FSW-Werkzeuge: FAQs

Der Wahl des richtigen Werkstoffs zur Herstellung von Rührreibschweiß-Werkzeugen ist große Aufmerksamkeit zu schenken. Dabei werden Pin und Schulter in vielen Fällen aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt, da sie unterschiedliche Funktionen haben. Die Pins werden normalerweise aus einem der folgenden Werkstoffe hergestellt:

• S = Stahl (1.234/MP159) 
• H = HSS-E 
• V = VHM 
• B = Kubisches Bornitrid
• D = Polykristalliner Diamant

Der Hauptvorteil von Hartmetall-Pins liegt in deren hoher Lebensdauer. Hartmetallwerkzeuge bei gleichen Abmessungen deutlich weniger abrasiven Verschleiß und eine längere Lebensdauer als gehärteter Werkzeugstahl.

Einer der wichtigsten Vorteile von Hartmetallstiften ist deren vorteilhaftes Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis. Ein langer schlankerer Stift benötigt nur einen kleineren Schulterdurchmesser. Dadurch werden folgende Ziele erreicht:

• Hohe Schweißgeschwindigkeiten, z.B. bei CNC-gesteuerten FSW-Maschinen
• Geringe Prozesskräfte, z.B. beim Roboterschweißen
• Weniger Platzbedarf und daher bessere Zugänglichkeit durch kleinere Schulter

Für Labor-Untersuchungen und Vorversuche wurden weltweit schon viele FSW-Werkzeuge auf bestehenden von Hand bedienten Dreh- und Fräsmaschinen hergestellt. Ein erfahrener Werkzeugbauer benötigt etwa einen halben bis ganzen Tag, um ein einfaches Werkzeug nach einer bestehenden Zeichnung herzustellen.

Für die industrielle Serienfertigung werden die Werkzeuge normalerweise nicht im eigenen Hause hergestellt, sondern von einem auf die Werkzeugherstellung spezialisierten Werkzeuglieferanten bezogen, da die Ansprüche an die Werkzeuge steigen und die Werkzeug-Geometrien immer komplexer werden.

AluStir kann Sie bei der Auswahl von in Katalogen aufgeführten Standard-FSW-Werkzeugen beraten oder ein kundenspezifisches Komplettpaket für Ihren Bedarf maßschneidern. In vielen Fällen liefern wir Sonderwerkzeuge mit standardisierten Pins und auf Ihren Werkzeughalter angepassten Schultern. 

Wir helfen Ihnen bei der Spezifikation und Bestellung Ihrer Werkzeuge, wenn Sie uns Ihren Anwendungsfall mithilfe einer Skizze, eine Zeichnung, eine CAD-Datei oder ein Foto sowie der Werkstoffspezifikation beschreiben.

Die Geometrie hängt vor allem von der gewünschten Einschweißtiefe und dem Material ab. In Abhängigkeit von der Spindellagerung und von der Nachgiebigkeit des FSW-Roboters oder der CNC-Maschine werden unterschiedliche Konzepte eingesetzt, die umgangssprachlich  „CNC-Pins“ und „Robo-Pins“ genannt werden, je nachdem ob mit rotierender oder stehender Schulter gearbeitet wird. AluStir berät Sie gerne bei der Werkzeugspezifikation.

Für die Beschaffung von Sonderwerkzeugen ist eine gewisse Mindeststückzahl erforderlich, damit die Konstruktions- und Rüstkosten in einem Gleichgewicht mit den Herstellungskosten stehen. In den meisten Fällen ist es daher vorteilhaft, möglichst viele Standardkomponenten aus dem Katalog auszuwählen und diese auf den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. Aufgrund unserer Erfahrung mit dem Rührreibschweißen und der Werkzeugherstellung können wir Ihnen zu attraktiven Konditionen standardisierte Einzelteile oder kundenspezifische Komplettlösungen liefern. 

Geschliffene Pins aus Hartmetall haben eine deutliche glattere Oberfläche als gefräste oder gedrehte Werkzeugstähle. Insbesondere die Luft- und Raumfahrt bevorzugt geschliffene Hartmetallpins, weil der Werkzeugstahlabrieb von gedrehten FSW-Werkzeugen, vor allem bei neuen, d.h. noch nicht eingelaufenen FSW-Werkzeugen oft das Schweißgut kontaminiert. Ins Aluminium eingebettete Werkzeugstahlpartikel können in feuchter Umgebung lokale Korrosion (Lochfraß) auslösen und sind daher vor allem in der Nähe der Wurzel oder Schweißnahtoberfläche unerwünscht. 

Die Qualität einer Rührreibschweiß-Naht hängt vor allem von drei Faktoren ab, von denen das FSW-Werkzeug eine oft unterschätzte wesentliche Rolle trägt: 

(1) Rührreibschweiß-Werkzeug

(2) Rührreibschweiß-Maschine mit Spannvorrichtung

(3) Rührreibschweiß-Personal

Die wichtigsten Faktoren bei den FSW-Werkzeugen sind:

(1) Werkzeuggeometrie

(2) Werkzeugmaterial

(3) Werkzeugoberflächenbeschaffenheit

Die durch die Werkzeuge verursachten Kosten hängen vor allem von folgenden Kostenfaktoren ab:

(1) Werkzeugbeschaffungskosten

(2) Werkzeugstandzeit

(3) Werkzeugverfügbarkeit