Verschleiß- und Anlegierungsverhalten mechanischer Fügewerkzeuge beim Durchsetzfügen von Aluminiumwerkstoffen

Die Forderung nach Leichtbau in allen Bereichen Fertigungstechnik begründet durch die Notwendigkeit zu Ressourcenschonung und Energieeinsparung hat die Anwendung des Werkstoffes Aluminium stark gefördert. Der Widerstandspunktschweiß ist bei der Verarbeitung von Aluminiumwerkstoffen nur mit hohem fertigungstechnischem Aufwand bei eingeschränkter Verbindungsqualität und Prozeßsicherheit realisierbar. Die Verfahren des umformtechnischen Fügens stellen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Anwenderfreundlichkeit eine praktikable Alternative bzw. Ergänzung dar.

Allerdings bereitet das Umformen von Aluminium mit herkömmlichen Werkzeugen aufgrund eines im Vergleich zur Stahlumformung sehr begrenzten Erfahrungsschatzes noch erhebliche Schwierigkeiten. Kaltpreßschweißungen als Folge von Adhäsionsvorgängen führen zur Erhöhung der Reibkraftanteile, Senkung der Oberflächenqualität und in vielen Fällen zu verstärktem Werkzeugverschleiß.

Beim Durchsetzfügen finden Massivumformvorgänge mit hoher Werkzeugbelastung statt. Der Effekt des Kaltpreßschweißens ist hierbei besonders ausgeprägt und führt zu einer starken Erhöhung der Stempelrückzugskräfte und zur partiellen Schädigung des Fügeelementes. Es kann zu vorzeitigem Ausfall der Werkzeuge infolge erhöhter Belastung kommen.

Die vorliegende Forschungsarbeit beschäftigte sich deshalb mit der Untersuchung der beim Fügen (Umformen) von Aluminiumwerkstoffen auftretenden Reibungsprobleme. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist eine Analyse von Ursachen bzw. Wirkmechanismen, die zum Verschleiß des Werkzeuges und zum Versagen des Verfahrens führen. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, Kaltpreßschweißeffekte als Ursache zu beseitigen bzw. zu verringern.