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6.3 Empirisches Prozesskraftmodell für das Rührreibschweißen
se Betrachtungen vor allem für die Beurteilung des Stabilitätsverhaltens von Maschinen.
Im Folgenden soll nun ein empirisches Prozesskraftmodell für den
Rührreibschweißprozess entwickelt werden, das die dynamischen Anteile der in
Abschnitt 5.2 und Abschnitt 6.2 beschriebenen Kraftverläufe enthält und analog
zu den Modellen der Zerspanprozesse auf die beschriebene Art mit den Maschinenmodellen
gekoppelt werden kann. Damit sollen die beim Schweißen resultierenden
dynamischen Maschinenbelastungen über einen großen Parameterbereich
abgebildet werden (siehe Abschnitt 7.2). Dafür werden zuerst die das Prozesskraftmodell
beeinflussenden Parameter festgelegt, die Randbedingungen definiert
und die Versuchsplanung und -durchführung erläutert. Anschließend werden aus
den Versuchsergebnissen formelmäßige Zusammenhänge zwischen den Prozesskräften
und den ausgewählten Parametern abgeleitet, die für das in dieser Arbeit
verwendete Werkzeug (siehe Abbildung 5-5) gelten.
6.3.2 Versuchsplanung und -durchführung
Der Prozess des Rührreibschweißens wird von einer Vielzahl von Parametern
beeinflusst. Neben den Schweißparametern, die vor jedem Schweißvorgang vorgegeben
werden, zählen hierzu auch die Werkzeuggeometrie, der zu schweißende
Werkstoff und z. B. die Aufspannvorrichtung. Für die bereits geschilderten
dynamischen Betrachtungen und damit für die Erstellung des Prozesskraftmodells
kommen nur die Schweißparameter in Frage, da nur sie direkt von den Maschinenschwingungen
während des Prozesses beeinflusst werden. Die Werkzeuggeometrie
ist festgelegt und wird nicht variiert. Die mathematische Beschreibung
des Strukturverhaltens der Maschine stellt als Ausgangsgrößen Positionen,
Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zur Verfügung (siehe Abschnitt
4.3.6). Als Schweißparameter sind vor allem die Eintauchtiefe der Werkzeugschulter,
die Vorschubgeschwindigkeit, die Werkzeugdrehzahl, der Anstellwinkel
des Werkzeugs und die Anpresskraft (im Falle des kraftgeregelten
Schweißbetriebes) zu nennen. Für den Fall, dass die Ausgangsgrößen des Maschinenmodells
mit diesen Schweißparametern zusammenfallen bzw. diese direkt
beeinflussen, kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen Maschine und Prozess.
Beispielsweise wirkt die Maschinenschwingung in Schweißrichtung (x-
Richtung) an der Schweißstelle direkt auf die Vorschubgeschwindigkeit zurück.
Die Lageschwingung in Werkzeug-Achsrichtung (z-Richtung) überlagert sich der
Eintauchtiefe der Werkzeugschulter. Damit wirken die Maschinenschwingungen
maßgeblich auf zwei Schweißparameter zurück, die deshalb als Einflussfaktoren
im dynamischen Prozesskraftmodell berücksichtigt werden müssen.
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