PL239421B1 - A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool - Google Patents
A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool Download PDFInfo
- Publication number
- PL239421B1 PL239421B1 PL432528A PL43252820A PL239421B1 PL 239421 B1 PL239421 B1 PL 239421B1 PL 432528 A PL432528 A PL 432528A PL 43252820 A PL43252820 A PL 43252820A PL 239421 B1 PL239421 B1 PL 239421B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- friction stir
- upper sleeve
- stir welding
- tool
- bolt
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000003756 stirring Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 2
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 12
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001095 light aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000004801 process automation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub (1) montażowych do blach (2) karoserii samochodowych zawiera w górnej swojej części tuleję dociskową (3), w której umieszczony jest stempel górny (4), w którym zamocowana jest tuleja górna (5). W dolnej swojej części posiada podporę (6) do położenia na niej blach (2). Tuleja górna (5) w swojej górnej części posiada uchwyt do mocowania śruby (1) i jest połączona z silnikiem napędzającym. Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub (1) montażowych do blach (2) karoserii samochodowych prowadzi się tak, że co najmniej dwie blachy (2) umieszcza się na podporze. Śrubę (1) umieszcza się w tulei górnej (5) tak, że mocuje się trzpień tej śruby (1) w uchwycie mocującym tej tulei górnej (5). Podczas ruchu obrotowego tulei górnej (5) dociska się część czołową łba śruby (1) do blach (2) uplastyczniając je. Czołową część śruby (1) zagłębia się w uplastycznionej blasze (2) tworząc wypływkę materiału blachy (2) wokół łba śruby (1). Zatrzymuje się obroty tulei górnej (5), a następnie obniża się stempel górny (4) i zaciska się wypływkę wokół łba śruby (1).A tool for friction stir welding, particularly of mounting screws (1) to sheet metal (2) of a car body, comprises in its upper part a pressure sleeve (3) in which an upper punch (4) is placed, in which an upper sleeve (5) is fastened. In its lower part it has a support (6) for placing sheets (2) thereon. The upper sleeve (5) has in its upper part a holder for fastening the screw (1) and is connected to a driving motor. The method of friction stir welding using a tool for friction stir welding, particularly of mounting screws (1) to sheet metal (2) of a car body, is carried out in such a way that at least two sheets (2) are placed on the support. The screw (1) is placed in the upper sleeve (5) in such a way that the shank of said screw (1) is fastened in the fastening holder of said upper sleeve (5). During the rotation of the upper sleeve (5), the front part of the screw head (1) is pressed against the sheets (2), plasticizing them. The front part of the screw (1) is sunk into the plasticized sheet (2), creating a flash of sheet material (2) around the screw head (1). The rotation of the upper sleeve (5) is stopped, and then the upper punch (4) is lowered and the flash is clamped around the screw head (1).
Description
Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych wykonanych z lekkich stopów metali nieżelaznych oraz sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem tego narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem.The present invention relates to a friction stir welding tool, in particular to mounting bolts for automotive body sheets made of light non-ferrous metal alloys, and to a friction stir welding method using this friction stir welding tool.
Według opublikowanego przez Departament for Buissness, Energy and Industrial Strategy (BEIS), raportu, umieszczonego na stronie https://assets.publishing.service.gov.uk/govemment/uploads/system/uploads/attachmentdata/file/790626/2018-provisional-emissions-statistics-report.pdf, 26% emisji gazów cieplarnianych w Wielkiej Brytanii jest emitowanych przez transport. Podobna tendencja występuje w większości krajów rozwiniętych. Głównym źródłem tych zanieczyszczeń są silniki spalinowe zarówno benzynowe, jak i silniki Diesla.According to a report published by the Department for Buissness, Energy and Industrial Strategy (BEIS) at https://assets.publishing.service.gov.uk/govemment/uploads/system/uploads/attachmentdata/file/790626/2018- provisional-emissions-statistics-report.pdf, 26% of UK greenhouse gas emissions are emitted by transport. A similar tendency occurs in most developed countries. The main source of these pollutants are internal combustion engines, both gasoline and diesel engines.
