BR102012029849A2 - Ferramenta de soldagem por fricção com autoaperto - Google Patents

Abstract

FERRAMENTA DE SOLDAGEM POR FRICÇÃO COM AUTOAPERTO. A presente invenção refere-se a uma ferramenta de soldagem por fricção com autoaperto (1) tendo um pino (3), que tem uma extremidade de acoplamento (9) e uma extremidade de encaixe (11) assentada oposta à extremidade de acoplamento (9) e que é provida para a execução de um movimento rotativo sobre o seu eixo geométrico longitudinal (7) e, ao mesmo tempo, encaixando-se à superfície de uma disposição de peça de trabalho, e tendo um dispositivo de aperto (5), que envolve o pino (3), pode se movimentar ao longo do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3) e é provido de modo a exercer uma pressão sobre a superfície da disposição de peça de trabalho, e é ilustrada e descrita. O objeto de se prover uma ferramenta de soldagem por fricção (1) que tem um dispositivo de aperto (5) e pode ser intercambiiada de maneira simples e fácil entre uma multiplicidade de ferramentas de máquina é alcançado, uma vez que o dispositivo de aperto (5) tem um contra mancal (21), que é fixado sobre o pino (3) de uma maneira que permite que o mesmo gire livremente em torno do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3) e impede que o mesmo se movimente na direção do eixo geométrico longitudinal (7), uma vez que o dispositivo de aperto (5) tem um elemento de retenção (27), que envolve o pino (3), é disposto sobre o lado do contra mancal (21) que faceia a extremidade de encaixe (11) e tem uma superfície de mancal (33), que é provida com o propósito de se apoiar sobre a disposição de peça de trabalho, uma vez que um elemento de mola (37) é provido entre o elemento de retenção (27) e o contra mancal (21), e uma vez que, sobre a sua extremidade de acoplamento (9), o pino (3) tem uma seção de acoplamento (13) para um acoplamento liberável, fixo de modo a poder girar com um dispositivo de saída rotativo de uma ferramenta de máquina.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERRAMENTA DE SOLDAGEM POR FRICÇÃO COM AUTOAPERTO". A presente invenção refere-se a uma ferramenta de soldagem por fricção com autoaperto tendo um pino, que tem uma extremidade de a-coplamento e uma extremidade de encaixe assentada oposta à extremidade de acoplamento e que é provida para a execução de um movimento rotativo sobre o seu eixo geométrico longitudinal, o dito eixo geométrico longitudinal estendendo-se entre a extremidade de acoplamento e a extremidade de encaixe, e, ao mesmo tempo, encaixando-se por meio de sua extremidade de encaixe à superfície de uma disposição de peça de trabalho, e tendo um dispositivo de aperto, que envolve o pino, pode se movimentar ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino e é provido de modo a exercer uma pressão sobre a superfície da disposição de peça de trabalho.

Em geral, a soldagem por fricção envolve a movimentação de duas peças de trabalho que se assentam uma contra a outra com relação uma à outra, a fricção que surge levando ao aquecimento e à plastificação do material das peças de trabalho na zona de fricção. Quando as duas peças de trabalho são colocadas ou pressionadas uma contra a outra, o material plastificado das duas peças de trabalho se consolida na região de contato. Uma dentre as vantagens especiais da soldagem por fricção é o fato de que um grande número de diferentes materiais pode ser ligado entre si e que a região das peças de trabalho que é afetada pelo processo de soldagem é reiativamente pequena e é exposta a temperaturas comparativamente baixas.

Partindo deste princípio básico, modificações do processo de soldagem por fricção têm sido desenvolvidas. Na soldagem por fricção e mistura, por exemplo, a energia friccional é produzida por meio de uma ferramenta rotativa resistente a desgaste que se movimenta através do material das duas peças de trabalho a serem consolidadas ao longo ou na proximidade da superfície de mancai entre as mesmas, com o resultado de que o material é plastificado ao longo ou na proximidade do curso de movimento da ferramenta, isto, por sua vez, tornando possível a consolidação das duas peças de trabalho nesta região. A técnica anterior, por exemplo, a publicação WO 01/28732 A1 apresenta um aparelho de soldagem por fricção que tem um pino que é a-cionado em rotação sobre o seu eixo geométrico longitudinal e tem uma extremidade de acoplamento e uma extremidade de encaixe assentada oposta à extremidade de acoplamento, sendo que a extremidade de acoplamento é rigidamente conectada à saída do aparelho de soldagem por fricção e a extremidade de encaixe é provida encaixando-se à superfície das duas peças de trabalho colocadas uma contra a outra e penetrando no material das ditas peças de trabalho. Esta publicação apresenta ainda a provisão de um dispositivo de aperto sobre o aparelho de soldagem por fricção, o dito dispositivo circundando o pino e sendo capaz de se movimentar com relação ao pino ao longo do eixo geométrico longitudinal do mesmo a fim de exercer uma pressão sobre as peças de trabalho. O dispositivo de aperto é montado sobre a estrutura da máquina do aparelho de soldagem por fricção e pode, então, se movimentar independentemente do pino. A desvantagem do aparelho de soldagem por fricção da técnica anterior deste tipo, no entanto, é que o mesmo não pode ser utilizado de forma nenhuma como uma ferramenta de máquina, por exemplo, para perfuração ou fresagem, uma vez que, pelo menos, o dispositivo de aperto é uma peça fixa da ferramenta de máquina e não pode ser separada da mesma. Por outro lado, no entanto, um dispositivo de aperto é indispensável, uma vez que as peças de trabalho seriam, de outra forma, capazes de se movimentarem com relação uma à outra durante o processo de soldagem ou poderíam formar aberturas indesejadas.

