Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Charakterisierung der geometrischen Verschleißeigenschaften von Rührreibschweißwerkzeugen und Entwicklung einer Methodik zur Abschätzung des maximal ertragbaren Verschleißes

Steigende Anforderungen hinsichtlich der Leichtbau und die Verwendung neuartiger Werkstoffe erfordern die Weiterentwicklung von technologisch geeigneten Schweißverfahren. Eine aussichtsreiche Alternative zu konventionellen Schweißverfahren stellt das Rührreibschweißen dar. Die Anwendung unterliegt hingegen verfahrensspezifischen Herausforderungen zu denen unter anderem verfahrensbedingter Werkzeugverschleiß zählt. Hierbei ist festzuhalten, dass die Ermittlung von Verschleißgrenzen auf Erfahrungswerten basiert. Die systematische Betrachtung zwischen den relevanten Verschleißbereichen und den vorliegenden Verschleißmechanismen am Rührreibschweißwerkzeug, in Abhängigkeit zur Verbindungsqualität und des Schweißweges, erfolgt bislang kaum. Hier setzt das Vorhaben mit der Entwicklung einer Strategie zur Beschreibung des Werkzeugverschleißes an Schulter und Schweißstift in Abhängigkeit der jeweiligen Prozessphase sowie mit der Erarbeitung von Extrapolationsmethoden zur vereinfachten Abschätzung des zulässigen Werkzeugverschleißes an. Dem verfolgten Ansatz liegt die Analyse von volumen- und geometriebezogenen Veränderungen in Abhängigkeit der Nahtlänge und Prozessphase durch geeignete Charakterisierungsverfahren zugrunde, um so ortsaufgelöste Bewertungen des Verschleißes zu treffen und gleichzeitig Bereiche mit signifikantem Werkzeugverschleiß abzuleiten. Gelingt unter Berücksichtigung von Nahtlänge und -qualität eine vollständige Beschreibung des Verschleißes, dann können entsprechend funktionelle Zusammenhänge ermittelt sowie Grenzbedingungen hinsichtlich des maximal tolerierbaren Werkzeugverschleißes abgeleitet werden. Die Ermittlung von Verschleißraten bei verringerten Schweißnahtlängen und deren Extrapolation anhand funktioneller Zusammenhänge ermöglicht die schnelle Ermittlung von Verschleißgrenzen und damit möglicher Standzeiten. KmU profitieren durch die gezielte Ausnutzung von Werkzeugstandzeiten sowie durch die Reduzierung von Werkzeugkosten und Bauteilausschuss.