Mehr Info - iwb

6.2 Theoretisches Prozesskraftmodell für das Rührreibschweißen
Die für den Werkzeugpin näher ausgeführten Ansätze können analog auf die
Werkzeugschulter mit einem Schulterradius rs übertragen werden. Die Pinlänge
lp muss in diesem Fall durch die tatsächliche Eintauchtiefe der Schulter Ettat ersetzt
werden. Über das von der Werkzeugschulter um das Werkzeug transportierte
Werkstoffvolumen VFSW,s und die dadurch entstehenden Kräfte Fx,s und Fy,s
können die Gesamtkräfte Fx und Fy berechnet werden. Abbildung 6-13 zeigt einen
beispielhaften Verlauf der so berechneten Prozesskräfte. Dafür wurde die
spezifische Kraft kFSW auf einen fiktiven Wert von 100 N/mm³ festgelegt. Die
Werkzeuggeometrie ist mit einem Schulterradius von 6 mm und einem Pinradius
von 2,5 mm an das in allen Versuchen dieser Arbeit verwendete Werkzeug angelehnt.
Der Pin ist jedoch zur Vereinfachung nicht konisch ausgeführt.
Kraft
140
N
0
-70
-140
0,00 0,05 0,10
Zeit
s 0,20
Abbildung 6-13: Durch Werkstofftransport um das Werkzeug berechnete
Kraftanteile von Fx und Fy und spektrale Zusammensetzung
von Fx (n = 1400 min -1 -> Rotationsfrequenz = 23,33 Hz,
f = 0,35 mm, Ettat = 0,1 mm, St = 2,5 mm, rs = 6 mm,
rp = 2,5 mm, fiktiver Werkstoff mit kFSW = 100 N/mm³)
Deutlich wird, dass das Erscheinungsbild der Kraftverläufe von den gemessenen
abweicht. Die Zusammensetzung der Verläufe im Frequenzbereich zeigt zwar
einen Anteil bei der doppelten Drehfrequenz, das Amplitudenverhältnis der Anteile
zueinander entspricht jedoch ebenfalls nicht den Messungen. Dies lässt den
Schluss zu, dass die gemessenen Prozesskraftschwankungen weitere hier noch
nicht betrachtete Effekte enthalten. Positiv ist die Tatsache zu werten, dass die
Anteile der doppelten Drehfrequenz abgebildet werden können. Nach den bereits
ausgeführten Überlegungen hängen diese maßgeblich mit der Vorschubbewegung
des Werkzeugs zusammen. Um diese Annahmen zu verifizieren, wurden
93
F x
F y
Amplitude
80
N
40
20
F x
0
0 25 50 s 100
Frequenz