WO2006094479A1 - Reibschweissverfahren - Google Patents

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WO2006094479A1
WO2006094479A1 PCT/DE2006/000364 DE2006000364W WO2006094479A1 WO 2006094479 A1 WO2006094479 A1 WO 2006094479A1 DE 2006000364 W DE2006000364 W DE 2006000364W WO 2006094479 A1 WO2006094479 A1 WO 2006094479A1
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WO
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components
feed
welded
force
friction welding
Prior art date
Application number
PCT/DE2006/000364
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Goldau
Hans-Joachim Globes
Harald Schmicker
Original Assignee
Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh)
Esa Patentverwertungsagentur Sachsen-Anhalt Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh), Esa Patentverwertungsagentur Sachsen-Anhalt Gmbh filed Critical Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/121—Control circuits therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/1205—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using translation movement

Definitions

  • the invention relates to a friction welding process in which the components to be welded are rubbed against each other at the weld, in particular rotating.
  • the components are then in the upsetting and holding phase with a likewise predetermined force derVorschubkraft during upsetting, hereinafter upsetting force called, or derVorschubkraft when holding, hereinafter referred to as holding power, compressed, and as long or together quantity with such holding force ⁇ expresses held that upon cooling forms a cohesive connection.
  • the necessary parameters for the process frictional force and friction speed are determined by the energy required for the melting of the components in the contact zone.
  • the aim of the invention is therefore a friction welding process that enables high-quality and dimensionally accurate friction-welded joints with high process reliability.
  • the inventive method is based on a control of Reibsch Strukturprozes ⁇ ses, in which ultimately the feed path is the manipulated variable.
  • the feed path can be imaged by the time even at a known feed rate.
  • the desired values of the frictional force, compression force and holding force required for achieving a high-quality friction-welded connection are determined from known theoretical considerations and experimental investigations for the individual phases of the friction welding process (friction, compression and holding phase) and controlled in accordance with these specifications during the friction welding process. see, for example, L Appel, Internship Friction Welding, 13. Experience Sharpening Friction Welding, Kunststoff, 10/11 March 2003).
  • the method according to the invention has the particular advantage that welded components can be produced which are dimensionally accurate in the direction of action of the feed force, as a rule this will be the longitudinal direction of the components. It is not necessary that the components to be welded already have the required for the welded components high dimensional accuracy. Rather, the dimensional accuracy is achieved by the control of Reibsch experiencereaes with the feed path as a manipulated variable in accordance with the determined and predetermined setpoint controlled feed ⁇ force in conjunction with an accurate position in the direction of rotation axis positioning and tension of the components to be welded.
  • the components to be welded are first tensioned in the direction of the axis of rotation in the clamping means of the friction welding machine according to the inventive method.
  • the determination of the spring constant of the system friction welding machine - clamping means - components as a measure of elastic deformation of this system when pressing against each other to be welded components by the components to be welded are pressed against each other with different values of the feed force and the respective, corresponding to the value of the feed force Feed path is detected. From the corresponding values of feed force - feed travel, the spring constant becomes an elastic deformation of the system Friction welding machine - clamping device - components calculated and stored. It may be expedient to compare the value of the spring constant k calculated for the respective friction welding process with values from previous friction welding processes with identical components (reference value).
  • the distance covered feed path of the first touch of the components to be welded at the beginning of the determination of the spring constant ie when driving against each other components to the maximum feed force, and the distance traveled during subsequent driving apart of the components of the maximum feed force to release the Detects components on the contact surface and compared with each other. If significant deviations (> IO 96) occur between the two feed paths, the components to be welded have either set or deformed in the clamping device. The determination of the spring constant should then be repeated. If the deviations in the traveled feed distances are ⁇ 1096, the process can continue. Otherwise, the process should be discontinued because the necessary technical-technological initial conditions for achieving a high-quality and dimensionally accurate friction-welded connection are not met.
  • a zero point calibration is performed by moving the components to be welded against each other at a predetermined feed force until they touch the spot to be welded.
  • the traveled feed travel is saved as zero point.
  • This feed ⁇ path includes a Weganteil - Reibweg, ggf Anreibweg - and a further path portion - upsetting path -, wherein the division of the feed path in the path components Reibweg, ggf Anreibweg and upsetting path on the basis of preliminary investigations.
  • the feed paths to be traversed during the friction welding process are calculated with reference to the respective position zero point.
  • the components are returned to zero and the friction welding process, rotation of a component with the technologically specified friction speed and press each other to be welded components at the friction point with the technologically predetermined frictional force is started.
  • the frictional force is regulated according to predetermined setpoints.
  • the feed movement can be controlled in a distance-dependent and / or time-dependent manner during the friction welding process, the process ultimately being decided by the travel distance traveled. In the control of the feed movement, the feed force-dependent elastic deformation of the system friction welding machine - clamping device - components is included.
  • the friction process is terminated after covering the Reibweges and compressed in the friction zone to the melting of the material components with the compression force required for upsetting compressed until the upsetting path is covered.
  • welded components are very accurate in the effective direction of the feed force.