Partindo da técnica anterior, é, portanto, o objeto da presente invenção prover uma ferramenta de soldagem por fricção que tem um dispositivo de aperto e pode ser acoplada a uma ferramenta de máquina tendo um dispositivo de saída acionado de forma rotativa, por exemplo, um eixo de saída, e pode ser intercambiada de maneira simples e fácil entre um grande número de ferramentas de máquina.

Este objeto é alcançado, uma vez que o dispositivo de aperto tem um contra mancai, que é fixado sobre o pino entre a extremidade de acoplamento e a extremidade de encaixe de uma maneira que permite que o mesmo gire livremente em torno do eixo geométrico longitudinal do pino e impede que o mesmo se movimente na direção do eixo geométrico longitudinal, uma vez que o dispositivo de aperto tem um elemento de retenção, que envolve o pino, e é disposto sobre o lado do contra mancai que faceia a extremidade de encaixe e tem uma superfície de mancai, que é provida de modo a se sustentar sobre a disposição de peça de trabalho, uma vez que um elemento de mola é provido entre o elemento de retenção e o contra mancai, e o elemento de retenção é, portanto, montado sobre o pino de tal maneira que o mesmo fique elasticamente deslizável ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino, e uma vez que, sobre a sua extremidade de acoplamento, o pino tem uma seção de acoplamento para um acoplamento liberável, fixado no sentido rotativo a um eixo de saída rotativo de uma ferramenta de máquina.

Desta maneira, uma ferramenta de soldagem por fricção é provida, cujo dispositivo de aperto é fixado e elasticamente suportado somente sobre o pino, permitindo, assim, que o pino e o dispositivo de aperto sejam conectados a várias ferramentas de máquina ou sejam operados por diversas ferramentas de máquina como um sistema comum, simplesmente por meio do acoplamento da seção de acoplamento do pino ao eixo de saída de uma ferramenta de máquina.

Neste contexto, um elemento de mola de acordo com a presente invenção deve, de modo geral, ser entendido como um elemento elasticamente deformável que exerce uma contra força a uma deformação na direção do eixo geométrico longitudinal, na qual a relação entre a deformação e a força não necessariamente tem de ser linear. Sendo assim, o elemento de mola não necessariamente tem de ser desenhado como uma mola helicoidal ou coisa do gênero.

Durante a operação da ferramenta de soldagem por fricção para a produção de uma solda, a extremidade de acoplamento do pino é apertada no mandril de uma máquina de perfuração ou fresagem convencional ou em um mandril sobre o eixo de saída de um robô convencional. O respectivo eixo de saída ou dispositivo de saída é, por conseguinte, movimentado de tal maneira que a superfície de mancai do elemento de retenção, antes de qualquer coisa, se assente sobre a superfície da disposição de peça de trabalho das peças de trabalho a serem consolidadas. O pino deve, portanto, girar e é deslocado para a superfície da disposição de peça de trabalho, desta forma pré-carregando o elemento de mola disposto entre o contra mancai e o elemento de retenção. A força de pré-carga sobre o elemento de mola é, por sua vez, transmitida através do elemento de retenção para a superfície da disposição de peça de trabalho, deste modo apertando as peças de trabalho individuais da disposição de peça de trabalho entre si e impedindo que as mesmas deslizem quando o pino finalmente se encaixa nas peças de trabalho à medida que o mesmo se movimenta mais ainda para a superfície.

De acordo com a presente invenção, o termo "encaixe à superfície da disposição de peça de trabalho" deve ser entendido como o atrito do pino sobre a superfície das peças de trabalho, mas também como a penetração do pino no material das peças de trabalho, abaixo da superfície das mesmas.

Além disso, o termo "uma disposição de peça de trabalho" de acordo com a presente invenção deve ser entendido como uma ou mais peças de trabalho. Neste contexto, uma possibilidade entre outras é que duas dentre as peças de trabalho são colocadas uma contra a outra de tal maneira que as mesmas se sobreponham, com o pino da ferramenta de soldagem por fricção atritando contra a superfície da peça de trabalho mais superior, essa faceando o pino, ou penetrando na superfície e, deste modo, pelo menos parcialmente plastificando a região subjacente das peças de trabalho. Neste caso, a superfície de mancai do elemento de retenção se assenta contra apenas uma peça de trabalho. Por outro lado, o termo "disposição de peça de trabalho" também inclui uma situação na qual as peças de trabalho são colocadas uma contra a outra de tal modo a formar uma junta de topo e o pino da ferramenta de soldagem por fricção se movimenta paralelo a esta superfície de contato das duas peças de trabalho, no material das mesmas, ou se esfrega contra a superfície das mesmas, desta forma plastificando a região das peças de trabalho ao longo da superfície de contato das duas peças de trabalho. Neste caso, a superfície de mancai do elemento de retenção, portanto, se assenta simultaneamente sobre uma pluralidade de peças de trabalho. A ferramenta de soldagem por fricção de acordo com a presente invenção é adequada para a produção de soldas a ponto, ou seja, soldas em posições discretas. Por exemplo, a necessidade pode ser consolidar duas peças de trabalho somente por meio de soldas a ponto a fim de agilizar o processo de soldagem ou minimizar a zona afetada pelo calor.