W publikacji, na stronie www.europarl.europa.eu oraz w publikacji R. S. Mishra, Z. Y. Ma pt.: „Comparative study on the differences between the EU and US legislation on emission in the automotive sector”, Study by EMIS Commitee, Mater. Sci. Eng. R 50 (2005) 1-78, International Council on Clean Transportation wykazano, że ograniczenie emisji dwutlenku węgla do poziomu 95 g/m, w odniesieniu do pojazdów, można osiągnąć poprzez obniżenie ich masy.In the publication, at www.europarl.europa.eu and in the publication by R. S. Mishra, Z. Y. Ma, entitled: "Comparative study on the differences between the EU and US legislation on emission in the automotive sector", Study by EMIS Commitee, Mater. Sci. Eng. R 50 (2005) 1-78, International Council on Clean Transportation, it has been shown that limiting carbon dioxide emissions to 95 g / m for vehicles can be achieved by reducing their weight.
Konieczność redukcji emisji szkodliwych związków przez środki transportu wymusza zmianę konstrukcji pojazdów, a tym samych technologii ich wytwarzania. W publikacji Shen Z., Yang X., Yang S., Zhang Z., Yin Y. pt.: „Microstructure and mechanical properties of fiction spot welded 6061-T4 aluminium alloy”, Mater Des 2014; 766-778 przedstawione zostało zastosowanie lekkich stopów metali nieżelaznych, zwłaszcza stopów aluminium, przede wszystkim na elementy konstrukcyjne lub poszycie samochodów. Stopy aluminium są obecnie materiałem powszechnie stosowanym w przemyśle lotniczym.The necessity to reduce the emission of harmful compounds by means of transport necessitates a change in the construction of vehicles, and thus in the technology of their production. In the publication by Shen Z., Yang X., Yang S., Zhang Z., Yin Y. entitled: "Microstructure and mechanical properties of fiction spot welded 6061-T4 aluminum alloy", Mater Des 2014; 766-778 shows the use of light non-ferrous metal alloys, especially aluminum alloys, primarily for structural elements or car plating. Aluminum alloys are now a widely used material in the aerospace industry.
Metale nieżelazne są trudno spawalne, dlatego możliwości ich łączenia, upatrywane są w metodach tarciowych. Jak przedstawiono w publikacji Haghshenas M., Gerlich A. P. pt.: „Joining of automotive sheet materials by friction-based welding methods: A review”, Engineering Science and Technology, an International Journal 21 (2018), 130-148 tarciowe zgrzewanie jest szczególnie efektywne dla łączenia ze sobą różnych metali. Według informacji zawartych w tej publikacji uwaga przemysłu motoryzacyjnego w zakresie łączenia skupia się na trzech obszarach: łączenie fragmentów przetłoczonych elementów celem uzyskania dużych struktur, łączenie elementów usztywniających oraz punktowe łączenie elementów montażowych.Non-ferrous metals are difficult to weld, therefore the possibility of joining them is sought in the frictional methods. As presented in the publication of Haghshenas M., Gerlich AP: "Joining of automotive sheet materials by friction-based welding methods: A review", Engineering Science and Technology, an International Journal 21 (2018), 130-148 frictional welding is particularly effective for joining different metals together. According to the information contained in this publication, the attention of the automotive industry in the field of joining focuses on three areas: joining fragments of overpressed elements to obtain large structures, joining stiffening elements and point joining of assembly elements.
Zgodnie z informacjami podanymi w publikacji P. L. Threadgill, A. J. Leonard, H. R. Shercliff, P. J. Withers zamieszczonymi w Int. Mater. Rev. 54, 2009, 49-93, tarciowe zgrzewanie jest technologią szczególnie atrakcyjną dla przemysłu motoryzacyjnego, ze względu na takie cechy jak niewielka strefa wpływu ciepła, wysoka wytrzymałość styczna i zmęczeniowa, technologia przyjazna dla środowiska o niskim zapotrzebowaniu na energię, a ponadto jest ona relatywnie tania i łatwa do automatyzacji.As reported in P. L. Threadgill, A. J. Leonard, H. R. Shercliff, P. J. Withers in Int. Mater. Rev. 54, 2009, 49-93, friction welding is a technology particularly attractive for the automotive industry due to such features as a small heat-affected zone, high tangential and fatigue strength, environmentally friendly technology with low energy demand, and it is also relatively cheap and easy to automate.