  • the dimensional accuracy can be further increased by heating-related L Lucassausdeh ⁇ calculations of the components in the calculation of the feed travel (Reibweg, if necessary Anreibweg and / or upsetting path) are taken into account.
  • tolerances of the welded components of ⁇ 10 ⁇ m can be achieved, with output tolerances of the non-welded components of up to ⁇ 1 mm. Due to the regulation of the feed force during the rubbing, compression and holding phase, the friction welds are of high quality and repeatable.
  • FIG. 1 shows schematically a friction welding machine I, consisting of a machine bed 2, arranged on a spindle 3 clamping means 4 and this opposite a provided with a feed drive 5 and another clamping means 6 feed slide 7 on the feed slide 7 are a feed force sensor 8 for detecting the feed forces and a Wegmesss / stem 9 for detecting the feed path s or for determining the position of the feed slide 7 arranged on the feed axis.
  • the feed drive 5, the feed force sensor 8 and the displacement measuring system 9 cooperate in a control loop, which enables control of the feed force F via the feed path s.
  • the components 10 and Il are cylinders having the dimensions: By ⁇ diameter D - 16 mm, length I - 61 mm ⁇ 0.5 mm. They consist of St 37
  • the components 10 and II are to be welded.
  • the length I of the welded component 10, Il should be I - 116 mm ⁇ 0.05 mm.
  • the feed slide 7 is first of all longitudinally axially in the direction of the opposite clamping means 4 until contact is achieved tensioned components 10, Il moved to the point to be welded.
  • the feed travel traveled to the touch is stored as the reference path s B.
  • the feed slide 7 is moved at a constant feed rate of v-100 mm / min further in the direction of the opposite clamping means 4 until a maximum feed force of F - 20 kN is established.
  • This maximum feed force F should correspond approximately to the compression force F s .
  • the distance covered by the contact of the components to be welded up to the maximum feed force is recorded. From this the reference path s B is subtracted and the result as a new reference path s B istspei ⁇ chert.
  • the values of the paths s A , s R and s s then compared with the stored as a technological specification minimally required or maximum possible Anreib-, Reib- and upsetting paths. If the determined or calculated values of the drive-off path s A , the friction travel s R and / or the upsetting path s s are not within the range of the technological specifications, the process is stopped. It is expedient then an error message, workpieces too short "or work ⁇ pieces too long".
  • the feed slide 7 is moved back to the position zero position S 0 so that the components 10 and 11 to be welded no longer touch. Thereafter, the spindle 3 is started and the tensioning means 4 brought to the Reibsollwindiere of 2000 U / min.
  • the clamped in the clamping means 6 component Il is pressed by force-controlled forward movement of the feed slide 7 with the driving force of F A - 5 kN against the component 10. After covering the distance to the path F A / k enlarged Anreibweges s A , the feed slide 7 is force-controlled with the frictional force F R - 10 kN further moved forward.
  • the welded component 10, Il has a final dimension of 116 mm ⁇ 0.05 mm. Due to the force-controlled feed movement of the feed carriage 7 and thus more precise Einhal ⁇ tion of the technologically predetermined driving force F A , frictional force F R , compression force F s and holding force F H is realized each Reibsch doriv high quality. By means of the method according to the invention, therefore, high-quality friction-welded connections can be produced repeatedly, the welded components 10, 11 being of high dimensional accuracy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reibschweißverfahren, bei dem die zu verschweißenden Bauteile an der Schweißstelle insbesondere rotierend gegeneinander gerieben werden. Dabei besteht das Ziel, die zu verschweißenden Bauteile bei hoher Pnozesssicherheit maßgenau miteinander zu verschweißen. Erreicht wird dies dadurch, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die elastische Verformung des Systems Reibschweißmaschine- Spannmittel-Bauteile bestimmt und daraus eine Federkonstante errechnet wird, anhand derer die beim Reibschweißprozess zurückzulegenden Vorschubwege (Anreibweg, Reibweg und Stauchweg) um die elastische Verformung des Systems Reibschweißmaschine-Spannmittel-Bauteile korrigiert werden und der Reibschweißprozess bei geregelter Vorschubkraft vorschubweggesteuert wird. Die Prozesssicherheit wird dabei dadurch gewährleistet, dass die bei der Bestimmung der elastischen Verformung des Systems Reibschweißmaschine-Spannmittel-Bauteile sowohl beim gegeneinander Fahren der Bauteile als auch beim auseinander Fahren der Bauteile zurückgelegten Vorschubwege erfasst und verglichen werden und bei nicht zu beseitigenden Abweichungen der Reibschweißprozess abgebrochen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Reibschweißverfahren können Toleranzen der verschweißten Bauteile von ±10 µm erreicht werden, wobei die Ausgangstoleranzen der nicht verschweißten Bauteile bis zu ±1 mm betragen können.

Description

Reibschweißverfahren
Die Erfindung betrifft ein Reibschweißverfahren, bei dem die zu verschweißenden Bauteile an der Schweißstelle insbesondere rotierend gegeneinander gerieben werden.
