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Wednesday, September 28, 2011, Saal D 4:00 PM Forschung und Entwicklung - Rührreibschweißen |
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Rührreibschweißen von Aluminium-Druckguss-Komponenten |
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Andreas Roth* / Technische Universität München
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland Michael F. Zäh / Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Technische Universität München, Deutschland |
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Im Rahmen eines von der AiF geförderten Forschungsprojekts wird am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München das Rührreibschweißen (engl. Friction Stir Welding FSW) für das prozesssichere Fügen von Aluminium-Druckguss-Komponenten qualifiziert. Durch die Umsetzung des FSW-Prozesses mit einem handelsüblichen CNC-Bearbeitungszentrum sowie mit einem Schwerlast-Knickarmroboter wird die Möglichkeit zur Integration des Fügeverfahrens in die nachgelagerte mechanische Bearbeitung von Gussbauteilen in den überwiegend mittelständischen Druckgießereien aufgezeigt. Die Hersteller von Al-Druckgussteilen können somit ihre Wertschöpfungskette erweitern und als Systemlieferant ihre Wettbewerbsfähigkeit ausbauen. Das Rührreibschweißen besitzt im Hinblick auf das Fügen von Al-Gusslegierungen großes Potenzial, da der Fügeprozess, im Gegensatz zu den bekannten Schmelzschweißverfahren, unterhalb der Solidustemperatur des Werkstoffs abläuft. Porenbildung aufgrund der Änderung der Wasserstofflöslichkeit der erstarrenden Gussschmelze sowie Heißrisse treten beim FSW daher nicht auf. Ferner ergibt sich auch ein geringerer Wärmeverzug. Der Werkstoff wird in der Fügezone mithilfe eines rotierenden Werkzeugs in einen plastifizierten Zustand gebracht. Unter hohem Anpressdruck und der generierten Reibungswärme entsteht im Bearbeitungsbereich ein feinkörniges Schmiedegefüge mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Um den Gießereibetrieben einen wirtschaftlichen Einsatz des Rührreibschweißens zu ermöglichen, sollen aufwendige Nahtvorbereitungen im Vorfeld der Fügeaufgabe, wie sie bei Schmelzschweißverfahren erforderlich sind, vermieden werden. So wirkt sich beispielsweise die Zusammensetzung des Formtrennmittels auf die Schweißnahteigenschaften aus und schränkt somit die Optimierungsmöglichkeiten bezüglich des Gießprozesses ein. Erste Untersuchungen zum Trennmitteleinfluss auf die Qualität von FSW-Nähten zeigen keine Abhängigkeit. Dabei wurden Proben aus drei unterschiedlichen Al-Legierungen der Wandstärken 3, 4 und 6 mm mit drei verschiedenen Trennmittelzusammensetzungen geschweißt. Damit den Fertigungsungenauigkeiten von Gussteilen, die in der Regel eine spanende Bearbeitung der Fügezone erforderlich machen, Rechnung getragen wird, werden systematische Untersuchungen zum Einfluss von Spalten und Kantenversatz auf die mechanischen Nahteigenschaften durchgeführt. Darüber hinaus werden die Wechselwirkungen zwischen einer Wärmebehandlung und dem FSW-Prozess sowie deren Auswirkungen auf die Nahtqualität betrachtet. Temperaturmessungen an der Nahtober- und Nahtunterseite sollen Aufschluss über mögliche Gefügeveränderungen geben. |