Wykonawcy projektu LightBlank, przedstawionego na stronie internetowej www.lightblank.com/the-project, który ukierunkowany jest na technologie wytwarzania lekkich konstrukcji dla transportu, zwłaszcza samochodowego, lotniczego i kolejowego, którego celem jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla, również wskazują tarciowe technologie łączenia jako kluczowe sposoby wytwarzania lekkich struktur bazujących na stopach aluminium.The contractors of the LightBlank project, presented on the website www.lightblank.com/the-project, which is focused on lightweight construction technologies for transport, especially car, air and rail, aimed at reducing carbon dioxide emissions, also point to frictional joining technologies as key methods of producing lightweight structures based on aluminum alloys.
W ostatnich dwóch dekadach, technologia zgrzewania tarciowego z przemieszaniem jest rozwijana pod kątem łączenia trudnospawalnych stopów metali, takich jak wysokowytrzymałe stopy aluminium, co zostało przedstawione w publikacjach Buffa G., Fratini L., Piacentini M. pt.: „On the influence of tool path in friction stir spot welding of aluminium alloys”, J Mater Process Technol 2008; 208 (1-3):309-17 oraz Li W. Y., Chu Q., Yang X. W., Shen J., Vairis A., Wang W. B. pt.: „Microstructure and morphology evolution of probeless friction stir spot welded joints of alumunium alloy”, J Mater Process Technol 2018; 252: 69-80.In the last two decades, the friction stir welding technology has been developed for joining difficult-to-weld metal alloys, such as high-strength aluminum alloys, which was presented in the publications of Buffa G., Fratini L., Piacentini M. entitled: "On the influence of tool path in friction stir spot welding of aluminum alloys ”, J Mater Process Technol 2008; 208 (1-3): 309-17 and Li WY, Chu Q., Yang XW, Shen J., Vairis A., Wang WB entitled: "Microstructure and morphology evolution of probeless friction stir spot welded joints of alumunium alloy" , J Mater Process Technol 2018; 252: 69-80.
W znanych sposobach zgrzewania tarciowego z przemieszaniem - Friction Stir Welding (FSW) oraz zgrzewania tarciowego z przemieszaniem i wypełnieniem krateru - Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) wykorzystywane są narzędzia, które w swojej budowie zawierają trzpień stały, jak w sposobie zgrzewania tarciowego z przemieszczeniem albo trzpień wysuwany, jak w sposobie zgrzewania tarciowego z przemieszczeniem i wypełnieniem krateru. Trzpienie te penetrują co najmniej jedną z łączonych części w celu wytworzenia odpowiedniej ilości ciepła uplastyczniającego łączone materiały oraz zapewniającego mechaniczne wymieszanie łączonych materiałów. W znanych sposobach łączenia tarciowego proces nagrzewania i penetracji narzędziem odbywa się tylko z jednej strony złącza.The known methods of friction stir welding - Friction Stir Welding (FSW) and Friction Stir Spot Welding - Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) use tools that contain a fixed pin in their construction, as in the method of frictional displacement welding or a retractable mandrel, as in the displacement and crater friction welding method. These mandrels penetrate at least one of the parts to be joined in order to generate an appropriate amount of heat plasticizing the materials to be joined and ensuring mechanical mixing of the materials to be joined. In the known methods of frictional joining, the heating and tool penetration process takes place only on one side of the joint.
PL 239 421 B1PL 239 421 B1
Z opisu zgłoszeniowego EP 0653265 A2 znane jest narzędzie do zgrzewania tarciowego, które składa się z kołnierza oporowego i trzpienia penetrującego mechanicznie łączone materiały, natomiast proces zgrzewania zachodzi w trzech etapach: zagłębienie, mieszanie i wycofanie narzędzia. Proces rozpoczyna się od propagacji wirującego narzędzia w głąb łączonych materiałów. W drugim etapie następuje mieszanie materiałów - narzędzie, z określoną siłą docisku, wykonuje ruch obrotowy, który powoduje mechaniczne mieszanie łączonych materiałów. W końcu, po osiągnięciu pożądanego zagłębienia, proces zgrzewania zostaje zatrzymany i narzędzie jest wycofywane do pozycji początkowej. Obecnie stosowane są różne kształty trzpienia penetrującego oraz stosowane są kołnierze oporowe o różnych profilach, zwłaszcza wklęsłe, wypukłe i płaskie.From EP 0653265 A2, a friction welding tool is known, which consists of a stop collar and a mandrel penetrating mechanically joined materials, while the welding process takes place in three stages: sinking, mixing and withdrawing the tool. The process begins with the propagation of the rotating tool deep into the materials to be joined. In the second stage, the materials are mixed - the tool performs a rotational movement with a specific pressure force, which causes mechanical mixing of the joined materials. Finally, once the desired depression has been reached, the welding process is stopped and the tool is retracted to its starting position. Currently, various shapes of the penetrating pin are used, and support collars with various profiles are used, especially concave, convex and flat.