Na seção de acoplamento do pino, a ferramenta de soldagem por fricção de acordo com a presente invenção pode ser conectada a quaisquer dentre várias ferramentas de máquina, incluindo os centros de usina-gem, as máquinas de perfuração ou fresagem e ainda máquinas manuais. Sendo assim, é concebível que a mesma seja fixada no mandril de uma fu-radeira portátil ou de uma máquina de roteamento. Essas possibilidades são abertas ao dispositivo de aperto que é fixado diretamente sobre o pino.

Em uma modalidade preferida, a extremidade de encaixe tem uma superfície de fricção que se estende no sentido perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do pino. Esta superfície de fricção é provida com o propósito de exercer uma fricção rotativa sobre a superfície da disposição de peça de trabalho, por exemplo, ao utilizar a "Ligação por Difusão de Fricção Híbrida de Autoaperto" (SCHFDB). Neste caso, a superfície de fricção pode, de preferência, ter uma estrutura que permite uma ação de atrito mais eficaz, ou seja, acelera a plastificação do material da disposição de peça de trabalho.

Em uma outra modalidade preferida, a extremidade de encaixe do pino tem um pino de fricção que se estende na direção de seu eixo geométrico longitudinal, cujo pino consegue penetrar na superfície da peça de trabalho. É particularmente preferido, neste caso, que a extremidade de encaixe do pino tenha um furo que se estende na direção do eixo geométrico longitudinal, e o pino de fricção é acomodado de uma forma liberável no furo, tomando possível se ajustar a extensão na qual o pino de fricção se projeta para além da extremidade de encaixe do pino e, por conseguinte, ajustar a profundidade na qual o pino de fricção poderá penetrar na superfície da disposição de peça de trabalho. É ainda particularmente preferido quando o pino tem um furo roscado, que se estende no sentido transversal ao eixo geométrico longitudinal e se abre para o furo e dentro do qual um parafuso de fixação é roscado, por meio do que a posição angular do pino de fricção com relação ao pino poderá ser fixada. Uma outra opção preferida é uma na qual o pino tem um furo de ajuste roscado, que se estende na direção do eixo geométrico longitudinal, se inicia a partir da extremidade de acoplamento, se abre para o furo e dentro do qual um parafuso de ajuste é roscado. O parafuso de ajuste, neste caso, irá servir como uma trava ajustável ao estabelecer a extensão na qual o pino de fricção penetra na superfície da disposição de peça de trabalho. O pino de fricção, que é provido sobre a extremidade de encaixe do pino, em uma modalidade preferida, é adequado para penetração no material da peça de trabalho ou peças de trabalho, sob a superfície da disposição de peça de trabalho, ao executar um processo de soldagem por fricção e mistura - por exemplo, a "Soldagem a Pontos por Fricção e Mistura de Au-toaperto" (SCFSSW) - durante a plastificação do material das peças de trabalho circundante em virtude de sua rotação. Ao longo de sua superfície cir-cunferencial, o pino de fricção pode ter uma superfície estruturada, que permite uma ação de atrito mais eficaz, isto é, acelera a plastificação do material das peças de trabalho. Neste caso, a posição do pino de fricção no furo pode, de preferência, ser ajustada com o auxílio do parafuso de ajuste acima mencionado e fixada por meio do parafuso de fixação. Neste caso, o pino de fricção se projeta para além da extremidade de encaixe do pino e para fora do furo em uma extensão na qual o mesmo deve ser penetrado no material das peças de trabalho. Assim que esta profundidade de penetração máxima é atingida, a extremidade de encaixe do pino bate contra a superfície da dis- posição de peça de trabalho e impede uma penetração maior.

Em uma modalidade preferida, o elemento de mola é simplesmente desenhado como uma mola helicoidal, em cujo caso a pressão de contato exercida sobre a disposição de peça de trabalho por parte do elemento de retenção pode ser definida em função do dimensionamento da mola. No entanto, é igualmente concebível que o elemento de mola seja desenhado como um anel de material elástico. Tanto a mola helicoidal como o anel de material elástico podem ser dispostos em torno do pino, ou seja, o pino passa pela cavidade circundada pela mola helicoidal e pelo anel. A mola helicoidal tem propriedades elásticas substancialmente lineares, isto é, uma rigidez elástica constante com relação à sua deformação, enquanto que a rigidez elástica do anel de material elástico pode também ser constante, mas pode também variar com a crescente deformação do anel.

Em uma outra modalidade preferida, o elemento de mola tem um volume anelar, cuja dimensão na direção do eixo geométrico longitudinal é variável e é enchido com um fluido, cujo volume fica em comunicação fluida com uma fonte de pressão controlável. O elemento de mola ou a rigidez do mesmo é, portanto, definida por meio de uma bomba hidráulica, pneumática ou hídropneumática controlável, na qual a pressão de fluido, ou seja, a pressão do líquido e/ou gás no elemento de mola é definida com o auxílio da bomba em resposta a determinadas entradas. Por exemplo, a rigidez pode ser reduzida, quanto mais o pino de fricção penetra no material ou quanto menor for o torque aplicado ao pino, a fim de adaptar a pressão aplicada pelo dispositivo de aperto à disposição de peça de trabalho para as forças de cisalhamento entre as peças de trabalho individuais, por exemplo. Desta forma, o deslizamento das peças de trabalho com relação uma à outra poderá ser evitado em todos os estágios do processo de soldagem.

