DE102009014175B4 - Method for creating a joint connection - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erstellung einer Fügeverbindung zwischen hochfesten und ultrahochfesten Stahlbauteilen (1, 2) mittels einer Schließringbolzenverbindung, wobei ein Schließringbolzen (3) in die Fügeverbindungsöffnungen (7.1, 7.2) der zu verbindenden Stahlbauteile (1, 2) eingesetzt und anschließend im Rahmen eines Setzvorganges ein Schließring (4) in Schließrillen (3.2) des Schließringbolzens (3) eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließringbolzen (3) nach Einsetzen in die Fügeverbindungsöffnungen (7.1, 7.2) und der Schließring (4) nach dem Setzen auf den Schließringbolzen (3) auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Linie im Kohlenstoffdiagramm von 800°C bis 900°C erwärmt werden, danach der Schließring (4) plastisch verformt wird und dann der Schließringbolzen (3) und der Schließring (4) auf eine derartige Temperatur abgekühlt werden, dass sich ein martensitisches Gefüge im Schließring (4) und im Schließringbolzen (3) einstellt.Method for creating a joint connection between high-strength and ultra-high-strength steel components (1, 2) by means of a locking ring bolt connection, a locking ring bolt (3) being inserted into the joint connection openings (7.1, 7.2) of the steel components (1, 2) to be connected and then being inserted as part of a setting process Locking ring (4) is molded into locking grooves (3.2) of the locking ring bolt (3), characterized in that the locking ring bolt (3) after insertion into the joint connection openings (7.1, 7.2) and the locking ring (4) after being placed on the locking ring bolt (3 ) are heated to a temperature above the AC3 line in the carbon diagram from 800 ° C to 900 ° C, then the locking ring (4) is plastically deformed and then the locking ring bolt (3) and the locking ring (4) are cooled to such a temperature that there is a martensitic structure in the locking ring (4) and in the locking ring bolt (3).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erstellung einer Fügeverbindung zwischen hochfesten und ultrahochfesten Stahlbauteilen mittels einer Schließringbolzenverbindung, wobei ein Schließringbolzen in die Fügeverbindungsöffnungen der zu verbindenden Stahlbauteile eingesetzt und anschließend im Rahmen eines Setzvorganges ein Schließring in Schließrillen des Schließringbolzens eingeformt wird.The invention relates to a method for establishing a joint connection between high-strength and ultra-high-strength steel components by means of a lock bolt connection, wherein a locking ring bolt inserted into the joint connection openings of the steel components to be connected and then in the context of a setting process, a locking ring is formed in the closing grooves of the locking ring bolt.
Fügeverbindungen für miteinander zu verbindende Stahlbauteile nutzen herkömmlicherweise Fügeelemente in Gestalt von z. B. Schließringbolzen. Daneben sind auch noch Blindnietmuttern und Blindniete im Einsatz.Joining joints for steel components to be joined commonly use joining elements in the form of z. B. lockbolts. In addition, blind rivet nuts and blind rivets are also in use.
Schließringbolzen mit Schließringen sind Verbinder für anspruchsvolle Verbindungen mit hohen Belastungen. Diese bestehen in der Regel aus einem zweiteiligen System, das einen Schließringbolzen und einen Schließring umfasst, der eine hochfeste vibrationsresistente Verbindung mit konstant hoher Spannkraft bei schneller Verarbeitung darbietet.Locking bolts with locking rings are connectors for demanding connections with high loads. These typically consist of a two-part system that includes a lockbolt and a lock ring that provides a high strength, vibration resistant connection with consistently high clamping force at high speed.
Die Verarbeitung erfolgt durch Einformung des Schließringes in die Schließrillen des Bolzenschaftes. Solche Fügeverbindungen mit Schließringbolzen finden Einsatz im Nutzkraftfahrzeugbau, bei Automobilen, im Sondermaschinenbau und in anderen Anwendungsfällen. Dabei kommt es in zunehmendem Maße auch darauf an, hochfeste und ultrahochfeste Stahlverbindungen mit solchen Fügeelementen wie Schließringbolzen/Schließringen zu verbinden.The processing takes place by molding the locking ring in the locking grooves of the bolt shank. Such joint connections with lockbolts are used in commercial vehicle construction, in automobiles, in special purpose machinery and in other applications. It is increasingly important to connect high-strength and ultra-high strength steel joints with such joining elements as locking ring bolts / locking rings.