Z opisu patentowego US 6722556 B2 znane jest narzędzie do zgrzewania tarciowego punktowego z przemieszczeniem i wypełnieniem krateru, które składa się z trzech elementów: dociskacza oraz umieszczonych na nim trzpienia i tulei. Proces łączenia odbywa się w czterech etapach. W pierwszym etapie łączone blachy są pozycjonowane na płaskim stole i są dociskane za pomocą dociskacza. W następnym etapie tuleja oraz trzpień wykonują ruch obrotowy, aby wstępnie, w wyniku oddziaływania sił tarcia zwiększyć temperaturę łączonych materiałów. Po zakończeniu tego etapu obracający się trzpień przemieszcza się w głąb łączonych materiałów, w tym samym czasie obracająca się tuleja wykonuje ruch przeciwny. Po osiągnięciu przez trzpień żądanej głębokości zostaje zmieniony kierunek ruchu posuwowego trzpienia i tulei.From the patent description US 6722556 B2 a tool for a displacement and crater filling friction spot welding tool is known, which consists of three elements: a clamp, a pin and a sleeve arranged thereon. The joining process takes place in four stages. In the first stage, the sheets to be joined are positioned on a flat table and pressed with a presser. In the next step, the sleeve and the pin perform a rotary movement to initially increase the temperature of the joined materials as a result of the frictional forces. After this stage is completed, the rotating mandrel moves deeper into the materials to be joined, and at the same time the rotating sleeve performs the opposite movement. After the mandrel has reached the desired depth, the direction of the travel of the mandrel and the sleeve is changed.
Konieczność połączenia różnych materiałów wynika stąd, że stopy aluminium nie spełniają wymagań wytrzymałościowych w czasie długotrwałej eksploatacji w punktach montażowych, w których z reguły dochodzi do znaczącej koncentracji naprężeń. Stąd, mimo konieczności stosowania karoserii z lekkich stopów aluminiowych, same elementy montażowe w wysoko-obciążonych węzłach konstrukcji powinny być wykonane z bardziej wytrzymałej stali.The necessity to combine various materials is due to the fact that aluminum alloys do not meet the strength requirements during long-term operation at assembly points where, as a rule, significant stress concentrations occur. Hence, despite the necessity to use a body made of light aluminum alloys, the mounting elements themselves in the highly loaded structure nodes should be made of more durable steel.
Celem wynalazku było opracowanie nowego narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub do karoserii samochodowych oraz nowego sposobu prowadzenia zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem tego narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, który umożliwi wykonanie trwałego, nierozłącznego połączenia elementów ze stopu aluminium z elementami stalowymi.The aim of the invention was to develop a new friction stir welding tool, especially screws for car bodies, and a new method of friction stir welding with this friction stir welding tool, which will make it possible to make a permanent, non-detachable connection of aluminum alloy components with steel components.
Narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych zawierające w górnej swojej części tuleję dociskową z zamocowaną obrotową tuleją górną połączoną z silnikiem napędzającym i posiadającą w górnej swojej części uchwyt do mocowania śruby, zaś w dolnej części posiadające podporę do położenia na niej blach, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w tulei dociskowej umieszczony jest stempel górny, w którym zamocowana jest tuleja górna, zaś silnik napędzający tulei górnej jest sprzężony z hamulcem elektroma gnetycznym, a ponadto na powierzchni bocznej stempla górnego lub tulei górnej są ukształtowane rowki.A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for automotive body sheets, including in its upper part a pressure bush with an upper rotatable bushing attached to the driving motor and having in its upper part a bolt fixing holder, and in its lower part having a support for positioning on It is characterized by the fact that an upper punch is placed in the pressure sleeve, in which the upper sleeve is mounted, and the driving motor of the upper sleeve is coupled with an electromagnetic brake, and moreover, grooves are formed on the side surface of the upper punch or upper sleeve .
