SPP 1640:  Fügen durch plastische Deformation

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 199763459

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die heutigen Anforderungen an die Produktionstechnik sind aufgrund der sozialen und ökologischen Entwicklungen stetig gestiegen und komplexer geworden. So wird im Sinne des Umweltschutzes eine ressourcen- und energieschonende Fertigung verlangt, die aber gleichzeitig kosteneffizient sein und hohe Qualitätsstandards erfüllen muss. Da dies in vielen Bereichen nur durch konsequenten Leichtbau und steigende Funktionsintegration möglich ist, nimmt die Fügetechnik eine Schlüsselrolle ein. Die gestellten Ansprüche können nur durch die Kombination unterschiedlicher metallischer Werkstoffe oder durch Paarungen von Metallen mit Polymeren oder Keramiken vollumfänglich erfüllt werden. Allerdings stoßen konventionelle Fügeverfahren hierbei an ihre technologischen Grenzen. Dagegen bieten Fügeverfahren, die auf der plastischen Deformation mindestens eines Fügepartners beruhen, ein großes Potential, die heutigen Anforderungen zu erfüllen. Durch die Kombination bestimmter Werkstoffe und eine adäquat ausgebildete Fügestelle lassen sich gezielt Eigenschaften einstellen, die hinsichtlich Funktionserfüllung und -integration sowie Energie- und Ressourcenverbrauch einen deutlichen Mehrwert liefern. Jedoch bestanden zu Beginn des Schwerpunktprogramms noch wesentliche Wissenslücken bezüglich der Fügemechanismen und dadurch Unsicherheiten im Prozess, die eine industrielle Anwendung bisher verhinderten. Das Schwerpunktprogramm 1640 (SPP 1640) ist daher mit der übergeordneten Zielstellung initiiert worden, das Wissen über die relevanten Fügemechanismen zu erweitern, davon ausgehend Methoden zur Auslegung der Prozesse und der Fügestellen zu generieren sowie die notwendige Qualifizierung der neuen Fügeverfahren sicherzustellen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Numerical modelling of powder metallurgical coatings on ring-shaped parts integrated with ring rolling"; Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, S. 2015-2032, 2013
  R. Kebriaei, J. Frischkorn, S. Reese, T. Husmann, H. Meier, H. Moll, W. Theisen
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.05.023)
• A finite element framework for the evolution of bond strength in joining-by-forming processes. Journal of Materials Processing Technology Vol. 214, S. 2156-2168, 2014
  Bambach, M.; Pietryga, A.; Mikloweit, A.; Hirt, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.03.015)
• A novel method to investigate the principles of impact welding: Development and enhancement of a test rig, experimental and numerical results. In: Advanced Materials Research, Vol. 966–967, S. 500–509, 2014
  Pabst, C.; Sharafiev, S.; Groche, P.; Wagner, M. F.-X.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.966-967.500)
• Effect of the primary heat treatment on the bond formation in cold welding of aluminum and steel by cold forging In: Journal of Materials Processing Technology, Vol. 214, S. 2040–2048, 2014
  Groche, P.; Wohletz, S.; Erbe, A.; Altin, A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.12.021)
• Joining by Laser Shock Forming: Realization and Acting Pressures. Production Engineering - Research and Development Vol. 8, (3), S. 283-290, 2014
  Veenaas, S; Wielage, H; Vollertsen, F
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-013-0521-z)
• Joining with electrochemical support (ECUF): Cold pressure welding of copper, Journal of Materials Processing Technology Vol. 214 (10) S. 2179–2187, 2014
  Ebbert, C.; Schmidt, H. C.; Rodman, D.; Nürnberger, F.; Homberg, W.; Maier, H. J., Grundmeier, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.04.015)
• Nanoscale understanding of bond formation during cold welding of aluminum and steel; In: Advanced Materials Research, Vol. 966-967, S. 445–452, 2014
  Altin, A.; Wohletz, S.; Krieger, W.; Kostka, A.; Groche, P.; Erbe, A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.966-967.445)
• Numerische Untersuchung zur Oberflächenwelligkeit von presstechnisch hergestellten textilverstärkten Thermoplastverbunden, Dissertation, 2014
  Freund, A.
  
