Abstract No.:
6664

 Scheduled at:
Thursday, September 17, 2020, Virtueller Raum 1 9:30 AM
Moderne Fügetechnik - Rührreibschweißen I


 Title:
Rührreibschweißen - Entwickeln einer prozessmomentbasierten Temperaturregelung

 Authors:
Martina Elisabeth Sigl* / Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften, Deutschland

 Abstract:

Rührreibschweißen (engl. Friction Stir Welding FSW) ist ein 1991 von Wayne Thomas am TWI erfundenes Pressschweißverfahren, bei dem die Werkstücke mittels eines rotierenden, verschleißarmen Werkzeugs  bestehend aus einer Schulter und einem Stift  verschweißt werden. Die für den Fügeprozess nötige Wärme wird durch Reibung und plastische Deformation erzeugt. Da die Prozesstemperaturen im Werkstück dabei stets unterhalb der Schmelztemperatur des Werkstoffs bleiben, d. h. im plastifizierten, aber festen Zustand, kommt es zu einer geringen geometrischen Ausbreitung der Wärmeeinflusszone, was sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht auswirkt. Der wesentliche Einfluss der Prozesstemperatur bewirkte bereits die Entwicklung verschiedener Temperaturregelsysteme. Die in der Literatur diskutierten Ausgangsregelungen nehmen die Messbarkeit der Prozesstemperatur als Grundvoraussetzung an. Dies erfordert empfindliche und teure Temperaturmesswerkzeuge, was insgesamt die Anwendung der Temperaturregelung in der industriellen Praxis, insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen  verringert. Im Rahmen des Forschungsprojektes MobaReg wurde die Prozesstemperatur daher modellbasiert aus den Werkzeug-, Werkstoff-, Prozessparametern, Maschinendaten und den Messsignalen Axialkraft und Drehzahl erfolgreich berechnet. Den Kern des Modells bildet ein Werkstoffmodell nach Johnson-Cook, welches die Fließspannung mit der Dehnung, Dehnrate und Prozesstemperatur in Zusammenhang bringt. Das errechnete Prozessmoment wird mit einem messtechnisch erfassten Prozessmoment verglichen. Die Abweichung wird über ein dynamisches Beobachterglied verringert und gleichzeitig das errechnete Temperatursignal einem adaptiven L1-Regler zugeführt, welcher die tatsächliche Prozesstemperatur auf eine definierte Soll-Temperatur regelt. Das Temperaturmodell und das Gesamtsystem wurden in-line validiert und somit die Funktionsfähigkeit des Ansatzes nachgewiesen. Vortragender: Martina Elisabeth Sigl



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