Korzystnie rowek, w przekroju wzdłużnym ma kształt prostokąta.Preferably, the groove is rectangular in longitudinal section.
Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych, w którym co najmniej dwa arkusze blach są pozycjonowane, a tuleją górną wykonywany jest ruch obrotowy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej dwie blachy umieszcza się na podporze, a śrubę umieszcza się w tulei górnej tak, że mocuje się trzpień tej śruby w uchwycie mocującym tej tulei górnej i podczas ruchu obrotowego tulei górnej dociska się część czołową łba śruby do blach uplastyczniając je, następnie czołową część śruby zagłębia się w uplastycznionej blasze tworząc wypływkę materiału blachy wokół łba śruby, po czym zatrzymuje się obroty tulei górnej, a następnie obniża się stempel górny i zaciska się wypływkę wokół łba śruby.The method of friction stir welding with the use of a friction stir welding tool, in particular mounting bolts for automotive body sheets, in which at least two sheet metal sheets are positioned and the upper sleeve is rotated, according to the invention it is characterized in that at least two the sheets are placed on the support, and the bolt is placed in the upper sleeve, so that the bolt's pin is fastened in the mounting holder of this upper sleeve, and during the rotation of the upper sleeve, the front part of the bolt's head is pressed against the sheets, plasticizing them, then the front part of the bolt is plunged into in a plasticized sheet, forming a flash of the sheet material around the screw head, then the rotation of the upper sleeve is stopped, and then the upper punch is lowered and the flash is clamped around the screw head.
Korzystnie obroty tulei górnej zatrzymuje się hamulcem elektromagnetycznym sprzężonym z silnikiem napędzającym tej tulei górnej, a ponadto stosuje się śrubę z otworem prostym albo z otworem kształtowym we łbie.Preferably, the rotation of the upper sleeve is stopped by an electromagnetic brake coupled to the driving motor of this upper sleeve, and a bolt with a straight hole or a shaped hole in the head is used.
Nowe narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszczaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych oraz nowy sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem tego narzędzia pozwala na uzyskanie trwałego, nierozłącznego połączenia pakietu co najmniej dwóch blach stanowiących poszycie karoserii oraz jego wzmocnień wykonanych ze stopu aluminium z gwintowanym trzpieniem stalowym. W tym nowym sposobie łączenia stalowy element zgrzewany pełni jednocześnie rolę narzędzia wywołującego tarcie celem uplastycznienia blachy. Zaletą nowego narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem oraz nowego sposobu jest uzyskanie trwałego, nierozłącznego połączenia relatywnie niskim kosztem, uzyskanie połączenia metalicznegoThe new tool for friction welding with displacement, especially mounting bolts for car body sheets, and a new method of friction welding with stirring with the use of this tool allows to obtain a permanent, inseparable connection of a package of at least two sheets constituting the body shell and its reinforcements made of aluminum alloy with threaded steel pin. In this new method of joining, the steel welded element also acts as a tool causing friction to plasticize the sheet. The advantage of the new friction stir welding tool and the new method is obtaining a durable, non-detachable joint at a relatively low cost, obtaining a metallic joint
PL 239 421 B1 stal-stop aluminium wytrzymałego na przewidywane warunki eksploatacyjne, zwłaszcza na drgania, wilgotność, środowisko słone/kwaśne, możliwość automatyzacji procesu oraz wykonywanie zgrzein w krótkich odstępach czasowych.A steel-aluminum alloy resistant to the expected operating conditions, especially vibrations, humidity, salty / acidic environment, the possibility of process automation and the performance of welds at short intervals.
Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - to samo narzędzie podczas prowadzenia zagłębiania śruby w uplastycznionej blasze w przekroju wzdłużnym, fig. 3 - to samo narzędzie podczas prowadzenia zaciskania łba śruby w przekroju wzdłużnym, fig. 4 - wykres, na którym została przedstawiona zależność pozycji narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych od czasu prowadzenia zgrzewania tarciowego z przemieszaniem oraz zależności prędkości obrotowej tulei górnej w czasie podczas prowadzenia zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem tego narzędzia, fig. 5 - śrubę połączoną z blachami w przekroju wzdłużnym, fig. 6 - śrubę z otworem prostym we łbie w przekroju wzdłużnym, fig. 7 - śrubę z otworem kształtowym we łbie w przekroju wzdłużnym, fig. 8 narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub montażowych do blach karoserii samochodowych z rowkami na powierzchni bocznej: stempla górnego i tulei górnej w przekroju wzdłużnym, natomiast fig. 9 - fragment karoserii samochodowej z przyłączoną śrubą montażową w przekroju wzdłużnym.The subject of the invention is presented in the examples of the drawing, in which Fig. 1 shows a tool for friction stir welding, especially mounting bolts for car body sheets in longitudinal section, Fig. 2 - the same tool while driving the screw in a plasticized sheet in cross section 3 - the same tool while clamping the bolt head in longitudinal section, Fig. 4 - a diagram showing the relationship between the position of the friction stir welding tool, especially mounting bolts for car body sheets, and the time of friction welding with mixing and the time dependence of the rotational speed of the upper sleeve during friction stir welding with the use of this tool, Fig. 5 - a bolt connected to the sheets in a longitudinal section, Fig. 6 - a bolt with a straight hole in the head in a longitudinal section, Fig. 7 - bolt with shaped hole in l 8 is a longitudinal sectional view, Fig. 8 is a friction stir welding tool, especially mounting bolts for car body sheets with grooves on the side surface of: upper punch and upper sleeve in longitudinal section, while Fig. 9 - a fragment of a car body with an attached mounting screw in longitudinal section.
Narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszczaniem, zwłaszcza śrub 1 montażowych do blach 2 karoserii samochodowych, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania, zawiera w górnej swojej części tuleję dociskową 3, wewnątrz której umieszczony jest stempel górny 4, w którym umieszczona jest obrotowa tuleja górna 5. Tuleja górna 5 posiada uchwyt mocujący dla śruby 1 oraz połączona jest z silnikiem napędzającym. Może ona wykonywać zarówno ruch obrotowy, jak również ruch posuwisty wzdłuż swojej osi. W dolnej części tego narzędzia jest umieszczona podpora 6, na której umieszczane są blachy 2 i która pełni rolę elementu oporowego. Na powierzchni stempla górnego 4 i tulei górnej 5 są ukształtowane rowki 7, zaś silnik napędzający tulei górnej 5 jest sprzężony z hamulcem elektromagnetycznym.The tool for friction welding with displacement, especially of mounting bolts 1 for metal sheets 2 of car bodies, according to the invention, in a first embodiment, comprises in its upper part a pressure sleeve 3, inside which an upper punch 4 is placed, in which a rotatable upper sleeve 5 is placed. The upper sleeve 5 has a fixture for the screw 1 and is connected to the driving motor. It can perform both a rotary motion and a sliding motion along its axis. In the lower part of this tool there is a support 6 on which the sheets 2 are placed and which acts as a stop element. On the surface of the upper punch 4 and the upper sleeve 5, grooves 7 are formed, and the driving motor of the upper sleeve 5 is coupled to an electromagnetic brake.
Narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub 1 montażowych do blach 2 karoserii samochodowych, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie pierwszym z tym, że rowki 7 mają w przekroju wzdłużnym kształt prostokąta.A tool for friction stir welding, in particular of mounting bolts 1 for sheet metal 2 of car bodies, according to the invention, in a second embodiment, such as in the first example, except that the grooves 7 have a rectangular shape in the longitudinal section.
Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub 1 do blach 2 karoserii samochodowej, według wynalazku w pierwszym przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że śrubę 1 umieszcza się w tulei górnej 5 tak, że mocuje się trzpień tej śruby 1 w nieobrotowym uchwycie mocującym na śrubę 1, który generuje siłę nacisku wzdłuż osi tej śruby 1. Na podporze 6 umieszcza się pakiet blach 2 złożony z dwóch blach 2. Tuleję górną 5 wprawia się w ruch obrotowy na skutek dociskania odpowiednią wartością sił osiowych dociskających te elementy do pakietu blach 2. Dzięki sile tarcia tulei górnej 5 wywołuje się ciepło i poprzez tarcie części czołowej łba śruby 1 o powierzchnie blach 2 uplastycznia się lokalnie te blac hy 2. Poprzez zwiększenie siły dociskającej tuleję górną 5, dochodzi do zagłębienia czołowej części śruby 1 w uplastycznionej blasze 2 i tworzy się, wokół łba tej śruby 1, wypływka 8 z materiału blachy 2. Kiedy śruba 1 zostanie maksymalnie zagłębiona, poprzez siły tarcia, zatrzymuje się obroty tulei górnej 5. Następnie obniżając stempel górny 4 prowadzi się nacisk na wypływkę 8 i zaciska się ją wokół obwodu łba śruby 1. Uzyskuje się trwałe, nierozłączne połączenie pomiędzy pakietem blach 2 a gwintowaną śrubą 1. Połączenie to ma charakter metaliczny typowy dla procesów zgrzewania tarciowego z przemieszaniem dzięki zastosowaniu odpowiednich parametrów ściśle związanych z rodzajem materiałów zgrzewanych oraz grubością pakietu zgrzewanych blach 2.The method of friction stir welding with the use of a friction stir welding tool, in particular screws 1 for sheet metal 2 of a car body, according to the invention in a first embodiment, is carried out such that the screw 1 is inserted into the upper sleeve 5 so that the pin of the latter is fixed. bolts 1 in the non-rotating bolt 1 holder, which generates a pressure force along the axis of this bolt 1. A sheet package 2 composed of two sheets is placed on the support 6. These elements for the sheet metal package 2. Due to the frictional force of the upper sleeve 5, heat is generated and the front part of the bolt 1's head against the surface of the metal sheets 2 is locally plasticized by the increase of the pressing force of the upper sleeve 5. 1 in a plasticized sheet 2 and a flash 8 is formed around the head of this bolt 1 from the sheet material 2. When The uba 1 is fully immersed, due to the frictional forces, the rotation of the upper sleeve 5 is stopped. Then, by lowering the upper punch 4, pressure is applied to the flash 8 and it is clamped around the circumference of the screw head 1. A permanent, inseparable connection is obtained between the sheet metal package 2 and the threaded one The bolt 1. This connection is metallic, typical for friction stir welding processes, thanks to the use of appropriate parameters closely related to the type of welded materials and the thickness of the welded sheet package 2.
Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub 1 do blach 2 karoserii samochodowej, według wynalazku, w drugim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym z tym, że stempel górny 4 i tuleję górną 5 chłodzi się poprzez ukształtowane rowki 7, które zwiększają powierzchnię oddawania ciepła, a ponadto stosuje się śrubę 1 z otworem prostym 9 we łbie, przez co po wciśnięciu uplastycznionego materiału blachy 2 do jego wnętrza, dochodzi do mechaniczno-kształtowego dodatkowego jego połączenia.The method of friction stir welding using a friction stir welding tool, in particular screws 1 for sheet metal 2 of a car body, according to the invention, in a second embodiment, such as in the first example, with the upper punch 4 and upper sleeve 5 being cooled by shaped grooves 7, which increase the heat dissipation surface, and in addition, a screw 1 with a straight hole 9 in the head is used, so that after pressing the plasticized sheet material 2 inside it, an additional mechanical and shape connection is made.
Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub 1 do blach 2 karoserii samochodowej, według wynalazku, w trzecim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym z tym, że stosuje się śrubę 1 z otworemThe method of friction stir welding with the use of a friction stir welding tool, in particular screws 1 for sheet metal 2 of a car body, according to the invention, in a third embodiment, such as in the first example, except that the screw 1 with a hole is used
PL 239 421 B1 kształtowym 10 we łbie, przez co po wciśnięciu uplastycznionego materiału blachy 2 do jego wnętrza, dochodzi do mechaniczno-kształtowego dodatkowego jego połączenia.The shape 10 in the head, so that after the plasticized sheet material 2 is pressed into its interior, an additional mechanical and shape connection is made.
Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub 1 do blach 2 karoserii samochodowej, według wynalazku, w czwartym przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym z tym, że stempel górny 4 i tuleję górną 5 chłodzi się przez nadmuch powietrza na ich powierzchnię.The method of friction stir welding using a friction stir welding tool, in particular screws 1 for sheet metal 2 of a car body, according to the invention, in a fourth embodiment, such as in the first example, except that the upper punch 4 and the upper bush 5 are cooled by blowing air on their surface.