Beim Reibschweißen werden die zu verschweißenden Bauteile während der Reibphase mit einer vorbestimmten Kraft, derVorschubkraft beim Reiben, nachfolgend Reibkraft genannt, gegeneinander gedrückt und solange gegeneinander gerieben, beispielsweise mit der Reibdrehzahl gegeneinander gedreht, bis der Werkstoff in der Berührungszone aufschmilzt und fließt. Die Bauteile werden sodann in der Stauch- und Haltephase mit einer ebenfalls vorbestimmten Kraft, derVorschubkraft beim Stauchen, nachfolgend Stauchkraft genannt, bzw. derVorschubkraft beim Halten, nachfolgend Haltekraft genannt, zusammengedrückt und so lange bzw. mit solcher Haltekraft zusammenge¬ drückt gehalten, dass sich beim Abkühlen eine stoffschlüssige Verbindung herausbildet. Die für den Prozess notwendigen Parameter Reibkraft und Reibdrehzahl bestimmen sich aus der für das Aufschmelzen der Bauteile in der Berührungszone notwendigen Energie. In der Praxis werden die technologischen Vorgaben zur Reibkraft, zur Reibdrehzahl, zur Stauchkraft und zur Haltekraft anhand theoretischer Betrachtungen und experimenteller Untersuchungen ermittelt (siehe beispielsweise L Appel, Praktikum Reibschweißen, 13. Erfahrungsaustausch Reibschweißen, München 10./ 11.03.2003). Wie in der DE 19902357 A I erläutert, ist eine Steuerung des Reibschweißprozesses anhand der Prozessparameter Reibdrehzahl und der Vorschubkraft während der einzelnen Phasen des Reibschweißprozesses weit verbreitet, wobei für diese Parameter abschnittsweise konstante Sollwerte vorgegeben werden. Die Abschnitte selbst werden nach der Zeit oder dem Vorschubweg gesteuert.
Es ist auch bekannt, anstelle derVorschubkraft die Vorschubgeschwindigkeit abschnittsweise konstant zu steuern. Dieser in der Praxis weitverbreiteten Steuerung des Reib- schweißprozesses haftet der Nachteil an, dass Rückwirkungen oder Auswirkungen des jeweiligen Reibschweißprozesses nicht in die Steuerung einfließen und es deshalb zu Streuungen in der Schweißqualität kommt. In der DE 199 02357 AI wird deshalb vorge¬ schlagen, den Reibschweißprozess während der Reibphase in einer Regelung über das Reibmoment oder die Reibleistung zu führen. Damit soll der Reibschweißprozess wesentlich besser und genauer beherrscht werden können, was in einer besseren Wiederholgenauigkeit und einer höheren Qualität der Schweißergebnisse seinen Niederschlag findet.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch mittels einer entsprechenden Regelung des Reib- schweißprozesses während der Reibphase die Wiederholgenauigkeit, insbesondere in Bezug auf Maßhaltigkeit, für in der Praxis auftretende Anwendungen nicht ausreichend hoch ist.
Ziel der Erfindung ist deshalb ein Reibschweißverfahren, das bei einer hohen Prozesssi- cherheit qualitativ hochwertige und maßgenaue Reibschweißverbindungen ermöglicht.
Diese Autgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruches I umfasst, gelöst. In den Patentansprüchen 2 bis 5 werden vorteilhafte Weiterentwicklungen bzw. Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer Steuerung des Reibschweißprozes¬ ses, bei der letztlich der Vorschubweg die Stellgröße ist. Dabei kann der Vorschubweg natürlich auch bei bekannter Vorschubgeschwindigkeit durch die Zeit abgebildet werden. Die zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Reibschweißverbindung erfor- derlichen Sollwerte der Reibkraft, Stauchkraft und Haltekraft werden für die einzelnen Phasen des Reibschweißprozesses (Reib-, Stauch- und Haltephase) aus bekannten theoretischen Betrachtungen und experimentellen Untersuchungen bestimmt und während des Reibschweißprozesses entsprechend dieser Vorgaben geregelt (siehe beispielsweise L Appel, Praktikum Reibschweißen, 13. Erfahrungsaustausch Reib- schweißen, München 10./ 11.03.2003).
