Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Dimensionierung von Rührreibschweißwerkzeugen auf Basis zyklischer Werkzeug/Werkstoff-Wechselwirkungen und Prozessführung

Das Rührreibschweißen ist ein Festphasenfügeverfahren, mit dem gleich- und ungleichartige Werkstoffe unterhalb ihrer Schmelztemperatur gefügt werden können. Funktionselement ist ein rotierendes Werkzeug, das in die zu fügenden Werkstoffe eingebracht wird, diese plastifiziert und anschließend ineinander verrührt. Die dabei wirkenden Prozesskräfte und Momente ergeben sich aus dem Verfahrensprinzip und der Wechselwirkung des Werkzeuges mit dem Werkstoff. Letztgenannte unterliegen zumeist einer empirischen oder auf Erfahrungswerten basierenden Auslegung die zu Über- bzw. Unterdimensionierung des Werkzeuges führt. Im Fall einer Überdimensionierung entstehen hohe Prozesskräfte die massive und kostenintensive Anlagen- und Spanntechniken erfordern. Unterdimensionierte Werkzeuge neigen hingegen zu einer erhöhten Bruchanfälligkeit des Schweißstiftes wodurch Bauteilausschuss und ungewollte Rüstzeiten resultieren. Hier setzt das Forschungsvorhaben an, indem eine Strategie zur Dimensionierung von Rührreibschweißstiften als versagensrelevante Werkzeugkomponente entwickelt wird. Dem verfolgten Ansatz liegt die Analyse der im Prozess wirkenden Kräfte und Momente zugrunde. Diese führen im Betrieb zu einer zeitlichen Schädigung des Schweißstiftes bis zum Versagen durch Bruch. Gelingt es an dieser Stelle, die Schädigung des Schweißstiftes auf Grundlage der im Prozess wirkenden Kräfte und Momente modellhaft zu beschreiben, dann kann dessen Versagenszeitpunkt abgeschätzt werden. Hierfür ist eine analytische und modellhafte Betrachtung der Schweißstiftschädigung auf Grundlage des Betriebsfestigkeitsnachweises erforderlich. Die bisherige empirische Auslegungsmethode wird somit durch eine wissenschaftlich fundierte Dimensionierungsstrategie erweitert, mit dem Ziel, vorzeitiges Werkzeugversagen zu verringern. Von der abschließenden Erstellung eines DVS-Regelwerkes profitieren schließlich KmU durch verringerten Bauteilausschuss und der Festlegung von präventiven Stiftwechselintervallen.