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5 Verhalten von Werkzeugmaschinen beim Rührreibschweißen
Rührreibschweißen kann demnach als beherrschbar angesehen werden und spielt
hauptsächlich bei der Entwicklung und Beurteilung der Eignung von Maschinen
zum Rührreibschweißen eine Rolle. Das dynamische Verhalten von Maschinen
während des Schweißvorgangs ist, wie bereits in Kapitel 2 erläutert, noch wenig
beleuchtet. Beeinflusst wird dieses Verhalten vor allem durch die dynamischen
Anteile der Prozesskräfte, die im Folgenden näher untersucht werden.
5.2 Prozesskräfte beim Rührreibschweißen im Vergleich zum
Fräsen
Zur näheren Charakterisierung der Prozesskräfte beim Rührreibschweißen werden
diesen Kraftverläufe gegenübergestellt, die bei der Zerspanung auftreten.
Dadurch lassen sich die Belastungen mit denen eines Fertigungsprozesses vergleichen,
für den das untersuchte Bearbeitungszentrum entwickelt wurde. Abbildung
5-4 und Abbildung 5-6 zeigen typische Prozesskraftverläufe beim Fräsen
und beim Rührreibschweißen. Aufgezeichnet wurden die Verläufe mit einer
Kraftmessplattform, die für beide Verfahren als Werkstückträger diente. Für die
Versuche wurde ein Messerkopf mit einem Durchmesser von 32 mm und drei
Schneiden eingesetzt und es wurde eine Nut von 1 mm Tiefe in einen Stahlblock
gefräst. Wie Abbildung 5-4 zeigt, hat dies in allen Achsrichtungen einen Kraftverlauf
zur Folge, der durch viele Kraftspitzen gekennzeichnet ist. Speziell in
(Fx) und quer (Fy) zur Vorschubrichtung sind die Umdrehungen des Werkzeugs
(Zeit pro Umdrehung = 0,0353 s) und die einzelnen Zahneintritte in das Bauteil
(Zeit pro Zahneintritt = 0,0118 s) deutlich zu erkennen. Dies ist auch im Frequenzspektrum
eindeutig festzustellen (Frequenz der Werkzeugdrehzahl =
28,33 Hz, Zahneintrittsfrequenz = 85 Hz).
Im Gegensatz zu den Werkzeugen zur Fräsbearbeitung existieren bei den meisten
Werkzeugen zum Rührreibschweißen keine scharfen oder geschliffenen Schneiden.
Die Grundform der meisten Werkzeugpins ist zylindrisch oder konisch und
i. A. lediglich mit einem Gewinde profiliert, das den Werkstofffluss in der Rührzone
positiv beeinflussen soll. Das für diese Arbeit verwendete Werkzeug besitzt
einen konischen Pin (Kegelwinkel = 30 Grad) mit rundem Querschnitt und Gewinde.
Zusätzlich wurden durch eine Schleifbearbeitung zwei gegenüberliegende
Abflachungen erzeugt. Das Werkzeug besitzt eine abgerundete Schulter (Durchmesser
= 14 mm, Kantenradius = 2 mm) und ist deshalb auch für das Schweißen
ohne Anstellwinkel nutzbar (siehe Abbildung 5-5).
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