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass verschweißte Bauteile gefertigt werden können, die in Wirkungsrichtung der Vorschubkraft, in der Regel wird dies die Längsrichtung der Bauteile sein, maßgenau sind. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die zu verschweißenden Bauteile bereits die für die verschweißten Bauteile geforderte hohe Maßgenauigkeit aufweisen. Vielmehr wird die Maßgenauigkeit durch die Steuerung des Reibschweißprozesses mit dem Vorschubweg als Stellgröße bei entsprechend den ermittelten und vorgegebenen Sollwerten geregelter Vorschub¬ kraft in Verbindung mit einer in Richtung der Drehachse lagegenauen Positionierung und Spannung der zu verschweißenden Bauteile erreicht. Die zu verschweißenden Bauteile werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst in Richtung der Drehachse lagegenau in die Spannmittel der Reibschweißmaschine gespannt. Danach erfolgt die Ermittlung der Federkonstante des Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile als Maß der elastischen Verformung dieses Systems beim gegeneinander Drücken der zu verschweißenden Bauteile, indem die zu verschweißenden Bauteile mit verschiedenen Werten der Vorschubkraft gegeneinander gedrückt werden und der jeweilige, zum Wert der Vorschubkraft korrespondierende Vorschubweg erfasst wird. Aus den korrespondierenden Werten Vorschubkraft - Vorschubweg wird die Federkonstante kfüreine elastische Verformung des Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile errechnet und gespeichert. Dabei kann es zweckmäßig sein, den für den jeweiligen Reibschweißprozess errechneten Wert der Federkonstante k mit Werten aus vorangegangenen Reibschweißprozessen mit gleichen Bauteilen (Referenzwert) zu vergleichen. Weicht der errechnete Wert der Feder- konstante k über eine vorgegebene Toleranzbreite (Abweichung > 5 %) vom Referenz¬ wert ab, sind die für die Erreichung einer qualitativ hochwertigen und maßgenauen Reibschweißverbindung notwendigen technisch-technologischen Anfangsbedingungen nicht erfüllt. Mögliche Ursachen sind eine nicht ausreichende lagegenaue und feste Einspannung der zu verschweißenden Bauteile oder Fehler in den Bauteilen selbst. Zweckmäßigerweise sollte bei der Ermittlung der Federkonstanten auch geprüft werden, ob die zu verschweißenden Bauteile ausreichend präzise und fest gespannt sind. Dazu können beispielsweise der zurückgelegte Vorschubweg von der ersten Berührung der zu verschweißenden Bauteile zu Beginn der Ermittlung der Federkonstante, d.h. beim gegeneinander Fahren der Bauteile bis zur maximalen Vorschubkraft, sowie der zurückgelegte Vorschubweg beim anschließenden auseinander Fahren der Bauteile von der maximalen Vorschubkraft bis zum Lösen der Bauteile an der Berührungsfläche erfässt und miteinander verglichen werden. Treten hierbei zwischen beiden zurückgelegten Vorschubwegen erhebliche Abweichungen (> IO 96) auf, haben sich die zu verschweißenden Bauteile entweder in den Spannmittel gesetzt oder verformt. Die Bestimmung der Federkonstante sollte dann wiederholt werden. Sind dann die Abweichungen bei den zurückgelegten Vorschubwegen < 1096, kann der Prozess fortgesetzt werden. Andernfalls sollte der Prozess abgebrochen werden, weil die für die Erreichung einer qualitativ hochwertigen und maßgenauen Reibschweißverbindung notwendigen technisch-technologischen Anfangsbedingungen nicht erfüllt sind. Nach der Ermittlung der Federkonstanten erfolgt eine Nullpunktkalibrierung, indem die zu verschweißenden Bauteile mit einer vorgegebenen Vorschubkraft bis zur Berührung an der zu verschweißenden Stelle gegeneinander gefahren werden. Der zurückgelegte Vorschubweg wird als Nullpunkt gespeichert. Aus den geometrischen Daten der in Richtung der Drehachse lagegenauen Spannung der zu verschweißenden Bauteile sowie dem gespeicherten Nullpunkt wird der für das maßgenaue Verschweißen der Bauteile zurückzulegende Vorschubweg errechnet und ebenfalls gespeichert. Dieser Vorschub¬ weg umfasst einen Weganteil - Reibweg, ggf Anreibweg - und einen weiteren Weganteil - Stauchweg - , wobei die Aufteilung des Vorschubweges in die Weganteile Reibweg, ggf Anreibweg und Stauchweg auf der Grundlage von Voruntersuchungen erfolgt. Die beim Reibschweißprozess zurückzulegenden Vorschubwege werden unter Bezugnahme auf den jeweiligen Lagenullpunkt berechnet.
Die Bauteile werden zum Nullpunkt zurückgefahren und der Reibschweißprozess, Drehung eines Bauteils mit dertechnologisch vorgegebenen Reibdrehzahl und gegen- einander drücken der zu verschweißenden Bauteile an der Reibstelle mit der technologisch vorgegebenen Reibkraft, wird gestartet. Die Reibkraft wird entsprechend vorbestimmter Sollwerte geregelt. Die Vorschubbewegung kann während des Reib- schweißprozesses weg- und/oder zeitabhängig gesteuert werden, wobei letztlich prozessentscheidend der zurückgelegte Vorschubweg ist. In die Steuerung der Vorschubbewegung wird die vorschubkraftabhängige elastische Verformung des Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile eingerechnet. Der Reibprozess wird nach Zurücklegung des Reibweges beendet und die in der Reibzone bis zum Aufschmelzen des Materials erwärmten Bauteile mit der für das Stauchen erforderlichen Stauchkraft zusammengedrückt, bis der Stauchweg zurückgelegt ist. Danach werden die Bauteile gehalten, bis eine hinreichende Abkühlung erfolgt ist. Erfindungsgemäß verschweißte Bauteile sind in Wirkrichtung der Vorschubkraft sehr maßgenau. Die Maßgenauigkeit kann noch erhöht werden, indem erwärmungsbedingte Längsausdeh¬ nungen der Bauteile bei der Berechnung des Vorschubweges (Reibweg, ggf Anreibweg und/oder Stauchweg) berücksichtigt werden. Mittels des erflndungsgemäßen Verfahrens können Toleranzen der verschweißten Bauteile von ±10 μm erreicht werden, bei Ausgangstoleranzen der nicht verschweißten Bauteile von bis zu ±1 mm. Aufgrund der Regelung der Vorschubkraft während der Reib-, Stauch- und Haltephase sind die Reibschweißverbindungen wiederholsicher von hoher Qualität.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch eine Reibschweißmaschine I, bestehend aus einem Maschinenbett 2, einem an einer Spindel 3 angeordnetem Spannmittel 4 und diesem gegenüberliegend einen mit einem Vorschub- antrieb 5 sowie einem weiteren Spannmittel 6 versehenen Vorschubschlitten 7 Am Vorschubschlitten 7 sind ein Vorschubkraftsensor 8 zur Erfassung der Vorschubkräfte und ein Wegmesss/stem 9 zur Erfassung des Vorschubweges s bzw. zur Bestimmung der Position des Vorschubschlittens 7 auf der Vorschubachse angeordnet. Der Vorschubantrieb 5, der Vorschubkraftsensor 8 und das Wegmesssystem 9 wirken in einem Regelkreis zusammen, der über den Vorschubweg s eine Regelung der Vorschubkraft F ermöglicht.