Em uma modalidade preferida, o pino tem uma saliência radial circundante, e o contra mancai tem um invólucro de mancai com um recesso radial circundante, o recesso encaixando-se na saliência do pino, de modo que um movimento rotativo livre do pino sobre o seu eixo geométrico longitudinal com relação ao contra mancai seja possível e um movimento axial do pino ao longo do seu eixo geométrico longitudinal com relação ao contra mancai seja evitado. É particularmente preferido, neste caso, que o elemento de mola seja provido entre o elemento de retenção e o invólucro de mancai, e que o contra mancai tenha uma guia linear, que se encaixa no elemento de retenção, de modo que o elemento de retenção se torne deslizável de uma forma orientada ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino, com relação ao contra mancai. É ainda mais particularmente preferido quando os elementos de mancai são providos entre a saliência do pino e o invólucro de mancai, reduzindo a fricção entre o pino e o invólucro de mancai. O elemento de mola se torna, portanto, pré-carregado quando o elemento de retenção se movimenta com relação ao contra mancai na direção do eixo geométrico longitudinal do pino ao longo da guia linear. Os elementos de mancai entre a saliência do pino e o invólucro de mancai são, de preferência, desenhados como mancais de contato de rolagem ou de contato deslizante. Os mesmos facilitam e estabilizam o movimento do pino sobre o seu eixo geométrico longitudinal, com relação ao contra mancai, e definem a posição do pino ao longo do seu eixo geométrico longitudinal, com relação ao contra mancai. É preferível quando tanto o pino como o dispositivo de aperto, ou seja, o contra mancai e o elemento de retenção, têm uma seção transversal simétrica substancialmente rotativa com relação ao eixo geométrico longitudinal do pino. É ainda mais preferido quando o pino, o elemento de mola, o elemento de retenção e o contra mancai são dispostos com relação um ao outro de tal maneira que o elemento de mola circunde o pino concentrica-mente, e o elemento de retenção e/ou o contra mancai circundem o elemento de mola concentricamente.

Em uma modalidade preferida, a superfície de mancai do elemento de retenção tem um recesso, que é disposto concentricamente em torno do eixo geométrico longitudinal do pino de modo a alojar um material plastificado. O material plastificado que pode ser deslocado pelo pino ou pelo pino de fricção durante um encaixe à superfície da disposição de peça de trabalho pode ser alojado neste recesso sem que o elemento de retenção seja forçado para fora da superfície da disposição de peça de trabalho por este material. Além disso, o material plastificado, desta forma, passa a ter um formato predefinido, controlado que se distingue dos pontos de solda.

Em uma outra modalidade preferida, um elemento raspador, de preferência um elemento cerâmico, é disposto entre o pino e o elemento de retenção, assentando-se sobre o pino com um encaixe positivo com relação ao plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do pino. O elemento raspador é provido com o propósito de raspar o material da peça de trabalho plastificado que se adere ao pino a partir do pino à medida que o pino é removido da superfície da disposição de peça de trabalho, ou seja, com o propósito de remover o mesmo e, quando apropriado, orientar o mesmo para dentro do recesso do dispositivo de retenção. Além disso, o elemento raspador também serve como uma vedação contra a penetração do material plastificado no interior da ferramenta durante o processo de consolidação.

No estado relaxado do elemento de mola, o pino é, de preferência, disposto com relação ao dispositivo de aperto de tal maneira que a extremidade de encaixe fique disposta deslocada na direção da extremidade de acoplamento, com relação ao piano no qual a superfície de mancai se assenta. Isto garante que o elemento de retenção já seja pressionado sobre a superfície da disposição de peça de trabalho com uma determinada força a fim de prender a mesma quando o pino toca a superfície da disposição de peça de trabalho para se encaixar com a mesma. A extensão deste deslocamento deve corresponder à força de aperto e/ou à rigidez elástica necessária. A presente invenção é explicada, a seguir, com referência a um desenho que mostra apenas as modalidades preferidas da presente invenção. No desenho: A Figura 1 mostra uma vista em seção ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino de uma primeira modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção de acordo com a presente invenção, A Figura 2 mostra uma vista lateral da modalidade da Figura 1, A Figura 3 mostra uma vista em planta da modalidade da Figura 1 na direção do eixo geométrico longitudinal do pino, A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva da modalidade da Figura 1, A Figura 5 mostra uma vista em seção ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino de uma segunda modalidade da presente invenção, e A Figura 6 mostra uma vista em seção ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino de uma terceira modalidade da presente invenção.

As Figuras 1 a 4 mostram uma primeira modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção 1 de acordo com a presente invenção. A ferramenta de soldagem por fricção 1 tem um pino 3 e um dispositivo de a-perto 5, que é fixado sobre a mesma de uma maneira a permitir um movimento rotativo. O pino 3 é simétrico e substancialmente rotativo com relação ao seu eixo geométrico longitudinal 7 e tem uma extremidade de acoplamento 9 e uma extremidade de encaixe 11 assentada oposta à extremidade de acoplamento 9. Em sua extremidade de acoplamento 9, o pino 3 tem uma seção de acoplamento 13, que é provida para um acoplamento destacável com um dispositivo de saída rotativo de uma ferramenta de máquina, por exemplo, o mandril montado sobre um eixo de saída. Tal ferramenta de máquina pode ser um centro de usinagem, uma máquina de perfuração, uma máquina de fresagem ou uma ferramenta manual, por exemplo. Para este fim, um recesso de encaixe 15 é provido na superfície circunferencial da seção de acoplamento 13 das modalidades ilustrativas preferidas mostradas no presente documento, o dito recesso servindo para permitir um acoplamento fixo de modo a poder girar com o dispositivo de saída, ou seja, por exemplo, com o mandril. A extremidade de encaixe 11 do pino 3 é provida com o propósito de se encaixar com a superfície de uma disposição de peça de trabalho (não mostrada) que consiste de uma ou mais peças de trabalho, possivelmente dispostas diretamente uma acima da outra ou uma adjacente à outra.