• Determination of thermal boundary conditions for modeling the hot roll bonding process. Key Engineering Materials, Vol. 651-653, S. 1357-1362, 2015
  Melzner, Alina; Hirt, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.651-653.1357)
• FE-based study of the cutting operation within joining by forming of dissimilar materials using shear-clinching technology. In: Adv. Mater. Res. Vol. 794, S. 304–311, 2015
  Müller, M.; Hörhold, R.; Meschut, G.; Merklein, M.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.794.304)
• Influence of Kinematics During Roller Clinching on Joint Properties. In: Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 137, 2015
  Weiss, M.; Volk, W.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1115/1.4030671)
• Influence of the Surface and Heat Treatment on the Bond Strength of Galvanized Steel/Aluminum Composites Joined by Plastic Deformation”, Advanced Engineering Materials Vol. 18 (8), S. 1371-1380, 2016
  Hoppe, C.; Ebbert, C.; Grothe, R.; Schmidt, H. C.; Hordych, I.; Homberg, W.; Maier, H. J.; Grundmeier, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adem.201600085)
• Manufacturing and corrosion properties of ultrasound supported friction stir welded Al/Mg-hybrid joints. In: Surface and Interface Analysis, Vol. 48, S. 843-852, 2016
  Benfer, S.; Straß, B.; Wagner, G.; Fürbeth, W.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/sia.5871)
• Microstructural characterisation of interfaces in magnetic pulse welded aluminum/aluminum joints, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. Vol. 118, 012016, 2016
  S. Sharafiev, C. Pabst, M. F.-X. Wagner, P. Groche
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/118/1/012016)
• Verfahren und Vorrichtung zur Prozessüberwachung bei einer mittels Kollisionsschweißen gebildeten Schweißnaht, DE 10 2016 217 758 B3, Sep 16, 2016
  Bellmann, J.
  
• Zur Warmlochformung in Textil-Thermoplast-Strukturen: Technologie, Phänomenologie, Modellierung, Dissertation, 2016
  Kupfer, R.
  
• Formation of a diffusion-based intermetallic interface layer in friction stir welded dissimilar Al-Cu lap joints, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Vol. 181, (1), S. 012002, 2017
  Marstatt, R.; Krutzlinger, M.; Luderschmid, J; Zaeh, M.F & Haider, F.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/181/1/012002)
• Method and Device for Monitoring the Process for a Welding Seam Formed by Means of Collision Welding, WO 2018/050569 A1, Sep 8, 2017
  Bellmann, J.
  
• Process window acquisition for impact welding processes. In: Materials & Design, Vol. 118, S. 286–293, 2017
  Groche, P.; Becker, M.; Pabst, C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.01.013)
• Specimen´s Geometry Related Influences on Load-Bearing Capacity of Joining Aluminium and UHSS by Innovative Shear-Clinching. In: Journal of Materials Science Research Vol. 6 (4), 2017
  Hörhold, R.; Müller, M.; Merklein, M.; Meschut, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.5539/jmsr.v6n4p19)
• "Modeling of joining by plastic deformation using a bonding interface finite element"; International Journal of Solids and Structures, Vol. 160, S. 68-79, 2018
  K. Khaledi, S. Rezaei, S. Wulfinghoff, S. Reese
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.10.014)
• Influence of the flyer kinetics on magnetic pulse welding of tubes. Journal of Materials Processing Technology Vol. 262, S. 189-203, 2018
  Lueg-Althoff, J.; Bellmann, J.; Gies, S.; Schulze, S.; Tekkaya, A. E.; Beyer, E.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.06.005)
• Mechanical Joining of Glass and Aluminium. Key Engineering Materials Vol. 767, S. 369-376, 2018
  Veenaas, S; Vollertsen, F
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.767.369)
• Temperature Control for Friction Stir Welding of Dissimilar Metal Joints and Influence on the Joint Properties, Key Engineering Materials Vol. 767, S. 360-368, 2018
  Krutzlinger, M; Marstatt, R; Costanzi, G.; Bachmann, A.; Haider, F. & Zaeh , M.F.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.767.360)
• Ultrasound enhanced friction stir welding of aluminum and steel: Process and properties of EN AW 6061/DC04-Joints. In: Journal of Materials Science & Technology, Vol. 34, Issue 1, S. 163-172, 2018
  Thomä, M.; Wagner, G.; Strass, B.; Wolter, B.; Benfer, S.; Fürbeth, W.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.10.022)
• A FEM-Based Virtual Test-Rig For Hybrid Metal-Composites Clinching Joints. Material Science and Engineering Technology, 2019
  Dean, A.; Grbic, N.; Rolfes, R.; Hübner, S.; Behrens, B.-A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mawe.201800198)
• Experimental Investigation of the Scalability of Roller-Clinching Processes with regard to Joint Strength and Failure Mode. In: Journal of Material Science and Engineering Technology, 2019
  Vitzthum, S.; Hiller, M.; Volk, W.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mawe.201900022)
• Macro-Mechanical Modeling and Experimental Validation of Anisotropic, Pressure- And Temperature-Dependent Behavior of Short Fiber Composites. Composite Structures Vol. 151 S. 630–643, 2019
  Dean, A.; Grbic, N.; Rolfes, R.; Behrens, B.-A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.12.045)
• Thermal Effects in Dissimilar Magnetic Pulse Welding. Metals Vol. 9 (3), S. 348, 2019
  Bellmann, J.; Lueg-Althoff, J.; Schulze, S.; Hahn, M.; Gies, S.; Beyer, E.; Tekkaya, A. E.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.3390/met9030348)