In den Spannmitteln 4 und 6 sind zwei zu verschweißende Bauteile 10 und Il lagegenau fixiert und gespannt. Die Bauteile 10 und Il sind Zylinder mit den Abmessungen: Durch¬ messer D - 16 mm, Länge I - 61 mm ±0,5 mm. Sie bestehen aus St 37 Die Bauteile 10 und Il sind zu verschweißen. Die Länge I des verschweißten Bauteiles 10, Il soll I - 116 mm ±0,05 mm betragen.
In einem ersten Verfahrensabschnitt wird zunächst der Vorschubschlitten 7 längsaxial in Richtung des gegenüberliegenden Spannmittels 4 bis zur Berührung der lagegenau gespannten Bauteile 10, Il an der zu verschweißenden Stelle verfahren. Der bis zur Berührung zurückgelegte Vorschubweg wird als Bezugsweg sB gespeichert. Der Vorschubschlitten 7 wird mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit von v- 100 mm/min weiter in Richtung des gegenüberliegenden Spannmittels 4 verfahren, bis eine maximale Vorschubkraft von F - 20 kN aufgebaut ist. Diese maximale Vorschubkraft F sollte ca. der Stauchkraft Fs entsprechen. Der von der Berührung der zu verschweißenden Bauteile bis zur maximalen Vorschubkraft zurückgelegte Vorschubweg wird erfasst. Von diesem wird der Bezugsweg sB subtrahiert und das Ergebnis als neuer Bezugsweg sB abgespei¬ chert. Während des Verfahrens des Vorschubschlittens 7 werden bei Werten der Vorschubkraftvon Fj — 5 kN, F2 - 10 kN, und F3 - 15 kN die zugehörigen Vorschubwege s i bis S3 erfasst Aus den Vorschubkräften F, bis F3 und den zugehörigen Vorschubwegen s i bis s3 wird die Federkonstante k des Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile errechnet und abgespeichert. Danach wird der Vorschubschlitten 7 zurückgefahren, bis die Vorschubkraft F den Wert 0 erreicht. Die dabei erreichte Position des Vorschubschlittens 7 auf der Vorschubachse wird als Lagenullpunktposition S0 der beiden zu verschweißenden Bauteile 10 und Il zueinander gespeichert. Sie dient im Folgenden als Referenzwert zur Ermittlung der Vorschubwegeanteile Anreibweg sA, Reibweg sR und Stauchweg ss bzw. der entsprechenden Positionen des Vorschubschlit¬ tens 7 auf der Vorschubachse. Der beim Zurückfahren des Vorschubschlittens 7 bis zur Vorschubkraft F- O zurückgelegte Vorschubweg sF0 wird ebenfalls erfasst und mit dem Bezugsweg sB verglichen. Weichen beide Werte um mehr als ±10 μm voneinander ab, ist es aufgrund von plastischen Verformungen, hervorgerufen durch beispielsweise Grad oder Setzungserscheinungen zum Verrutschen eines oder beider Bauteile 10, 11 gekommen. Der erste Verfahrensabschnitt zur Bestimmung der Federkonstanten k ist in diesem Fall zu wiederholen. Kann auch im Wiederholungsfall keine ausreichende Übereinstimmung zwischen dem Bezugsweg sB und dem Vorschubweg sF0 erzielt werden (Abweichung <±IO μm), sind die für die Erreichung einer qualitativ hochwertigen und maßgenauen Reibschweißverbindung notwendigen technisch-technologischen Anfangsbedingungen nicht erfüllt In diesem Fall ist der Reibschweißvorgang abzubre- chen. Andernfalls wird der Wert der ermittelten Federkonstante k mit Referenzwerten aus vorangegangenen Reibschweißprozessen verglichen. Weicht der errechnete und abgespeicherte Wert um mehr als 5 % vom Durchschnitt der Referenzwerte ab, sind die notwendigen technisch-technologischen Anfangsbedingungen ebenfalls nicht erfüllt und der Reibschweißvorgang ist abzubrechen. Ausgehend von der Lagenullpunktposition S0 sowie der zu erreichenden Länge
I- 116 mm ±0,05 mm des verschweißten Bauteiles 10, Il werden der Anreibweg sA, der Reibweg sR und der Stauchweg ss bestimmt bzw. errechnet Die Vorschubweganteile betragen sA= 0,1 mm, sR =2,0-4,0 mm und ss - 1,6 mm. Die Werte der Wege sA, sR und ss wenden dann mit den als technologische Vorgabe gespeicherten minimal erforderlichen bzw. maximal möglichen Anreib-, Reib- und Stauchwegen verglichen. Liegen die bestimmten bzw. errechneten Werte des Anreibweges sA, des Reibweges sR und/oder des Stauchweges ss nicht im Bereich der technologischen Vorgaben, wird der Prozess gestoppt. Zweckmäßig ist dann eine Fehlermeldung ,Werkstücke zu kurz" oder Werk¬ stücke zu lang".
Liegen die Werte der Wege innerhalb der technologischen Vorgabenbereiche, wird der Vorschubschlitten 7 zur Lagenullpunktposition S0 zurückgefahren, so dass sich die zu verschweißenden Bauteile 10 und Il nicht mehr berühren. Danach wird die Spindel 3 gestartet und das Spannmittel 4 auf die Reibsolldrehzahl von 2000 U/min gebracht. Das im Spannmittel 6 gespannte Bauteil Il wird durch kraftgeregelte Vorwärtsbewegung des Vorschubschlittens 7 mit der Anreibkraft von FA- 5 kN gegen das Bauteil 10 gedrückt. Nach Zurücklegen des um den Weganteil FA/ k vergrößerten Anreibweges sA wird der Vorschubschlitten 7 kraftgeregelt mit der Reibkraft FR- 10 kN weiter vorwärtsbewegt. Nach Zurücklegen des um den Weganteil FR / k vergrößerten Reibweges sR wird die Spindel 3 abgeschaltet und das Spannmittel 4 bis zum Stillstand abgebremst. Danach wird der Vorschubschlitten 7 kraftgeregelt mit der Stauchkraft Fs = 20 kN weiter um den Stauchweg ss, der um den Weganteil Fs / k vergrößert wurde, vorwärtsbewegt. Danach verbleibt der Vorschubschlitten 7 bis zur hinreichenden Abkühlung des verschweißten Bauteiles 10, Il in der erreichten Endposition. Die Bauteile 10 und Il werden mit der Haltekraft FH - 20 kN gehalten. Abschließend wird das verschweißte Bauteil 10, 11 entnommen. Die Weganteile FA/ k, FR/ k bzw. Fs / ksind dabei die infolge dervorschub- kraftabhängigen elastischen Verformung (Auffederung) des Systems Reibschweißmaschine- Spannmittel - Bauteile nicht bauteilverkürzend wirksam werdenden Vorschub- weganteile, die als Korrektursummanden berücksichtigt werden müssen, um ein maßgenaues verschweißtes Bauteil zu fertigen.
Das verschweißte Bauteil 10, Il hat ein Endmaß von 116 mm ±0,05 mm. Aufgrund der kraftgeregelten Vorschubbewegung des Vorschubschlittens 7 und damit präziser Einhal¬ tung der technologisch vorgegebenen Anreibkraft FA, Reibkraft FR, Stauchkraft Fs und Haltekraft FH ist jede realisierte Reibschweißverbindung von hoher Qualität. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können daher wiederholsicher qualitativ hochwertige Reibschweißverbindungen gefertigt werden, wobei die verschweißten Bauteile 10, Il von hoher Maßgenauigkeit sind. Liste der Bezugszeichen
I Reibschweißmaschine
2 Maschinenbett
3 Spindel
4 Spannmittel
5 Vorschubantrieb
6 Spannmittel
7 Vorschubschlitten
8 Vorschubkraftsensor
9 Wegmesssystem
IO zu verschweißendes Bauteil
Il zu verschweißendes Bauteil
D Bauteildurchmesser
F Vorschubkraft
F|, F2, F2 Vorschubkräfte bei der Bestimmung der elastischen Verformung des
Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile
FA Anreibkraft
FR Reibkraft
Fs Stauch kraft
FH Haltekraft k Federkonstante
I Bauteillänge
Lagenullpunktposition
S Vorschubweg sB Bezugsweg (Weg des Vorschubschlittens bis zur Berührung der Bauteile an der zu verschweißenden Stelle)
SFO Vorschubweg beim Zurückfahren des Vorschubschlittens von einer
Vorschubkraft F > 0 bis zur Vorschubkraft F- 0
S I . S2» S3 Vorschubwege bei der Bestimmung der elastischen Verformung des
Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile
SA Anreibweg
SR Reibweg
Ss Stauchweg

Claims

Patentansprüche
I. Reibschweißverfahren, bei dem die zu verschweißenden Bauteile gespannt werden, mit einer vorbestimmten Vorschubkraft an der Schweißstelle gegeneinander gefahren und mit der Reibdrehzahl gegeneinander gedreht werden, die Reibphase in Abhängig¬ keit des Vorschubweges und/oder der Zeit gesteuert wird, während oder unmittelbar nach dem Abbremsen der Spindel mit einer vorbestimmten Stauchkraft gestaucht und abschließend mit einer vorbestimmten Haltekraft bis zur Erstarrung des an der Schweißstelle aufgeschmolzenen Materials gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass
• die zu verschweißenden Bauteile ( 10, 11 ) in Richtung der Drehachse lagegenau gespannt werden,
• danach gegeneinander gefahren werden und anhand der Vorschubkraft (F) und des jeweiligen Vorschubweges (s) die elastische Verformung des S/stems Reibschweiß- maschine - Spannmittel - Bauteile bestimmt und daraus eine Federkonstante (k) errechnet wird,
• die zu verschweißenden Bauteile ( 10, 11 ) bis zur Vorschubkraft F- O auseinander gefahren und die Lagenullpunktposition (s0) der unverschweißten gespannten Bauteile (10, II ) ermittelt und gespeichert wird, • anhand der Lagenullpunktposition (s0) und der zu erreichenden Länge (D des verschweißten Bauteiles (10, 11 ) die notwendigen Werte der Vorschubwege Anreibweg (sA), Reibweg (sR) und Stauchweg (ss) bestimmt und gespeichert werden,
• anschließend die Reibphase und die Stauchphase vorschubweg- und/oder zeitge¬ steuert bei geregelter vorbestimmter Vorschubkraft (FA,FR,FS) durchgeführt und dann mit vorbestimmter Haltekraft (FH) der Reibschweißprozess beendet wird und dabei
• sowohl während der Reib- als auch während der Stauch- und Haltephase die Steue¬ rung des Prozesses anhand dem Vorschubweg (Anreibweg sA, Reibweg sR und Stauchweg ss) unter Einrechnung der durch die Federkonstante (k) beschriebenen elastischen Verformung des Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile so erfolgt, dass nach Beendigung des Reibschweißprozesses der zur Erreichung eines vorbestimmten Endmaßes der verschweißten Bauteile (10, i I ) notwendige gesamte Vorschubweg (Anreibweg sA+ Reibweg sR+ Stauchweg ss) zurückgelegt wurde.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der elastischen Verformung des Systems Reibschwei߬ maschine - Spannmittel - Bauteile die zu verschweißenden Bauteile (10, 11 ) an der Schweißstelle gegeneinander gefahren und dabei die Vorschubkraft (F) soweit erhöht wird, bis ihr Wert die Stauchkraft (Fs) erreicht und anschließend die zu verschweißenden Bauteile (10, II) wieder auseinandergefahren werden und dabei bei verschiede¬ nen Werten der Vorschubkraft (F | ,F21F3) der korrespondierende Wert des Vorschub¬ weges (s |, s2,s3) erfasst und aus den Werten der Vorschubkräfte (F|,F2,F3) und den korrespondierenden Werten des Vorschubweges (s | ,s2)s3) die Federkonstante (k) errechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der elastischen Verformung des Systems Reibschweißma¬ schine - Spannmittel - Bauteile beim gegeneinander Fahren der zu verschweißenden Bauteile beginnend von einem Wert der Vorschubkraft F= O bis zur maximalen Vorschubkraft F- F5 der zurückgelegte Vorschubweg (s) erfasst und gespeichert wird und beim anschließenden auseinander Fahren der Bauteile beginnend von der maxi- malen Vorschubkraft F- F5 bis zur Vorschubkraft F- 0 der zurückgelegte
Vorschubweg (s) ebenfalls erfasst und gespeichert wird, beide Vorschubwege (s) miteinander verglichen werden und bei einer Abweichung beider Vorschubwege (s) voneinander um mehr als 10 % der Verfahrensschritt Bestimmung der elastischen Verformung des Systems Reibschweißmaschine - Spannmittel - Bauteile wiederholt wird, wobei die Vorschubwege sowohl beim gegeneinander Fahren der Bauteile als auch beim anschließenden auseinander Fahren der Bauteile wie beschrieben erfasst und miteinanderverglichen werden und bei erneuter Abweichung beider Vorschub¬ wege voneinander um mehr als 10 % der Reibschweißprozess abgebrochen wird.
4. Verfahren nach einem der Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ermittlung und Berechnung der Federkonstanten (k) diese mit aus vorangegangenen Reibschweißprozessen mit gleichen Bauteilen ermittelten Feder¬ konstanten (Referenzwert) verglichen wird und bei einer Abweichung von mehr als 5 % von den Referenzwerten der Reibschweißprozess abgebrochen wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der zur Erreichung eines vorbestimmten Endmaßes der verschweißten Bauteile ( 10, 11 ) notwendigen Vorschubwege (sA,sR,ss) die Wärmeaus- dehnung der Bauteile (10, 11) infolge des Reibschweißprozesses berücksichtigt wird.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018007380A1 (de) * 2016-07-06 2018-01-11 Thyssenkrupp Presta Ag Zahnstange und ein verfahren zur herstellung einer zahnstange für ein lenkgetriebe eines kraftfahrzeugs
CN110807274A (zh) * 2019-10-11 2020-02-18 内蒙古北方重工业集团有限公司 基于deform的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法
CN111745290A (zh) * 2020-08-04 2020-10-09 桐乡辰宇机械有限公司 一种摩擦焊设备及焊接方法
US10926788B2 (en) 2016-07-06 2021-02-23 Thyssenkrupp Presta Ag Method for producing a toothed rack for a motor vehicle
US11072360B2 (en) 2016-07-06 2021-07-27 Thyssenkrupp Presta Ag Gear rack and method for producing a gear rack for a steering gear of a motor vehicle
US11077875B2 (en) 2016-07-06 2021-08-03 Thyssenkrupp Presta Ag Rack and a method for producing a rack for a steering gear of a motor vehicle
US11298765B2 (en) 2016-07-06 2022-04-12 Thyssenkrupp Presta Ag Toothed rack and method for producing a toothed rack for a steering gear of a motor vehicle
TWI772196B (zh) * 2021-10-06 2022-07-21 達鴻機械股份有限公司 鋼筋熔接行程估算系統

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202012103219U1 (de) * 2012-08-24 2013-12-02 Kuka Systems Gmbh Pressschweißvorrichtung
DE102016224386A1 (de) * 2016-12-07 2018-06-07 MTU Aero Engines AG Verfahren zum herstellen einer schaufel für eine strömungsmaschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3644049A (en) * 1969-11-26 1972-02-22 Heald Machine Co Machine tool
GB2137774A (en) * 1983-04-07 1984-10-10 Rolls Royce Automatic Control of Friction and Inertia Welding Process
JPH03270865A (ja) * 1990-03-16 1991-12-03 Hitachi Constr Mach Co Ltd 多自由度作業機械の位置と力の制御装置
WO2005002774A1 (de) * 2003-07-03 2005-01-13 Kuka Schweissanlagen Gmbh Verfahren und vorrichtung zum pressschweissen mit berücksichtigen der längenabweichungen der werkstücken

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19902357A1 (de) * 1999-01-21 2000-08-03 Kuka Schweissanlagen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Führen eines Reibschweißprozesses

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3644049A (en) * 1969-11-26 1972-02-22 Heald Machine Co Machine tool
GB2137774A (en) * 1983-04-07 1984-10-10 Rolls Royce Automatic Control of Friction and Inertia Welding Process
JPH03270865A (ja) * 1990-03-16 1991-12-03 Hitachi Constr Mach Co Ltd 多自由度作業機械の位置と力の制御装置
WO2005002774A1 (de) * 2003-07-03 2005-01-13 Kuka Schweissanlagen Gmbh Verfahren und vorrichtung zum pressschweissen mit berücksichtigen der längenabweichungen der werkstücken

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BENN B: "FRICTION WELDING OF BUTT JOINTS FOR HIGH DUTY APPLICATIONS", WELDING AND METAL FABRICATION, IPC LTD. HAYWARDS HEATH, GB, vol. 56, no. 6, 1 August 1988 (1988-08-01), pages 282,284,286, XP000034941, ISSN: 0043-2245 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 087 (M - 1217) 3 March 1992 (1992-03-03) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018007380A1 (de) * 2016-07-06 2018-01-11 Thyssenkrupp Presta Ag Zahnstange und ein verfahren zur herstellung einer zahnstange für ein lenkgetriebe eines kraftfahrzeugs
CN109415082A (zh) * 2016-07-06 2019-03-01 蒂森克虏伯普利斯坦股份公司 齿条和用于生产机动车辆的转向装置的齿条的方法
US10919107B2 (en) 2016-07-06 2021-02-16 Thyssenkrupp Presta Ag Rack and method for producing a rack for a steering gear of a motor vehicle
US10926788B2 (en) 2016-07-06 2021-02-23 Thyssenkrupp Presta Ag Method for producing a toothed rack for a motor vehicle
US11072360B2 (en) 2016-07-06 2021-07-27 Thyssenkrupp Presta Ag Gear rack and method for producing a gear rack for a steering gear of a motor vehicle
US11077875B2 (en) 2016-07-06 2021-08-03 Thyssenkrupp Presta Ag Rack and a method for producing a rack for a steering gear of a motor vehicle
US11298765B2 (en) 2016-07-06 2022-04-12 Thyssenkrupp Presta Ag Toothed rack and method for producing a toothed rack for a steering gear of a motor vehicle
CN110807274A (zh) * 2019-10-11 2020-02-18 内蒙古北方重工业集团有限公司 基于deform的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法
CN111745290A (zh) * 2020-08-04 2020-10-09 桐乡辰宇机械有限公司 一种摩擦焊设备及焊接方法
TWI772196B (zh) * 2021-10-06 2022-07-21 達鴻機械股份有限公司 鋼筋熔接行程估算系統

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