No caso da primeira modalidade ilustrativa, o pino 3 tem uma superfície de fricção 17 (vide Figura 1) assentada perpendicularmente ao eixo geométrico longitudinal 7 sobre a sua extremidade de encaixe 11, a dita superfície sendo provida com o propósito de fazer um atrito sobre a superfície da disposição de peça de trabalho e pelo menos parcialmente plastificar o material subjacente pelo menos a mais superior dentre as peças de trabalho da disposição de peça de trabalho. Para este fim, é preferido que a superfície de fricção 17 tenha uma estrutura, por exemplo, saliências estendidas no sentido radial, que permita uma ação de atrito mais eficaz, isto é, que intensifique e acelere a plastificação do material da disposição de peça de trabalho. O pino 3 tem ainda uma saliência circundante 19 que se estende na direção radial com relação ao eixo geométrico longitudinal 7, a dita saliência sendo provida com o propósito de se encaixar em um contra mancai 21 do dispositivo de aperto 5.

Em adição ao contra mancai 21, que tem um disco superior 23 e um invólucro de mancai 25, o dispositivo de aperto 5 compreende um elemento de retenção 27. O invólucro de mancai 25 do contra mancai 21 tem um recesso circundante 29 disposto na direção radial do eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3, o dito recesso sendo provido com o propósito de se encaixar na saliência 19 do pino 3, com o resultado de que o contra mancai 21 que consiste do disco superior 23 e do invólucro de mancai 25 do dispositivo de a-perto 5 poderá girar livremente com relação ao pino 3 sobre o eixo geométrico longitudinal 7 do mesmo, mas é mantido sobre o dito pino de uma maneira a impedir um deslocamento na direção de seu eixo geométrico longitudinal 7.

Para este fim, elementos de mancai 31, de preferência, mancais de contato de rolagem ou de contato deslizante, são providos entre a saliência 19 do pino 3 e o invólucro de mancai 25. Esses elementos de mancai 31 facilitam e estabilizam o movimento da saliência 19 com relação ao invólucro de mancai 25 e, por conseguinte, a rotação do pino 3 com relação ao dispo- sitivo de aperto 5. O movimento do pino 3 na direção de seu eixo geométrico longitudinal 7 com relação ao contra mancai 21 é impedido em função do encaixe da saliência 19 com o invólucro de mancai 25 e com o disco superior 23, e os elementos de mancai 31 impedem o jogo da saliência 19 com relação ao invólucro de mancai 25. O elemento de retenção 27, que é disposto sobre o lado do contra mancai 21 que faceia a extremidade de encaixe 11 do pino 3, é provido com o propósito de exercer uma pressão sobre uma disposição de peça de trabalho, e, sobre o lado que faceia na direção da extremidade de encaixe 11 do pino 3, tem uma superfície de mancai 33, que é provida com o propósito de se apoiar sobre a superfície de uma disposição de peça de trabalho. O contra mancai 21 tem uma guia linear alinhada axialmente com relação ao eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3, a dita guia sendo da forma de pinos de guia 35, que são montados de modo a se movimentarem sobre o invólucro de mancai 25 e sobre o disco superior 23 e se estendem paralelos ao eixo geométrico longitudinal 7 do pino, esses pinos, por sua vez, sendo montados firmemente sobre o elemento de retenção 27, permitindo, assim, que o elemento de retenção 35 se desloque de uma forma orientada ao longo do eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3, com relação ao contra mancai 21 ou ao invólucro de mancai 25 e ao disco superior 23 (vide Figura 2). Ao mesmo tempo, qualquer movimento do elemento de retenção 27 que não seja na direção do eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3 é impedido pelos pinos de guia 35 que formam a guia linear.

Um elemento de mola 37 é disposto entre o elemento de retenção 27 e o contra mancai 21 ou o invólucro de mancai 25, a dita mola sendo pré-carregada quando o elemento de retenção 27 se desloca em direção ao contra mancai 21 ao longo da guia linear 45.

Tal como mostrado pelas figuras, o dispositivo de aperto 5 é também de uma configuração simétrica substancialmente rotacional com relação ao eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3 (vide Figura 3), o pino 3 sendo circundado pelo elemento de mola 37, e o elemento de mola 37 sendo circundado pelo elemento de retenção 27 e/ou pelo contra mancai 21 (Figura 1)- Concentricamente em torno do eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3, a superfície de mancai 33 do elemento de retenção 27 tem um recesso anelar 41, que é provido com o propósito de alojar um material plastificado removido pelo encaixe do pino 3 com a superfície da disposição de peça de trabalho e dar ao mesmo um formato predefinido (vide Figura 4), o que distingue os pontos de encaixe sobre a superfície da disposição de peça de trabalho.

Um elemento raspador 43 é disposto entre o pino 3 e o elemento de retenção 27, produzindo um encaixe positivo com relação ao plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3, o dito elemento raspador assentando-se sobre o pino 3 e o elemento de retenção 27 e de preferência sendo feito de um material cerâmico. O elemento raspador 43 é provido com o propósito de raspar o material plastificado que se adere à superfície circunferencial do pino 3 quando o elemento de retenção 27 se movimenta em direção à extremidade de encaixe 11 com relação ao pino 3, ou seja, a extremidade de encaixe 11 se desencaixa da superfície da disposição de peça de trabalho. Além disso, o elemento raspador 43 serve como uma vedação contra a penetração do material plastificado no interior da ferramenta durante o processo de consolidação.

