MECHJOIN: Mechanisch verbinden van lichtgewicht materialen
Geavanceerde lichtgewichtmaterialen
Geavanceerde lichtgewichtmaterialen, zoals hoogsterkte aluminium- en magnesiumlegeringen, worden gebruikt in een steeds groter wordende waaier van toepassingen in de transportsector, machine- en apparatenbouw en in metaalprodukten. In tegenstelling tot staal is het thermisch lassen van deze materialen problematisch, aangezien zowel de statische als de vermoeiings-weerstand van de verbindingen alsook van het basismateriaal aangetast worden. Er is aldus een behoefte aan meer geschikte verbindingstechnieken met een lage warmte-inbreng om deze materialen op een kwalitatieve manier te verbinden.
Doel van het project
De focus in dit onderzoek ligt op de toepassing van twee van de meest belangrijke mechanische en dus “koude” verbindingstechnieken (clinchen en zelf-ponsend rivetteren) voor deze hoogsterkte lichtgewicht materialen. Het belangrijkste probleem in dit verband is dat deze materialen een beperkte ductiliteit bezitten, terwijl deze processen plaatselijk zeer grote plastische rekken veroorzaken. Derhalve gaat het verbinden van deze materialen gewoonlijk gepaard met scheuren die geïntroduceerd worden tijdens het verbindingsproces.
Voor het mechanisch verbinden van deze hoogsterkte lichtgewicht materialen zijn complexe breukmechanische onderzoeken van het breukgedrag nodig, ten gevolge van hun beperkte ductiliteit. Meer bepaald moet de invloed van de geïntroduceerde scheuren tijdens het verbindingsproces op de finale eigenschappen van de verbinding onderzocht worden. Dit is gewoonlijk slechts mogelijk in grote bedrijven. Dit impliceert dat deze materialen en verbindingstechnieken voor bedrijven en i.h.b. voor KMO’s vaak ontoegankelijk zijn.
Riveteren
Clinchen
Projectomschrijving
Effecten
Een toename in het gebruik van deze legeringen en processen is mogelijk als kan aangetoond worden dat het haalbaar is om deze materialen te verbinden met andere materialen of componenten via het clinchen of het zelf-ponsend rivetteren, op voorwaarde dat de noodzakelijke vereisten betreffende sterkte, vermoeiingsweerstand of andere aspecten kunnen behaald worden.
Doelstellingen
De technische doelstelling van dit project is het opstellen van richtlijnen hoe scheuren kunnen vermeden worden of welke scheuren (grootte, aantal, oriëntatie, …) aanvaardbaar zijn met betrekking tot de gewenste verbindingseigenschappen. Hierdoor kan het toepassingsgebied van het mechanisch verbinden uitgebreid worden naar hoogsterkte lichtgewicht materialen, omdat het mogelijk zal zijn om ze effectiever te verbinden met andere materialen en componenten. Dit zal bedrijven toelaten om nieuwe innovatieve producten te ontwikkelen en hun markt te verruimen. Sommige nieuwe toepassingen zijn reeds onderzocht door één of meerdere van de partners en lijken haalbaar, zelfs met de incidentele aanwezigheid van scheurtjes in de verbindingen (voorbeelden zijn verkeersborden, aluminium balustrades en kantoormeubilair).
De doelstellingen van dit project kunnen samengevat worden als :
- verhoogd kennisniveau in de bedrijven (m.b.t. ontwerp van componenten, gebruik van de lichtgewicht materialen en procesoptimalisatie om de eigenschappen van de verbindingen te verbeteren),
- minder beperkingen bij 2 van de meest gebruikte mechanische verbindingstechnieken en daardoor het vergroten van het toepassingsgebied van deze processen,
- realisatie van produkten met een betere performantie (bv. een hogere sterkte, lagere inertie, hogere snelheid, betere duurzaamheid,…) door :
- een gewichtsvermindering, via het gebruik van hoogsterkte lichtgewichtmaterialen,
- de mogelijkheid tot het verbinden van deze materialen (conventioneel moeilijk lasbaar),
- de mogelijkheid van het realiseren van heterogene verbindingen (lichtgewicht materialen in combinatie met bv. stalen),
- en het behalen van een betere kwaliteit van de verbindingen.
- verwezenlijking van nieuwe producten of producten met een hogere toegevoegde waarde,
- gebruik van meer kosten-efficiënte verbindingstechnieken,
- lagere kost van de gehele levenscyclus van een product via multi-materiaal oplossingen,
- verbeterde milieu-aspecten bij het verbinden (veiligheid en gezondheid).
De projectresultaten zullen KMO’s toelaten om deze verbindingstechnieken te gebruiken voor lichtgewichtmaterialen op een verantwoordelijke manier. Het is belangrijk om te beklemtonen dat bv. het clinchen een proces is waarvoor de investerings- en onderhoudskosten laag zijn, zodat het betaalbaar en binnen het bereik is voor zelfs zeer kleine KMO’s.
Scheuren in een riveteerverbinding