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Herstellen einer starken, zuverlässigen Verbindung mit Atlas Copco-Stanzniettechnik

Die perfekte Verbindung – Qualitätssicherung beim Stanznieten

Sie sollten wissen, ob Ihre Stanzniete korrekt gesetzt werden. Eine Sichtprüfung am Nietkopf kann darüber Aufschluss geben, ob die Nietverbindung einwandfrei ist. Doch die Sichtprüfung ist nur einer von vielen Aspekten.

Einflussfaktoren einer starken, zuverlässigen Verbindung

Das Stanznieten ist ein einstufiger, doppelseitiger Fügeprozess, wobei ein Halbhohl- oder Hohlstanzniet als Fügeelement verwendet wird. Das Design des Niets und der Matrize, die verwendet werden, bestimmt zusammen mit dem Material, das vernietet wird, die Stärke und Korrosionseigenschaften der hergestellten Verbindung.

Um Stanznieten als Verbindungsverfahren anzuwenden, sollten ein paar grundlegende Regeln berücksichtigt werden:
•    Es sollte ein verformbares Material auf der Unterseite vorhanden sein;
•    Verhältnis dünn zu dick: Die Materialschicht auf der Unterseite muss die Gesamtdicke der Verbindung um 33 % übersteigen.

Beurteilung von Stanzniet-Verbindungen

Indem einige einfach zu identifizierende Variablen gemessen werden, lassen sich in der Evaluationsphase Referenzwerte erstellen. Die können dann während des gesamten Betriebs zur Qualitätskontrolle herangezogen werden.

Eine zerstörungsfreie, externe Überprüfung kann gute Hinweise darauf geben, dass sich die Verbindung innerhalb der festgelegten Spezifikation befindet. Änderungen wie z. B. die Form des Nietfußes oder der Grad der Kopfbündigkeit sind ein sicheres Anzeichen dafür, dass sich etwas bei dem Vorgang ändert.

Die Schnittbildanalyse einer Verbindung in der Evaluationsphase gibt wichtige Informationen hinsichtlich der Eigenschaften der Verbindung, denn sie zeigt an, wie stark die Verbindung sein wird sowie ihre Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und die zukünftige Stabilität des Prozesses.

Messgerät für die Bündigkeit

Messgeräte für die Nietkopfendlage
Die primäre zerstörungsfreie Methode zur Überprüfung der Verbindungsqualität, ist die Messung der Nietkopfhöhe. Für eine manuelle Überprüfung kann beispielsweise ein Bündigkeitsmessgerät verwendet werden, um in festgelegten Intervallen Messungen durchzuführen.

Wenn eine Verbindung korrekt konzipiert wurde, deuten Veränderungen der Kopfbündigkeit darauf hin, dass sich etwas im Fügeprozess geändert hat, und es kann möglicherweise zu Einschränkungen bei der Stabilität und Korrosionssicherheit der Verbindung kommen.

Während der Entwicklungsphase produziert eine Verbindung eine nominale Kopfbündigkeit, wobei die Messungen anzeigen, dass sich der Nietkopf möglicherweise leicht oberhalb der oberen Materialschicht befindet. Dies ist akzeptabel, solange der Kontakt zwischen dem Unterkopf und der Materialoberfläche gut ist. Die Prüfkriterien sollten daher dem angegeben Toleranzbereich in dieser Phase entsprechen. Das Bündigkeitsmessgerät wird als Vergleichswerkzeug verwendet, das Änderungen bezüglich der zulässigen Designs feststellt.

Prozessüberwachung

Prozessüberwachung beim Stanznieten
Die Prozessüberwachung zeigt in Echtzeit, ob eine Abweichung vom anfangs konzipierten Prozess vorliegt. So können auch historische Fehlerdaten sowie Trends während der Produktion aufgezeichnet werden.

Bei der Prozessüberwachung werden die Systemparameter während des Nietsetzprozesses betrachtet. Das System „lernt“ die Spezifikationen einer guten Verbindung während der Evaluationsphase, und diese Daten werden dann mit den Daten der Prüfphase verglichen. Die Daten werden auf eine Referenzkurve übertragen. Jede Verbindung zeigt ihre eigene Kurve, wobei diese Werte über die Referenzkurve gelegt werden. Liegen die Werte außerhalb der festgelegten Toleranzen, wird das vom System gemeldet.

