Abschlussarbeit: Simulation des Rührreibschweißprozesses

Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft. Das Fraunhofer IPK in Berlin als eines der Institute der Fraunhofer-Gesellschaft betreibt angewandte Forschung und Entwicklung für die gesamte Bandbreite industrieller Aufgaben – von der Produktentwicklung über den Produktionsprozess bis hin zum umfassenden Management von Unternehmen.

In der Abteilung Fertigungstechnologien arbeiten wir an der Entwicklung, Bereitstellung und Anpassung von Produktions- und Fertigungstechnologien zur Herstellung innovativer Produkte. Wir entwickeln im Kundenauftrag neue Maschinen und Bearbeitungsstrategien, optimieren bestehende Produktionsanlagen und realisieren zukunftsorientierte Werkzeugkonzepte. Unsere Kernkompetenzen sind der Zerspantechnik, Feinbearbeitung, Reinigungs- und Strahlverfahren, additiven Fertigung als auch der Fertigungs- und Maschinenmesstechnik zuzuordnen.

Thema der Abschlussarbeit: Simulation des Rührreibschweiß-Prozesses

Das Rührreibschweißen (englisch Friction Stir Welding, oder kurz FSW) ist das optimale Schweißverfahren für Nichteisenmetalle mit niedriger Schmelztemperatur sowie für metallische Mischverbindungen. Es ist ein Pressschweißverfahren, bei dem ein sich drehendes Werkzeug die Bauteile durch Reibwärme und Druck miteinander verbindet. Das FSW findet weite industrielle Anwendungen in unterschiedlichen Branchen und erzeugt dichte, qualitativ hochwertige und belastbare Schweißnähte.
Das FSW ist ein äußerst komplexer Prozess, der mehrere stark gekoppelte und nichtlineare physikalische Phänomene (u.a. große plastische Verformungen, Materialfluss, Oberflächenwechselwirkungen zw. Werkzeug u. Werkstück, Wärmeentwicklung infolge von Reibung und plastischer Verformung.) umfasst. Diese Bedingungen in der Fügezone führen zu enormen Beanspruchungen der FSW-Werkzeuge.
Die moderne Werkzeugauslegung wird heutzutage immer mehr von Simulationen unterstützt. Für die Entwicklung neuer FSW-Werkzeuge und Prozessparameter für qualitativ hochwertige Schweißverbindung ist die Vorhersage der Vorgänge in der Fügezone und die daraus resultierenden Beanspruchungen von essenzieller Bedeutung. Mit der FSW-Prozesssimulation wird sich erhofft, das Verhalten bestimmter Prozessparameter für unterschiedliche Einstellungen abschätzen zu können, um so die Anzahl kostenintensiver Experimente zu reduzieren.

Ziel der Arbeit ist es, eine bestehende FWS-Prozesssimulation auf Basis der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH; deutsch: geglättete Teilchen-Hydrodynamik) Methode weiterzuentwickeln. Unter Nutzung neuester Forschungsergebnisse soll der Schwerpunkt auf den Einsatz der Simulation zur Parameter- und Werkzeugoptimierung gelegt werden.

Die Arbeiten umfassen u.a. folgende Aufgaben:

•    Einarbeitung in die existierende Simulation
•    Lösen weiterer Fragestellungen hinsichtlich der Simulationseinstellungen
•    Validieren der Simulationsergebnisse für verschiedene Parameter

•    Studium der Fachrichtung Maschinenbau, Physikalischer Ingenieurswissenschaft, Informatik im Maschinenbau oder vergleichbar
•    Simulationskenntnisse im Bereich SPH/FEM-Simulation wünschenswert
•    Gutes produktionstechnisches und programmiertechnisches Fachwissen
•    Proaktive und lösungsorientierte Arbeitsweise
•    Erfahrungen im wissenschaftlichen Schreiben sowie gute Deutschkenntnisse

Die Abschlussarbeit beinhaltet neben der fundierten Auseinandersetzung mit den unterschiedlichsten Simulationsmethoden praktische Arbeit mit der Fertigungsmaschine sowie der Umgang mit innovativer Messtechnik. 
Neben einem Einblick in die wissenschaftliche Arbeit des Institutes werden eine intensive Betreuung sowie ein Arbeitsplatz geboten. Zu großen Teilen kann die Bearbeitung aber auch gerne von zu Hause erfolgen. Die zeitliche Einteilung der Arbeit ist flexibel. Der Start der Abschlussarbeit kann sofort erfolgen. Eine Vergütung für die Abschlussarbeit ist nicht vorgesehen. 
 

Bei Fragen wenden Sie sich gerne an:

Herrn 

Jaroslaw Kochan

E-Mail: jaroslaw.kochan@ipk.fraunhofer.de