No estado relaxado do elemento de mola 37, o pino 3 é disposto com relação ao dispositivo de aperto 5 de tal maneira que a extremidade de encaixe 11 do pino 3 fique disposta deslocada na direção da extremidade de acoplamento 9, com relação ao plano no qual a superfície de mancai 33 se estende. No estado relaxado do elemento de mola 37, a extremidade de encaixe 11 e a superfície de fricção 17 ficam, portanto, retraídas com relação à superfície de mancai 33, tal como se pode também observar na Figura 1.

Como um resultado, o elemento de mola 37 já se submete a uma pré-carga, ou seja, o elemento de retenção 27, neste momento, já é pressionado com uma determinada força de aperto sobre a superfície da disposição de peça de trabalho, quando o pino 3 entra em encaixe com a superfície da disposição de peça de trabalho. O deslizamento das peças de trabalho devido às forças de cisalhamento entre as peças de trabalho provocadas pelo movimento rotativo do pino 3 poderá, portanto, ser impedido. A ferramenta de soldagem por fricção 1 pode ser usada como se segue. Antes de qualquer coisa, o pino 3 é conectado de uma maneira fixa de modo a poder girar, por meio de sua seção de acoplamento 13, ao dispositivo de saída de uma ferramenta de máquina, com o recesso de encaixe 15 se encaixando positivamente a um elemento do dispositivo de saída. A ferramenta de soldagem por fricção 1 é, em seguida, colocada contra a disposição de peça de trabalho de tal maneira que a superfície de mancai 33 do elemento de retenção 27 se assente firmemente sobre a superfície da disposição de peça de trabalho, com a extremidade de encaixe 11 do pino 3 sendo inicialmente disposto a uma distância acima da região da disposição de peça de trabalho sobre a qual a solda deve ser produzida, devido ao deslocamento entre a extremidade de encaixe 11 e a superfície de mancai 33. A disposição de peça de trabalho pode ter uma ou mais peças de trabalho em forma de chapa dispostas uma sobre a outra ou sobrepostas entre si, por exemplo, que se assentam sobre um suporte, e, deste modo, as ditas peças de trabalho são mantidas juntas ou apertadas em conjunto por meio de uma pressão construída sobre a superfície da peça de trabalho mais superior pelo elemento de retenção 27 e são, portanto, fixadas em suas posições com relação uma à outra, sem que consigam deslizar com facilidade. O pino 3, em seguida, começa a girar por meio do dispositivo de saída rotativo da ferramenta de máquina. O pino 3, desta forma, também gira com relação ao dispositivo de aperto 5, com a saliência 19 girando no invólucro de mancai 25, uma vez que o elemento de retenção 27 já se encontra assentado por meio de sua superfície de mancai 33 sobre a superfície da disposição de peça de trabalho e, portanto, não segue este movimento. O dispositivo de saída e, por conseguinte, o pino 3, em seguida, se movimentam na direção da superfície da disposição de peça de trabalho até que a extremidade de encaixe 11 do pino 3 se encaixe na superfície da disposição de peça de trabalho. Durante este movimento, o contra mancai 21 é orientado com relação ao elemento de retenção 27 e na direção do mesmo por meio dos pinos de guia 35 que formam a guia linear e não gira com o pino 3. Durante este movimento relativo do contra mancai e do elemento de retenção, a mola helicoidal 39 que forma o elemento de mola 37 é pré-carregada, e esta força de pré-carga é transmitida para a superfície da disposição de peça de trabalho. O deslocamento da extremidade de encaixe 11 do pino 3, com relação ao plano no qual a superfície de mancai 33 se assenta, e a rigidez da mola helicoidal 39 devem se corresponder de tal maneira que haja uma força de aperto suficiente a partir do elemento de retenção 27 que atua sobre a disposição de peça de trabalho, mesmo quando o pino 3 entra em encaixe por meio de sua extremidade de encaixe 11 com a superfície da disposição de peça de trabalho, garantindo, assim, que as peças de trabalho não deslizem com relação uma à outra e que nenhuma abertura possa se formar. O material plastificado removido durante o encaixe do pino 3 à superfície da disposição de peça de trabalho pode ser alojado pelo recesso 41 na superfície de mancai 33 do elemento de retenção 27 e receber um formato predefinido que se distingue dos pontos de solda de uma maneira uniforme. Assim que o material das peças de trabalho são suficientemente plastificadas de modo a produzir a necessária consolidação, o pino 3 é deslocado para fora da disposição de peça de trabalho na direção de sua extremidade de acoplamento 9, com o material plastificado que se adere ao pino 3 sendo raspado do pino 3 pelo elemento raspador 43 e orientado para dentro do recesso 41. Durante este processo, o elemento raspador 43 também atua como uma vedação.

Tal como se torna evidente a partir da descrição acima da primeira modalidade ilustrativa da presente invenção, a ferramenta de solda-gem por fricção 1 de acordo com a presente invenção pode ser montada de uma maneira simples sobre um eixo de saída de uma ferramenta de máquina convencional ou de um robô convencional, por exemplo, por meio da extremidade de acoplamento 11 sem a necessidade de se prover outros dispo- sitivos de aperto. A Figura 5 mostra uma segunda modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção 1' de acordo com a presente invenção, na qual peças idênticas às da primeira modalidade são providas com os mesmos sinais de referência. A segunda modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção 1', tal como na primeira modalidade, tem um pino 3 que é simétrico substancialmente rotativo com relação ao seu eixo geométrico longitudinal 7 e tem uma saliência 19 que se estende na direção radial com relação ao eixo geométrico longitudinal 7. A saliência 19, da mesma maneira, se encaixa por meio de um recesso 29 em um invólucro de mancai 25 do contra mancai 21, com o resultado de que o pino fica retido no contra mancai 21 de tal modo que o mesmo possa girar, mas não possa se movimentar na direção axial do eixo geométrico longitudinal 7, e, mais uma vez, elementos de mancai 31 são providos, garantindo um movimento rotativo de jogo livre.