Sposób zgrzewania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, zwłaszcza śrub 1 do blach 2 karoserii samochodowej, według wynalazku, w piątym przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym z tym, że w celu prowadzenia wysokowydajnej, zautomatyzowanej produkcji stempel górny 4 i tuleję górną 5 chłodzi się przez przepływ cieczy chłodzącej przez ich powierzchnię.The method of friction stir welding with the use of a friction stir welding tool, in particular screws 1 for sheet metal 2 of a car body, according to the invention, in a fifth embodiment, such as in the first example, except that in order to conduct high-performance, automated production, the upper punch 4 and the upper sleeve 5 is cooled by the flow of a cooling fluid over their surface.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL432528A PL239421B1 (en) | 2020-01-09 | 2020-01-09 | A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL432528A PL239421B1 (en) | 2020-01-09 | 2020-01-09 | A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL432528A1 PL432528A1 (en) | 2021-07-12 |
| PL239421B1 true PL239421B1 (en) | 2021-11-29 |
Family
ID=76807209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL432528A PL239421B1 (en) | 2020-01-09 | 2020-01-09 | A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL239421B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007301576A (en) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Stud joining method for parts |
| US20080093420A1 (en) * | 2004-07-16 | 2008-04-24 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Process for the Friction-Welding of Components |
| US20110073258A1 (en) * | 2009-08-24 | 2011-03-31 | Ejot Holding Gmbh & Co. Kg | Apparatus for connecting at least two plates |
-
2020
- 2020-01-09 PL PL432528A patent/PL239421B1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080093420A1 (en) * | 2004-07-16 | 2008-04-24 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Process for the Friction-Welding of Components |
| JP2007301576A (en) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Stud joining method for parts |
| US20110073258A1 (en) * | 2009-08-24 | 2011-03-31 | Ejot Holding Gmbh & Co. Kg | Apparatus for connecting at least two plates |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL432528A1 (en) | 2021-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Haghshenas et al. | Joining of automotive sheet materials by friction-based welding methods: A review | |
| Sierra et al. | Galvanised steel to aluminium joining by laser and GTAW processes | |
| KR20130056302A (en) | System for using high rotary speed for minimizing the load during friction stir welding | |
| Martin et al. | Novel techniques for corner joints using friction stir welding | |
| Indira Rani et al. | A study of process parameters of friction stir welded AA 6061 aluminum alloy in O and T6 conditions | |
| Zhang et al. | Friction stir keyholeless spot welding of AZ31 Mg alloy-mild steel | |
| CN104842062A (en) | Friction stir welding method for butt joint of dissimilar metal materials | |
| US20210146471A1 (en) | Joining workpieces via additive friction stir deposition | |
| CN105127583B (en) | A kind of aluminium alloy thick plate friction stir welding method | |
| KR20160071483A (en) | Method For Welding iron and steel By Hybrid Friction Stir Welding | |
| Sathari et al. | Mechanical strength of dissimilar AA7075 and AA6061 aluminum alloys using friction stir welding | |
| Zettler et al. | The effect of process parameters and tool geometry on thermal field development and weld formation in friction stir welding of the alloys AZ31 and AZ61 | |
| US20050116012A1 (en) | Method for metal and alloy joining using bulk friction stir welding | |
| JP2008529805A (en) | Tool geometry for friction stir spot welding of high melting temperature alloys | |
| Palani et al. | Multi response Optimization of Friction stir welding process parameters in dissimilar alloys using Grey relational analysis | |
| PL239421B1 (en) | A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool | |
| PL241350B1 (en) | A tool for friction stir welding, in particular mounting bolts for car body sheets, and a friction stir welding method using this friction stir welding tool | |
| PL239306B1 (en) | Tool for friction stir welding, in particular erection bolts for car body sheets, and friction stir welding method using this friction stir welding tool | |
| PL239305B1 (en) | Friction stir welding method | |
| JP2002283070A (en) | Friction stir welding method for dissimilar metal materials | |
| JP6526052B2 (en) | Friction bit joining of materials using friction rivets | |
| US11602904B2 (en) | Method for joining a metal component and a polymer component, and structure comprising said components | |
| Najar et al. | Friction Stir Welding: An Overview | |
| Singh et al. | Friction stir welding of magnesium alloys: A review | |
| Kügler et al. | Inductive preheating in laser beam welding of multimaterial joints of 22MnB5 and AA6016 |