Moderne hoch- und ultrahochfeste Stahlwerkstoffe werden in den meisten Fällen durch ihre Maximalfestigkeit beschrieben, die in einem Zugversuch nach DIN EN ISO 10002 erreicht wird. Bei den hochfesten Stählen handelt es sich um thermomechanisch gesondert behandelte Güten im Dickblechbereich sowie um Dual-, Complex- und Martensitphasenstähle im Dünnblechbereich. Derartige Stähle können als Blech- oder Coilmaterial vorliegen. Als ultrahochfeste Stähle werden solche Stähle bezeichnet, die ihre Endeigenschaften erst nach der Umformung in einem gesonderten Prozess, dem Presshärten, durch die Phasenumwandlung (Austenit/Martensit) erreichen.Modern high- and ultra-high-strength steel materials are in most cases described by their maximum strength, which is achieved in a tensile test according to DIN EN ISO 10002. The high-strength steels are thermomechanically separately treated grades in the thick sheet metal sector as well as dual, complex and martensite phase steels in the thin sheet metal sector. Such steels can be present as sheet metal or coil material. Ultrahigh-strength steels are those steels which reach their final properties only after forming in a separate process, press-hardening, by the phase transformation (austenite / martensite).
Mit solchen hochfesten und ultrahochfesten Stählen sind Zugfestigkeiten von Rm = 1200 MPa (hochfeste Stähle) oder Rm = 1200 MPa bis 1800 MPa (ultrahochfeste Stähle) darzustellen, die es für breite Anwendungsbereiche ermöglichen, die Wandstärken der Stähle zu reduzieren, gleichwohl jedoch erhöhten Anforderungen gerecht zu werden.With such high-strength and ultra-high-strength steels, tensile strengths of Rm = 1200 MPa (high-strength steels) or Rm = 1200 MPa to 1800 MPa (ultra-high-strength steels) are to be demonstrated, which make it possible to reduce the wall thicknesses of the steels for a wide range of applications, but nevertheless meet increased requirements to become.
Herkömmliche Fügeverbindungen können diesen erhöhten Anforderungen nicht folgen, da z. B. die Spannkraft eines Schließringbolzens von der geringeren Klemmkraft des Schließringes abhängig ist. Dem kann nur dadurch begegnet werden bei herkömmlichen Schließringen/Schließringbolzen, die Abmessungen der Schließringe/Schließringbolzen zu erhöhen, was jedoch zu Lasten des Gewichtes geht.Conventional joints can not follow these increased requirements because z. B. the clamping force of a locking ring pin is dependent on the lower clamping force of the locking ring. This can only be countered by conventional closure rings / lock bolts, to increase the dimensions of the lock rings / lockbolts, but this is at the expense of the weight.
Aus der
Aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erstellung einer Fügeverbindung für hochfeste und ultrahochfeste Stahlverbindungen zu schaffen, die in der Lage sind, die gleichen oder sogar verbesserte Festigkeitseigenschaften gegenüber den zu fügenden Stahlbauteilen bereitzustellen. Dabei soll auch ein Beitrag zur Gewichtsreduzierung geschaffen werden.It is an object of the present invention to provide a method of creating a joint for high strength and ultra high strength steel joints which are capable of providing the same or even improved strength properties over the steel members to be joined. At the same time a contribution to weight reduction should be created.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das Verfahren der eingangs genannten Art nach einer ersten Lösung dadurch aus, dass der Schließringbolzen nach Einsetzen in die Fügeverbindungsöffnungen und der Schließring nach dem Setzen auf den Schließringbolzen auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Linie im Kohlenstoffdiagramm von 800°C bis 900°C erwärmt werden, danach der Schließring gesetzt und plastisch verformt wird und dann der Schließringbolzen und der Schließring auf eine derartige Temperatur abgekühlt werden, dass sich ein martensitisches Gefüge im Schließringbolzen und im Schließring einstellt.To solve this problem, the method of the type mentioned after a first solution is characterized in that the locking ring bolt after insertion into the joint connection openings and the locking ring after setting on the locking ring bolt to a temperature above the AC 3 line in the carbon diagram of 800 ° C are heated to 900 ° C, then set the locking ring and plastically deformed and then the locking ring bolt and the locking ring are cooled to a temperature such that a martensitic microstructure in the locking ring bolt and in the locking ring adjusts.
Bei diesem Verfahren mit vorzugsweise konduktiver Erwärmung (Widerstandserwärmung) von Schließringbolzen und Schließring werden diese vorzugsweise kalt aus einem ungehärteten Stahl gefertigt und vorzugsweise anschließend mit einer besonderen Verzunderungsschutzschicht beaufschlagt, um Oxidationsvorgängen vorzubeugen. Der Schließringbolzen bzw. die Fügeverbindungsöffnungen werden vor dem Setzen von Schließringbolzen und Schließring bevorzugtermaßen mit einer Isolationshülse aus z. B. einem Keramikmaterial versehen, die eine Isolation zwischen dem Schließringbolzen und den zu verbindenden Stahlbauteilen herstellen soll. Die Erwärmung von Schließringbolzen und Schließring erfolgt nach dem Einführen des Schließringbolzens in die Fügeverbindungsöffnungen und nach dem Setzen des Schließringes, aber vor der plastischen Verformung. Durch die Erwärmung des Schließringbolzens und des Schließringes lassen sich große plastische Verformungen des Schließringes mit deutlich verringertem Kraftbedarf realisieren. Durch die anschließende Abkühlung bzw. den Abschreckvorgang, z. B. durch eine geeignete Prozessgasbeströmung oder mit einem sonstigen Kühlmedium, auf Temperaturen unterhalb der Martensit-Starttemperatur der Werkstoffe sind Festigkeitseigenschaften bzw. ein Härtegefüge zu erzielen über sowohl die Dicke des Schließringbolzens als auch über die Dicke des Schließringes, wobei komplett oder zu großen Teilen ein martensitisches Gefüge entstanden ist. Die Endfestigkeit dieser Teile stellt sich nach dem Abschreck- bzw. Abkühlvorgang ein. Es ist eine relativ hohe Klemmkraft bei hoher Festigkeit der Verbindung ohne eine Entfestigung der zu fügenden Stahlbauteile zu realisieren. Anstelle einer Verzunderungsschutzbeschichtung kann auch eine Anströmung mit nicht aktiven Gasen zur Verdrängung des Sauerstoffes aus der Umgebungsluft erfolgen.In this method with preferably conductive heating (resistance heating) of locking ring bolts and locking ring, these are preferably made cold from an unhardened steel and preferably then applied with a special anti-scaling protective layer to prevent oxidation processes. The locking ring bolt or the joint connection openings are preferred before setting lock pin and lock ring with an insulating sleeve of z. B. a ceramic material provided which is to produce an insulation between the locking ring bolt and the steel components to be joined. The heating of the locking ring bolt and locking ring takes place after the insertion of the locking ring bolt into the joint connection openings and after the setting of the closing ring, but before the plastic deformation. By heating the locking ring bolt and the locking ring, large plastic deformations of the locking ring can be realized with significantly reduced power consumption. By the subsequent cooling or quenching, z. B. by a suitable Prozeßgasbeströmung or other cooling medium to temperatures below the martensite start temperature of the materials strength properties or a hardness structure to achieve over both the thickness of the locking ring bolt and the thickness of the locking ring, where complete or in large parts martensitic structure has emerged. The ultimate strength of these parts sets after the quenching or cooling process. It is a relatively high clamping force with high strength of the connection to realize without softening the steel components to be joined. Instead of an anti-scaling coating, an inflow of non-active gases to displace the oxygen from the ambient air can also take place.
Das Verfahren kann mit manuell betätigten Werkzeugen oder bei Bedarf auch automatisiert eingesetzt werden.The method can be used with manually operated tools or, if necessary, also automated.
Um den konduktiven Erwärmungsvorgang durchzuführen, wird bevorzugt ein Setzwerkzeug eingesetzt mit einem Innenteil als Pluspol, das den Schließringbolzenkopf gegen eines der zu verbindenden Stahlbauteile zieht und Gleichstrom über den Schließringbolzen und den Schließring über den Kopf durch das andere Stahlbauteil zurück an einen zweiten Teil des Setzwerkzeuges leitet, welches den Minuspol bildet. Nach der Erwärmung erfolgt das Setzen des Schließringes auf den Bolzen durch die plastische Verformung des Schließringes. Dieser Prozess kann über eine spezielle Stromansteuerung geregelt werden.In order to carry out the conductive heating process, a setting tool is preferably used with an inner part as a positive pole, which pulls the lock ring bolt head against one of the steel components to be connected and directs direct current via the locking ring bolt and the locking ring over the head through the other steel component back to a second part of the setting tool which forms the negative pole. After heating, the setting of the locking ring is done on the bolt by the plastic deformation of the locking ring. This process can be controlled by a special current control.
