Mehr Info - iwb

5 Verhalten von Werkzeugmaschinen beim Rührreibschweißen
Abbildung 5-6 zeigt die bei einem typischen Schweißvorgang entstehenden Prozesskräfte
in den drei Achsrichtungen. Hierbei werden große Unterschiede zum
Verlauf der Prozesskräfte beim Fräsen deutlich. Die Werkzeuggeometrie resultiert
in sehr regelmäßigen und harmonischen Kraftverläufen, die nicht durch
kurzzeitige Kraftspitzen gekennzeichnet sind. Sie werden maßgeblich von der
Werkzeugdrehzahl bestimmt. Deutlich wird auch, dass diese Kraftverläufe zusätzliche
Spektralanteile mit der doppelten Frequenz der Drehzahl enthalten. In
Werkzeug-Achsrichtung tritt ein unruhigeres, aber dennoch regelmäßiges Signal
auf, das aus mehreren Frequenzanteilen besteht und deutlich von der Grundschwingung
mit der Frequenz der Werkzeugdrehzahl dominiert wird. Die Kraftamplituden
der Anteile höherer Frequenz betragen nur wenige Newton und entstehen
höchstwahrscheinlich durch Maschinenschwingungen. Da die Messung
der Kräfte mit der Kraftmessplattform nicht komplett von Maschineneinflüssen
entkoppelt ist, können sich Schwingungen des Spannwinkels (siehe Abbildung
5-2) in Werkzeug-Achsrichtung auf die Eintauchtiefe der Werkzeugschulter
auswirken, was wiederum in Kraftschwankungen resultiert. Im Allgemeinen wird
deutlich, dass die Amplitude der Kraftschwankungen, ähnlich wie bei der gezeigten
Fräsbearbeitung, in und quer zur Vorschubrichtung eine Größenordnung über
der in Werkzeug-Achsrichtung liegt.
Auf den ersten Blick scheint es verblüffend, dass es beim Prozess des Rührreibschweißens
zu solch starken Prozesskraftschwankungen kommt. Nimmt man an,
dass sich im Prozess ein kontinuierlicher Werkstofffluss um das Werkzeug ausbildet,
können dermaßen große Kraftschwankungen nicht entstehen. Ein Beitrag
der bereits erwähnten Abflachungen zu diesen Schwankungen ist denkbar, da sie
einen kontinuierlichen Werkstofffluss unterbrechen, sie bieten aber eher eine
mögliche Erklärung für die Frequenzanteile mit doppelter Drehfrequenz.
Vor allem die Nahtoberfläche deutet an, dass der Werkstofftransport in der Rührzone
periodischer Natur ist (siehe siehe Abbildung 5-7). Deutlich ist hier der Einfluss
der Werkzeugdrehzahl zu erkennen. Nach JENE (2008) entspricht der Abstand
zwischen den sichtbaren Abdrücken der Werkzeugschulter in der Regel
exakt dem programmierten Vorschub pro Umdrehung (im weiteren Verlauf der
Arbeit nur noch als „Vorschub“ bezeichnet).
58