Zugfestigkeitsprüfung

Zugfestigkeitsprüfung
Der beste Anhaltspunkt zur Bestimmung der Stärke der Verbindung ist, eine Zugfestigkeitsprüfung durchzuführen. Es wird empfohlen, die Materialien der späteren Verbindung zu verwenden, wann immer dies möglich ist, um möglichst genaue Ergebnisse zu erhalten.

Bei der Zugfestigkeitsprüfung wird eine einzelne Nietverbindung Scher- und Schälzugkräften ausgesetzt, indem die untere Materialschicht der Verbindung abgezogen wird. Beim Vergleichen der Integrität der Stanznietverbindungen sind die wichtigsten Ergebnisse die Maximalkraft und Energieabsorption des Scherzugs, da dies die häufigsten Belastungen sind, und des Schälzugs, da dies die ungünstigste Belastung eines Niets darstellt und jegliche Schwäche der Verbindung offenlegt.

Die Zugfestigkeitsprüfung verzieht die Stanznietverbindungen bis zu deren Zerstörung. Betrachtet man die sich daraus ergebenden Fehlerbilder, kann der Zustand der Verbindung bestimmt werden. Die gängigsten Fehlerzustände, wenn eine Verbindung bis zur Zerstörung getestet wurde, sind:
  • Ausreißen des Nietfußes – am häufigsten in mehrschichtigen Verbindungen oder, wenn die untere Platte ähnlich dick oder dünner als die obere Platte ist oder der Niet zu kurz ist, etwa weil der Prozess über viele Verbindungen hinweg rationalisiert wird.

  • Ausreißen des Nietkopfs – hier ist die Verbindung bei gegebenem Nietkopfdurchmesser maximal stark. Dieser Zustand kommt am häufigsten bei zweischichtigen Verbindungen vor, wenn die obere Materialschicht die wesentlich dünnere Komponente ist.

Querschnitt

Querschnitt-Beurteilung
Die makroskopische Untersuchung der Schnittbilder ist die einzige Methode, mit der Fehler unter der Oberfläche bei einer mechanisch hergestellten Verbindung direkt beurteilt werden können. Nachdem eine Stanznietverbindung konzipiert wurde, ist es wichtig zu prüfen, ob sich bei der Produktion der Nietsetzer sowie das genietete Material genau so verhalten, wie ursprünglich festgelegt. Um dies zu überprüfen, sollten an der Basisverbindung wichtige Parameter gemessen werden, sodass die produzierten Verbindungen mit den Referenzmessungen verglichen werden können. Die zu messenden Parameter sind:
  • K – Kopfbündigkeit an der Oberplatte (Nietkopfendlage)
  • i – Hinterschnitt
  • t-min – Mindestmaterialdicke der untersten Schicht
Den gemessenen Parametern werden möglicherweise Toleranzwerte aufgeschlagen, wenn sich bei der Prüfung zeigt, dass eine sichere Verbindung kleine Abweichungen zulässt. Wenn beispielsweise eine Verbindung mit einem Hinterschnitt von 0,4 mm konzipiert ist, das vorgegebene Design aber genügend Spielraum zulässt, sodass die Verbindung auch mit nur 75 % ihrer Verbindungsstärke wirksam ist, dann könnte der untere Toleranzwert bei 0,3 mm festgelegt werden, wenn die Prüfung dies bestätigt. Es ist wichtig, dass die Verbindung genau in ihrer Mitte geschnitten wird, sodass „i-“ und „t-min“ genau bestimmt werden. Dies kann durch Messung der Höhe und Breite sichergestellt werden, die gegen den bekannten Durchmesser des Nietkopfes geprüft wird.

Die richtige Verbindung für Ihre Anwendung

Es ist wichtig, dass die Stanznietverbindung genau für Ihre Anwendung und Ihre Anforderungen hin konzipiert wird. Wenn Sie uns in die Entwicklungsphase Ihres Projekts miteinbinden, wird sichergestellt, dass Sie von Anfang an die richtige Verbindung entwickeln.