Fundamental mechanisms and their interactions in shear‐clinching technology and investigation of the process robustness

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2019-08, Vol.50 (8), p.987-1005
• Main Authors: Wiesenmayer, S., Han, D., Müller, M., Hörhold, R., Meschut, G., Merklein, M.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Aluminum; Automobile industry; Automotive engineering; Automotive parts; Body parts; Clinching; Cutting; Cycle time; Design optimization; Dies; Dissimilar material joining; Dissimilar materials; Emission analysis; Emission standards; Fasteners; Fuel consumption; Fügen; Joining; Mechanical properties; multi-material design; process robustness; Prozessrobustheit; Robustness; Schneidclinchen; Shear; shear-clinching; Weight reduction; Werkzeug
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201900030

The compliance with increasingly stricter emission standards is a challenge for the automotive industry, which requires the utilization of lightweight materials e. g. aluminium and high‐strength steels. Hereby, the load‐optimized design of body parts and the reduction of wall thicknesses are enabled. But, due to the use of dissimilar materials, common joining technologies are reaching their limits. On the one hand, joining by welding is often not possible because of different melting temperatures. On the other hand, joining by forming with additional fasteners increases the cycle time and the costs. However, joining by forming without fasteners is often limited by the mechanical properties of the joining partners. The innovative shear‐clinching technology combines shear‐cutting and clinching in a single stage process and thereby enables joining by forming of materials with high differences regarding their mechanical properties. However, by the combination of the sub‐processes cutting and joining, the complexity of the technology is increased. Thus, within the scope of this work, the fundamental mechanisms in shear‐clinching and their interactions as well as the robustness of the process are analysed, in order to promote the applicability of the technology. Translation Die Einhaltung zunehmend strenger werdender Abgasvorschriften stellt die Automobilindustrie vor eine große Herausforderung und bedarf des Einsatzes von Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium und hochfesten Stählen. Deren Verwendung ermöglicht die beanspruchungsgerechte Gestaltung von Bauteilen und eine Reduzierung der Wandstärken. Herkömmliche Fügeverfahren stoßen durch die Verwendung artungleicher Materialien jedoch an ihre Grenzen. Aufgrund von unterschiedlichen Schmelztemperaturen ist das Schweißen der Fügepartner oftmals nicht möglich. Umformtechnisches Fügen mit Hilfsfügeteilen dagegen erhöht die Taktzeiten und Kosten. Umformtechnisches Fügen ohne Hilfsfügeteile ist oftmals durch die mechanischen Eigenschaften der Fügepartner beschränkt. Das innovative Schneidclinchen kombiniert Scherschneiden und Clinchen in einem einstufigen Prozess, was das Fügen artungleicher Werkstoffe mit stark unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften ermöglicht. Aus der Kombination der Teilprozesse Schneiden und Fügen ergibt sich eine erhöhte Komplexität. Innerhalb der vorliegenden Arbeit werden daher grundlegende Mechanismen beim Schneidclinchen und deren Wechselwirkung sowie die Robustheit des Prozesses untersuc