Nesta modalidade ilustrativa também, um elemento de retenção 27 é mantido sobre o contra mancai 21 por meio de uma guia linear formada pelos pinos de guia 35 de tal maneira que o mesmo possa se movimentar na direção do eixo geométrico longitudinal 7, o elemento de retenção 27 tendo uma superfície de mancai 33 com um recesso 41 provido na mesma. Um elemento de mola 37 sob a forma de uma mola helicoidal 39 é ainda provido entre o elemento de retenção 27 e o contra mancai 21.

Por um lado, o pino tem uma extremidade de acoplamento 9 tendo uma seção de acoplamento 13 e um recesso de encaixe 15 providos na mesma, garantindo, assim, que a seção de acoplamento 13 seja montada sobre um dispositivo de saída que é acionado em rotação. A extremidade de encaixe 11 remota da extremidade de acoplamento 9 é provida com uma superfície de fricção 17, porém, nesta modalidade ilustrativa preferida, a mesma tem um furo 45 que se estende na direção axial paralela ao eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3. Um pino de fricção 47 que se estende além da superfície de fricção 17 é acomodado no furo 45 e, quando a extremidade de encaixe 11 entra em encaixe com a superfície de uma disposição de peça de trabalho, o mesmo penetra na dita superfície.

Um furo roscado 49 que se estende no sentido radial com relação ao eixo geométrico longitudinal 7 do pino 3 é também provido no pino 3 da segunda modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção T, na região da saliência 19, o furo roscado acomodando um parafuso de fixação 51 que serve para fixar o pino de fricção 47 de uma maneira torcionalmente rígida com relação ao pino 3.

Um furo de ajuste roscado 53 é também formado no pino 3, o furo se estendendo a partir da extremidade de acoplamento 9, e um parafuso de ajuste 55 é acomodado no dito furo. O parafuso de ajuste 55 forma a trava traseira para o pino de fricção 47, e, sendo assim, a posição do parafuso de ajuste 55 pode ser usada para ajustar a extensão através da qual o pino de fricção 47 se projeta além da superfície de fricção 17. O pino de fricção 47 pode ter uma superfície estruturada ao longo de sua circunferência a fim de obter uma ação de atrito mais eficaz e, deste modo, plastificar o material de uma forma mais rápida e mais intensa.

Tal como na primeira modalidade, a segunda modalidade tem um elemento raspador 43 que envolve o pino 3 de uma maneira positiva. A segunda modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção T pode ser usada de uma maneira similar à da primeira modalidade, com a única diferença que o pino de fricção 47 penetra no material das peças de trabalho da disposição de peça de trabalho, e, deste modo, torna-se possível produzir juntas de topo ou juntas de sobreposição, entre outras coisas, por meio de um processo de soldagem por fricção e mistura, com o material da peça de trabalho / peças de trabalho sendo plastificado em uma profundidade maior.

Em todos os casos, no entanto, existe a vantagem, nesta modalidade também, que a ferramenta de soldagem por fricção T pode ser acoplada ao dispositivo de saída de uma ferramenta de máquina de uma maneira simples, e que não é necessário prover um outro dispositivo de aperto sobre a ferramenta de máquina.

Finalmente, a Figura 6 mostra uma terceira modalidade de uma ferramenta de soldagem por fricção 1" de acordo com a presente invenção, que difere da segunda modalidade ilustrativa no desenho do elemento de mola 37, sendo, porém, por outro lado, de uma construção similar, e, por conseguinte, os componentes idênticos são indicados com os mesmos sinais de referência.

Embora, nas primeiras duas modalidades, o elemento de mola 37 tenha sido desenhado como uma mola helicoidal 39, o elemento de mola 37 na terceira modalidade da ferramenta de soldagem por fricção 1" de a-cordo com a presente invenção é construído de tal maneira que o elemento de retenção 27 tenha um volume anelar fechado 57, cuja dimensão na direção do eixo geométrico longitudinal 7 é variável e dentro do qual um fluido pode ser introduzido através de um flange de conexão de pressão 59. A variabilidade na direção do eixo geométrico longitudinal 7 do volume anelar 57 é obtida pela formação do volume 57 por meio de um recesso no elemento de retenção 27, dentro do qual um elemento de anel 61 sobre o invólucro de mancai 25 se estende parcialmente, o volume anelar 57 ficando, assim, totalmente envolvido e, por conseguinte, fechado pelo elemento de retenção 27, pelo elemento de anel 61, pelo pino 3 e pelo elemento raspador 43.

Nesta disposição, o volume anelar 57 fica em comunicação fluida com uma fonte de pressão controlável 63, sendo possível submeter o fluido a uma pressão de uma maneira controlável. É, portanto, possível controlar a força elástica que atua entre o elemento de retenção 27 e o contra mancai 21 por meio da pressão do fluido no volume anelar. Sendo assim, por exemplo, vem a ser possível ajustar a pressão de contato aplicada por meio do elemento de mola 37 da maneira necessária durante o processo de soldagem. Isto pode ser implementado de tal maneira que a pressão de contato se torne particularmente elevada no início, quando o material da peça de trabalho / peças de trabalho ainda não se encontra plastificado, e, em seguida, diminui com a maior plastificação e ductilidade do material.

Embora uma mola helicoidal 39 ou um volume anelar 57 enchido com um fluido pressurizado tenha sido usada como o elemento de mola 37 nas modalidades acima descritas, é igualmente concebível, em contraparti- da, se usar um anel constituído de um material elástico ou uma disposição de vários elementos de mola, por exemplo, e a presente invenção não se limita às ditas possibilidades acima mencionadas.

Claims (14)

1. Ferramenta de soldagem por fricção (1) tendo: - um pino (3), que tem uma extremidade de acoplamento (9) e uma extremidade de encaixe (11) assentada oposta à extremidade de acoplamento (9) e que é provido para a execução de um movimento rotativo sobre o seu eixo geométrico longitudinal (7), o dito eixo geométrico longitudinal estendendo-se entre a extremidade de acoplamento (9) e a extremidade de encaixe (11), e, ao mesmo tempo, encaixando-se por meio de sua extremidade de encaixe (11) à superfície de uma disposição de peça de trabalho, e ainda - um dispositivo de aperto (5), que envolve o pino (3), pode ser movimentado ao longo do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3) e é provido de modo a exercer uma pressão sobre a superfície da disposição de peça de trabalho, - caracterizada pelo fato de que - o dispositivo de aperto (5) tem um contra mancai (21), que é fixado sobre o pino (3) entre a extremidade de acoplamento (9) e a extremidade de encaixe (11) de uma maneira que permite que o mesmo gire livremente em torno do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3) e impede que o mesmo se movimente na direção do eixo geométrico longitudinal (7), - o dispositivo de aperto (5) tem um elemento de retenção (27), que envolve o pino (3), é disposto sobre o lado do contra mancai (21) que faceia a extremidade de encaixe (11) e tem uma superfície de mancai (33), que é provida de modo a se sustentar sobre a disposição de peça de trabalho, - um elemento de mola (37) é provido entre o elemento de retenção (27) e o contra mancai (21), e o elemento de retenção (27) é, portanto, montado sobre o pino (3) de tal maneira que o mesmo fique elasticamente deslizável ao longo do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3), e, - sobre a sua extremidade de acoplamento (9), o pino (3) tem uma seção de acoplamento (13) para um acoplamento liberável, fixo de modo a poder girar com um dispositivo de saída rotativo de uma ferramenta de máquina.

2. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a extremidade de encaixe (11) tem uma superfície de fricção (17) que se estende no sentido perpendicular ao eixo geométrico longitudinal (7).

3. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a extremidade de encaixe (11) tem um pino de fricção (47) que se estende na direção do eixo geométrico longitudinal (7).

4. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que - a extremidade de encaixe (11) tem um furo (45) que se estende na direção do eixo geométrico longitudinal (7), e - o pino de fricção (47) é acomodado de uma forma liberável no furo (45).

5. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o pino (3) tem um furo roscado (49), que se estende no sentido transversal ao eixo geométrico longitudinal (7) e se abre para o furo (45) e dentro do qual um parafuso de fixação (51) é roscado.

6. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o pino (3) tem um furo de a-juste roscado (55), que se estende na direção do eixo geométrico longitudinal (7), se inicia a partir da extremidade de acoplamento (9), se abre para o furo (45) e dentro do qual um parafuso de ajuste (53) é roscado.

7. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o elemento de mola (37) é desenhado como uma mola helicoidal (39).

8. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que - o elemento de mola (37) tem um volume anelar (57), cuja dimensão na direção do eixo geométrico longitudinal (7) é variável, e - o volume (51) fica em comunicação fluida com uma fonte de pressão controlável (63).

9. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que - o pino (3) tem uma saliência radial circundante (19), - o contra mancai (21) tem um invólucro de mancai (25) com um recesso radial circundante (29), o recesso (29) encaixando-se na saliência (19) do pino (3), de modo que um movimento rotativo livre do pino (3) sobre o seu eixo geométrico longitudinal (7) com relação ao contra mancai (21) seja possível e um movimento axial do pino (3) ao longo do seu eixo geométrico longitudinal (7) com relação ao contra mancai (21) seja evitado.

10. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que - o elemento de mola (37) é provido entre o elemento de retenção (27) e o invólucro de mancai (25), e - o contra mancai (21) tem uma guia linear (35), que se encaixa no elemento de retenção (27), de modo que o elemento de retenção (27) se torne deslizável de uma forma orientada ao longo do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3), com relação ao contra mancai (25).

11. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que elementos de mancai (31) sejam providos entre a saliência (19) do pino (3) e o invólucro de mancai (25).

12. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a superfície de mancai (33) do elemento de retenção (27) tem um recesso (41), que é disposto concentricamente em torno do eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3) de modo a alojar um material plastificado.

13. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que um elemento raspador (43), de preferência um elemento cerâmico, é disposto entre o pino (3) e o elemento de retenção (27), assentando-se sobre o pino (3) com um en- caixe positivo com relação ao plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal (7) do pino (3).

14. Ferramenta de soldagem por fricção, de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que, no estado relaxado do elemento de mola (37), o pino (3) é disposto com relação ao dispositivo de aperto (5) de tal maneira que a extremidade de encaixe (11) fique disposta deslocada na direção da extremidade de acoplamento (9), com relação ao plano no qual a superfície de mancai (33) se assenta.