstofflegierung und der Wärmebehandlung kann eine Erhöhung der Festigkeit des Stanznietwerkstoffs um ca. 20 % gegenüber der bisher üblichen Härteklasse H6 erreicht werden. Daher kann eine Stanznietgeometrie mit einem bisher üblichen Nenndurchmesser von 5,5 mm verwendet werden. Die neuen Stanzniete wurden experimentell in einem zweistufigen Kaltumformprozess hergestellt. Abschließend wurde die erarbeitete Lösung basierend auf experimentellen Versuchen analysiert.