Durch ein gezieltes Anströmen mit gekühltem Prozessgas erfolgt eine Phasenumwandlung der erwärmten Werkstoffe von der Austenit- in die Martensit-Phase. Durch die Steuerung der Gastemperatur und des Stromes ergeben sich gezielte Regelmöglichkeiten für die Verfahrenskontrolle.Through a targeted flow against cooled process gas, a phase transformation of the heated materials from the austenite to the martensite phase. By controlling the gas temperature and the flow, there are targeted control options for process control.
Bei einem alternativen Verfahren kann mit einer induktiven oder konduktiven Erwärmung der Schließringbolzenelemente (Schließringbolzen, Schließring) gearbeitet werden, die wiederum aus ungehärtetem Stahl gefertigt und anschließend z. B. mit einer speziellen Verzunderungsschicht versehen werden. Danach wird der Schließringbolzen vor dem Einsetzen in die Fügeverbindungsöffnungen auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Linie im Kohlenstoffdiagramm von 800°C bis 900°C erwärmt und nach der Erwärmung so abgeschreckt, dass sich ein martensitisches Gefüge im Schließringbolzen einstellt. Danach wird der Schließringbolzen in die Gefügeverbindungsöffnungen gesetzt. Bis dahin ist der Schließring noch nicht gehärtet.In an alternative method can be used with an inductive or conductive heating of the locking ring bolt elements (locking ring bolt, locking ring) are made, which in turn made of unhardened steel and then z. B. be provided with a special Verzunderungsschicht. Thereafter, the locking ring bolt is heated to a temperature above the AC 3 line in the carbon diagram of 800 ° C to 900 ° C prior to insertion into the joint connection openings and quenched after heating so that sets a martensitic structure in the lockbolts. Thereafter, the locking ring bolt is placed in the structural connection openings. Until then, the locking ring is not hardened yet.
Dann wird der Schließring auf den Schließringbolzen gesetzt, wobei vor der plastischen Verformung des Schließringes auch dieser auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Linie im Kohlenstoffdiagramm von 800°C bis 900°C erwärmt. Danach erfolgt die plastische Verformung des Schließringes. Der Schließring wird danach auch so abgeschreckt, bis sich im Schließring im wesentlichen ein martensitisches Gefüge einstellt.Then, the locking ring is placed on the lock ring bolt, and this heated to a temperature above the AC 3 line in the carbon diagram of 800 ° C to 900 ° C before the plastic deformation of the locking ring. Thereafter, the plastic deformation of the locking ring. The closing ring is then also quenched until a martensitic structure essentially sets in the closing ring.
Dieses Verfahren arbeitet somit mit einem in zeitlicher Reihenfolge vorher gehärteten Schließringbolzen und einem im Prozess zu härtenden Schließring. Beim Setzvorgang wird nur kurz vor dem plastischen Verformen des Schließringes dieser durch das Erwärmen mittels einer Induktionsspule oder einer Widerstandserwärmung auf die Temperatur von 800° bis 900°C gebracht und verformt. Nach dem Fließvorgang erfolgt die Abschreckung des Bereiches. Anschließend kann der Abriss des Zugteils vom Bolzen erfolgen.This method thus operates with a lock ring bolt previously hardened in chronological order and a locking ring to be hardened in the process. During the setting process, just before the plastic deformation of the closing ring, this is brought to the temperature of 800 ° to 900 ° C. by the heating by means of an induction coil or resistance heating and deformed. After the flow process, the deterrence of the area. Subsequently, the demolition of the tensile part of the bolt can be done.
Wesentliche weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 14 angegeben.Essential further embodiments of the invention are specified in
Zur weiteren Erläuterung wird auf die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigen:For further explanation, reference is made to the following description and the drawings. In the drawing show:
In der Zeichnung sind grundsätzlich gleichwirkende Teile mit übereinstimmenden Bezugsziffern beziffert. Allgemein mit
In die Fügeverbindungsöffnungen
Der Schließringbolzen
Bei den Ausführungsbeispielen nach den
In dem Ausführungsbeispiel nach
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |