Lebensdauererhöhung von Widerstandspunktschweißelektroden durch Einsatz verschleißabhängiger Fräsintervalle und dispersionsgehärteter Kupferwerkstoffe : Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 18.456 : Berichtszeitraum: 01.07.2015 - 30.09.2017

Abstract

Das Forschungsvorhaben „Lebensdauererhöhung von Widerstandspunktschweißelektroden durch Einsatz verschleißabhängiger Fräsintervalle und dispersionsgehärteter Kupferwerkstoffe“ (IGF-Nr. 18.456 B/DVS-Nr. 04.062) verfolgte drei wesentliche Ziele: - Bestimmung des bedarfsgerechten Fräszeitpunkts während der Fertigung - Elektrodenwerkstoff-Prozessparameter-Auswahl - Verschleißmodell und Simulation. Zum Erreichen der drei Ziele kooperierten die Technischen Universität Dresden, Institut für Fertigungstechnik, Professur für Fügetechnik und Montage (Forschungseinrichtung 1) und die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik (Forschungseinrichtung 2) miteinander. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden vier unterschiedliche Kupferlegierungen, die für das Widerstandspunktschweißen geeignet sind, untersucht. Zwei Kupferlegierungen werden schmelzmetallurgisch, die anderen beiden pulvermetallurgisch (dispersionsgehärtet) hergestellt. An der Forschungseinrichtung 1 wurden mit allen Kupferlegierungen Zerspanbarkeits- und Standmengenuntersuchungen an vier unterschiedlichen Materialdickenkombinationen durchgeführt. Forschungseinrichtung 2 führte Untersuchungen zur Werkstoffcharakterisierung an den Kupferlegierungen und an den verschlissenen Elektroden der Standmengenuntersuchungen durch. Der gesamte Versuchsumfang des Vorhabens ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Versuchsumfang des Forschungsvorhabens in Zahlen Anzahl geschweißter Punkte ca. 65000 Datensätze für die Parameteranalysen Zerspanversuche: ca. 250 Schweißversuche: ca. 85000 Datensätze der Topographiemessungen Zerspanversuche: ca. 500 Schweißversuche: 2224 präparierte Querschliffe für metallographische Untersuchungen (EDX-Analysen, Härtemessungen, Schichtdickenmessungen,…) 320 Die umfassenden werkstofftechnischen Untersuchungen und die Implementierung der Messergebnisse in Simulationsmodelle führten zu einem vertieften Verständnis über die Vorgänge beim Elektrodenverschleiß. Die Verschleißmechanismen können in mechanische und metallurgische eingeteilt werden. Abhängig vom verwendeten Grundwerkstoff äußerten sich die mechanischen Verschleißerscheinungen in Form von Pilz- oder Plateaubildung. Es zeigte sich weiterhin, dass die pulvermetallurgisch hergestellten Elektroden zu Makrorissen insbesondere bei verzinkten Blechen neigen. Zudem wiesen diese Elektroden geringere Erweichungstiefen als die schmelzmetallurgisch hergestellten auf. Diese Forschungsergebnisse führten zu einer Methodik der anwendungsgerechten Elektrodenwerkstoff-Prozessparameter-Auswahl. Darauf aufbauend und gestützt durch Zusammenfassung 3 umfangreiche Schweißparameteranalysen konnten ineinandergreifende Modelle zur bedarfsgerechten Bestimmung des Zerspanzeitpunktes zum Nachbearbeiten der Elektroden während der Fertigung entwickelt werden. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht.