CN107042355A - 焊接电极切割刀具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接电极切割刀具及其使用方法。公开了可以同时切割和复原遭受不同老化机制的两个焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具，连同在电阻点焊包括异质金属工件的层叠工件期间使用这种切割刀具的方法。切割刀具包括第一切割槽和第二切割槽。第一切割槽由一个或多个第一切削表面限定并且第二切割槽由一个或多个第二切削表面限定。当在切割槽内接收电极焊接面并且转动切割刀具时，第一切削表面和第二切削表面成型为分别切割和复原相互不同的第一焊接面几何形状和第二焊接面几何形状。

Description

焊接电极切割刀具及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月4日提交的美国临时申请No.62/291005的权益。上述临时申请全部纳入本文参考。

技术领域

本公开的技术领域大致涉及修整焊接电极的切割刀具，焊接电极用于电阻点焊包括异质工件的层叠工件，如铝工件和相邻钢工件。

背景技术

电阻点焊是被大量行业使用来连接两个或多个金属工件的处理。例如，汽车行业，在结构框架构件(如，车身侧面和横梁)和车辆封闭构件(如，车门，发动机盖，行李箱盖和升降门)以及其它的制造期间，通常使用电阻点焊来将金属工件连接在一起。大量的点焊缝常常形成在围绕金属工件边缘或一些其它连接区域的各个点，以确保部件在结构上完好。虽然点焊通常在实际中连接特定相似组成的金属工件-如钢对钢和铝对铝-将更轻重量的材料并入车身结构中的需求，产生了在通过电阻点焊将钢工件连接到铝工件方面的关注。对电阻点焊异质金属工件的上述需求不是唯一对于汽车行业；实际上，这延伸到可以使用点焊的其它行业，包括航空、造船、铁路和房屋建筑行业。

一般来说，电阻点焊依靠电流流动穿过叠加金属工件以产生热量。为了实现这种焊接工艺，一组相对焊接电极以表面对齐的方式被按压在层叠工件的相对两侧，该层叠工件通常包括以重叠构造布置的两个或三个金属工件。电流随后从一个焊接电极穿过金属工件到另一个焊接电极。该电流的流动阻力在金属工件内以及在它们的搭接界面处产生热量。当层叠工件包括铝工件和相邻叠加的钢工件时，在搭接界面处和这些异质金属工件的块状材料内产生的热量引起和增大从搭接界面渗入铝工件的熔融铝焊接熔池。这个熔融铝焊接熔池润湿钢工件的相邻搭接表面，当电流流动中止时，固化成为焊接结合两个工件在一起的焊接接头。

用于导通电阻点焊的每个焊接电极包括置于电极本体一端上的焊接面。焊接面是焊接电极的接触并且电连接层叠工件的那部分。经过重复电阻点焊操作的过程，由于在电流流动期间在焊接面产生大量的热和用于保持焊接面抵靠层叠工件的高按压力，焊接电极的焊接面容易老化。这种老化可能包括在升高温度时焊接面的塑性变形和/或由电极和它的相应接触工件之间的反应而产生的污染物堆积。为了延长焊接电极的寿命，特别是在制造环境中，焊接电极的焊接面可以周期性的恢复到它们的初始几何形状。这种恢复过程应当快速、实用和准确，以致通过将焊接电极保持在线下很长一段时间，它不会打断生产操作。

将铝工件电阻点焊到钢工件充满挑战。除了需要周期性地修整经历不同老化机制的焊接面，两个工件的不同性能和铝工件上机械上坚硬的、电绝缘的和自修复的耐火氧化层的存在，使其很难持续获得具有适当外皮和横截面强度的焊接接头。考虑到以前点焊成果不是特别成功，包括自钻铆钉和流钻螺钉的机械紧固件主要用于紧固铝工件和钢工件在一起。然而，与点焊相比，机械紧固件花费更长的时间安装并具有高的消耗成本。它们还增加了车身结构的重量——当通过点焊的方式完成连接时可以避免的重量——抵消了通过在第一位置使用铝工件获得的重量节省。另外，由于机械紧固件通常由钢制成，机械紧固件可以引入与铝工件发生电化腐蚀的位置。

发明内容

能够修整第一和第二焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具的一个实施方式包括本体和本体内的切割部件。本体包括具有第一开口的第一端和具有第二开口的第二端。切割部件具有一个或多个切割出屑槽。一个或多个切割出屑槽的每个从本体的内表面向内延伸并且包括切割刃，切割刃具有轴向间隔并相对的第一和第二切削表面。一个或多个切割出屑槽从而构建第一切割槽和第二切割槽，第一切割槽由第一切削表面限定并且是可穿过本体的第一开口接近的，第二切割槽由第二切削表面限定并且是可穿过本体的第二开口接近的。当第一和第二焊接电极的焊接面分别被接收在第一和第二切割槽中并且切割刀具转动时，第一切割槽构造为将第一焊接面几何形状切割成为第一焊接电极的焊接面，第二切割槽构造为将第二焊接面几何形状切割成为第二焊接电极的焊接面。第一焊接面几何形状包括平的或圆丘基体焊接面表面，并且第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突出的一系列的竖立环形脊。

切割刀具的构造经受一些变化而不丧失它的修整能力。例如，一个或多个切割出屑槽的每个可以包括支撑切割刃在本体的内表面的细长足部。一个或多个切割出屑槽的每个的细长足部可以摩擦配合地安装在由本体内表面中的凹陷表面限定的保持通道内，以便将切割部件固定地保持在本体内。或者，在另一个实施例中，一个或多个切割出屑槽的每个的细长足部可以与本体的内表面整体成型，以便将切割部件固定地保持在本体内。

作为切割刀具的特别构造的另一个示例，切割部件可以包括具有第一切割刃的第一切割出屑槽、具有第二切割刃的第二切割出屑槽、具有第三切割刃的第三切割出屑槽、和具有第四切割刃的第四切割出屑槽。第一、第二、第三和第四切割刃彼此圆周间隔分布，以使第一、第二、第三和第四切割刃中的每个横向于它的两个周向相邻的切割刃的每个而取向。另外，第一、第二、第三和第四切割刃中的每个包括轴向间隔且相反的第一和第二切削表面。第一、第二、第三和第四切割刃的第一切削表面限定第一切割槽，并且第一、第二、第三和第四切割刃的第二切削表面限定第二切割槽。

仍然进一步，当切割部件包括第一、第二、第三和第四切割刃时，对齐的第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面的每个具有下端部，下端部具有向上成型的前缘和低于前缘偏移正后角的向上成型的后缘。同样，第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面对齐且还取向为横向于第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面，第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面的每个包括具有向上成型的前缘和低于前缘偏移正后角的向上成型的后缘的下端部，还包括至少部分地从前缘延伸到后缘的多个陷入凹槽。延伸穿过第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面的下端部的陷入凹槽可以是弯曲或平直的。

第一和第三切割刃的第一切削表面和第二和第四切割刃的第二切削表面，除了它们各自的下端部之外，还可以具有附加的结构。例如，第一和第三切割刃的每个的第一切削表面还可以包括从其各自下端部延伸并且是凸形形状的上端部。第一和第三切割刃的每个的第一切削表面的上端部具有前缘和后缘。同样，第二和第四切割刃的每个的第二切削表面可以包括从其各自下端部延伸并且是凸形形状的上端部。第二和第四切割刃的每个的第二切削表面的上端部具有前缘和后缘。

可由切割刀具修整的第一和第二焊接面几何形状的特定例子可以被进一步限定。例如，第一焊接面几何形状可以包括具有3mm至16mm之间的直径和8mm至400mm之间的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面。至于第二焊接面几何形状，其可以包括具有8mm至20mm之间的直径和15mm至300mm之间的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面，并且可以进一步包括围绕焊接面轴线的从两个到十个的任何数量的竖立环形脊，其在直径上从紧紧围绕焊接面轴线的最内竖立环形脊到最远离焊接面轴线的最外竖立环形脊增加。竖立环形脊可以以50μm至1800μm的距离间隔分布在圆丘基体焊接面表面上，并且每个竖立环形脊可以具有范围从20μm至500μm脊高度。

能够修整第一和第二焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具的另一个实施方式，包括本体和本体内的切割部件。本体沿着第一端和第二端之间的中心轴纵向延伸。切割部件构建可穿过本体第一端处的第一开口接近的第一切割槽，还构建可穿过本体第二端处的第二开口接近的第二切割槽。切割部件包括切割出屑槽，切割出屑槽包括切割刃，切割刃具有轴向间隔且相对的第一和第二切削表面，第一和第二切削表面分别至少部分地限定第一和第二切割槽。第一切削表面包括成型为切割第一焊接面几何形状的下端部，第一焊接面几何形状包括平的或圆丘基体焊接面表面，并且第二切削表面包括成型为切割第二焊接面几何形状的下端部，第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

可由切割刀具修整的第一和第二焊接面几何形状的特定示例可以被进一步限定。例如，第一焊接面几何形状可以包括具有3mm至16mm之间的直径和8mm至400mm之间的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面。至于第二焊接面几何形状，其可以包括具有8mm至20mm之间的直径和15mm至300mm之间的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面，并且可以进一步包括围绕焊接面轴线的从两个到十个的任何数量的竖立环形脊，其在直径上从紧紧围绕焊接面轴线的最内竖立环形脊到最远离焊接面轴线的最外竖立环形脊增加。竖立环形脊可以以50μm至1800μm的距离间隔分布在圆丘基体焊接面表面上，并且每个竖立环形脊可以具有范围从20μm至500μm的脊高度。

切割刀具的构造被经历一些改变而不丧失它的修整能力。例如，切割部件可以包括具有第一切割刃的第一切割出屑槽、具有第二切割刃的第二切割出屑槽、具有第三切割刃的第三切割出屑槽、和具有第四切割刃的第四切割出屑槽。第一、第二、第三、和第四切割刃彼此圆周间隔分布，以使第一、第二、第三、和第四切割刃的每个横向于它的两个圆周相邻切割刃的每个而取向。另外，第一、第二、第三、和第四切割刃的每个包括轴向间隔和相对的第一和第二切削表面。第一、第二、第三、和第四切割刃的第一切削表面限定第一切割槽，并且第一、第二、第三、和第四切割刃的第二切削表面限定第二切割槽。

仍然进一步，当切割部件包括第一、第二、第三、和第四切割刃时，对齐的第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面的每个具有下端部，下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘。同样，对齐且还横向于第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面而取向的第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面的每个，包括具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘的下端部，并且还包括至少部分地从前缘延伸到后缘的多个陷入凹槽。

作为切割刀具特定构造的另一个示例，切割部件可以用若干不同的方式支撑在本体内。在一个特定实施例中，本体和切割部件整体成型。在另一个实施例中，本体和切割部件是固定在一起的分开的独立件。本体和切割部件之间的固定可以使用各种类型可接收的方式中的任何一种完成。例如，在一个特定实施方式中，切割出屑槽可以包括在本体的内表面支撑切割刃的细长足部。细长足部可以摩擦配合在由本体的内表面中的凹陷表面限定的保持通道内，以固定地保持切割部件在本体内。

修整具有不对称焊接面几何形状的焊接电极的方法包括根据本公开的一个实施方式的若干步骤。特别是，提供切割刀具为包括本体和本体内的切割部件。切割部件具有一个或多个切割出屑槽，切割出屑槽构建第一切割槽和第二切割槽。第一切割槽是可穿过本体第一端上的第一开口接近的，并且第二切割槽是可穿过本体第二端上的第二开口接近的。第一焊接电极的第一焊接面被接收到第一切割槽中，并且第二焊接电极的第二焊接面被接收到第二切割槽中。一旦第一和第二焊接面分别被接收到第一和第二切割槽中，切割刀具被转动来切割和复原第一焊接面中的第一焊接面几何形状和第二焊接面中的第二焊接面几何形状。第一焊接面几何形状包括平的或圆丘的基体焊接面表面，并且第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

修整具有不对称焊接面几何形状的焊接电极的方法可以以特定的偏好实施。例如，切割刀具可以在围绕第一和第二焊接面的轴线的一个和十个整圈转动之间转动，以使在复原第一焊接面几何形状和第二焊接面几何形状期间，从第一焊接面和第二焊接面的每个去除从10μm至500μm范围的深度的材料。另外，在重叠且相邻的钢工件和铝工件之间的一组十个到一百个焊接接头可以在切割刀具的第一切割槽中接收第一焊接面且在切割刀具的第二切割槽中接收第二切割面之前形成。当然也可以实施电阻点焊方法的许多其它变型。

本发明提供以下技术方案。

1、一种能够修整第一焊接电极和第二焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具，所述切割刀具包括：

具有第一端和第二端的本体，本体的第一端具有第一开口并且本体的第二端具有第二开口；和

在本体内的切割部件，切割部件具有一个或多个切割出屑槽，一个或多个切割出屑槽的每个从本体的内表面向内延伸并且包括切割刃，切割刃具有轴向间隔开且相反的第一切削表面和第二切削表面，一个或多个切割出屑槽构建第一切割槽和第二切割槽，第一切割槽由第一切削表面限定并且是穿过本体的第一开口能接近的，第二切割槽由第二切削表面限定并且是穿过本体的第二开口能接近的，当第一和第二焊接电极的焊接面分别被接收到第一和第二切割槽中并且切割刀具转动时，第一切割槽构造为切割第一焊接面几何形状成为第一焊接电极的焊接面，第二切割槽构造为切割第二焊接面几何形状成为第二焊接电极的焊接面，并且其中第一焊接面几何形状包括平的基体焊接面表面或圆丘基体焊接面表面，并且第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

2、如方案1中所述的切割刀具，其中一个或多个切割出屑槽的每个包括在本体的内表面支撑切割刃的细长足部。

3、如方案2中所述所述的切割刀具，其中一个或多个切割出屑槽的每个的细长足部摩擦配合在由本体的内表面中的凹陷表面限定的保持通道内，以将切割部件固定地保持在本体内。

4、如方案2中所述的切割刀具，其中一个或多个切割出屑槽的每个的细长足部与本体的内表面整体成型，以将切割部件固定地保持在本体内。

5、如方案1中所述的切割刀具，其中第一焊接面几何形状包括具有3mm至16mm的直径和8mm至400mm的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面。

6、如方案1中所述的切割刀具，其中第二焊接面几何形状包括具有8mm至20mm的直径和15mm至300mm的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面，还包括围绕焊接面轴线的从两个到十个的任何数量的竖立环形脊，所述竖立环形脊从紧紧围绕焊接面轴线的最内竖立环形脊到最远离焊接面轴线的最外竖立环形脊在直径上增加，竖立环形脊以50μm至1800μm的距离间隔分布在圆丘基体焊接面表面上，并且每个竖立环形脊具有范围从20μm至500μm的脊高度。

7、如方案1中所述的切割刀具，其中切割部件包括具有第一切割刃的第一切割出屑槽、具有第二切割刃的第二切割出屑槽、具有第三切割刃的第三切割出屑槽、和具有第四切割刃的第四切割出屑槽，第一、第二、第三和第四切割刃彼此圆周间隔分布，以使第一、第二、第三和第四切割刃的每个横向于它的两个圆周相邻切割刃的每个而取向，其中第一、第二、第三和第四切割刃的每个包括轴向间隔和相反的第一和第二切削表面，第一、第二、第三和第四切割刃的第一切削表面限定第一切割槽，并且第一、第二、第三和第四切割刃的第二切削表面限定第二切割槽。

8、如方案7中所述的切割刀具，其中对齐的第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面的每个具有下端部，下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘，并且其中对齐且还横向于第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面而取向的第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面的每个具有下端部，所述下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘，并且还包括至少部分地从前缘延伸到后缘的多个陷入凹槽。

9、如方案8中所述的切割刀具，其中延伸横穿第二切削刃的第二切削表面和第四切削刃的第二切削表面的下端部的陷入凹槽是平直的或弯曲的。

10、如方案7中所述的切割刀具，其中第一和第三切割刃的每个的第一切削表面具有从其各自下端部延伸并且是凸形形状的上端部，第一和第三切割刃的每个的第一切削表面的上端部具有前缘和后缘，并且其中第二和第四切割刃的每个的第二切削表面包括从其各自下端部延伸并且是凸形形状的上端部，第二和第四切割刃的每个的第二切削表面的上端部具有前缘和后缘。

11、一种能够修整第一焊接电极和第二焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具，所述切割刀具包括：

沿着第一端和第二端之间的中心轴线纵向延伸的本体，和

在本体内的切割部件，切割部件构建能穿过本体的第一端上的第一开口接近的第一切割槽，还构建能穿过本体的第二端上的第二开口接近的第二切割槽，切割部件包括切割出屑槽，切割出屑槽包括切割刃，切割刃具有轴向间隔和相反的第一切削表面和第二切削表面，第一切削表面和第二切削表面分别至少部分地限定第一和第二切割槽，其中第一切削表面包括成型为切割第一焊接面几何形状的下端部，第一焊接面几何形状包括平的基体焊接面表面或圆丘基体焊接面表面，并且其中第二切削表面包括成型为切割第二焊接面几何形状的下端部，第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

12、如方案11中所述的切割刀具，其中第一焊接面几何形状包括具有3mm至16mm的直径和8mm至400mm的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面。

13、如方案11中所述的切割刀具，其中第二焊接面几何形状包括具有8mm至20mm的直径和15mm至300mm的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面，还包括围绕焊接面轴线的从两个到十个的任何数量的竖立环形脊，所述竖立环形脊在直径上从紧紧围绕焊接面轴线的最内竖立环形脊到最远离焊接面轴线的最外竖立环形脊增加，竖立环形脊以50μm至1800μm的距离间隔分布在圆丘基体焊接面表面上，并且每个竖立环形脊具有范围从20μm至500μm的脊高度。

14、如方案11中所述的切割刀具，其中切割部件包括具有第一切割刃的第一切割出屑槽、具有第二切割刃的第二切割出屑槽、具有第三切割刃的第三切割出屑槽、和具有第四切割刃的第四切割出屑槽，第一、第二、第三和第四切割刃彼此圆周间隔分布，以使第一、第二、第三和第四切割刃的每个横向于它的两个圆周相邻切割刃的每个而取向，其中第一、第二、第三和第四切割刃的每个包括轴向间隔和相反的第一切削表面和第二切削表面，第一、第二、第三和第四切割刃的第一切削表面限定第一切割槽，并且第一、第二、第三和第四切割刃的第二切削表面限定第二切割槽。

15、如方案14中所述的切割刀具，其中对齐的第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面的每个具有下端部，下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘，并且其中对齐且还横向于第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面而取向的第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面的每个具有下端部，所述下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘，并且还包括至少部分地从前缘延伸到后缘的多个陷入凹槽。

16、如方案11中所述的切割刀具，其中本体和切割部件整体成型。

17、如方案11中所述的切割刀具，其中本体和切割部件是固定在一起的分开的独立件。

18、一种修整具有不对称焊接面几何形状的焊接电极的方法，所述方法包括：

提供包括本体和本体内的切割部件的切割刀具，切割部件包括一个或多个切割出屑槽，切割出屑槽构建第一切割槽和第二切割槽，第一切割槽是穿过本体的第一端上的第一开口能接近的，并且第二切割槽是穿过本体的第二端上的第二开口能接近的；

在切割刀具的第一切割槽中接收第一焊接电极的第一焊接面；

在切割刀具的第二切割槽中接收第二焊接电极的第二焊接面；和

转动切割刀具来切割和复原第一焊接面中的第一焊接面几何形状和第二焊接面中的第二焊接面几何形状，第一焊接面几何形状包括平的基体焊接面表面或圆丘基体焊接面表面，并且第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

19、如方案18中所述的方法，其中转动切割刀具包括围绕第一和第二焊接面轴线在一圈到十圈整圈转动之间转动切割刀具，以使在复原第一焊接面几何形状和第二焊接面几何形状期间，从第一焊接面和第二焊接面的每个去除10μm至500μm范围的材料深度。

20、如方案18中所述的方法，还包括：

在切割刀具的第一切割槽接收第一焊接面并在切割刀具的第二切割槽接收第二焊接面之前，在叠加且相邻的钢工件和铝工件之间形成一组十个到一百个的焊接接头。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施方式的切割刀具，特别是切割刀具的第一切割槽的透视图；

图2是图1所画的切割刀具，特别是切割刀具的第二切割槽的透视图；

图3是根据本公开一个实施方式的图1-2所画的切割刀具的分解图，显示了彼此分开的本体和切割部件；

图4是根据本公开一个实施方式的图1-2所画的切割刀具的截面图；

图5是根据本公开一个实施方式的图1-2所画的切割刀具的第一切割槽的平面图；

图6是根据本公开一个实施方式的图1-2所画的切割刀具的第二切割槽的平面图；

图7是图5中沿着线7-7截取的切割出屑槽之一的刃部的截面图；

图8是图6中沿着线8-8截取的切割出屑槽之一的刃部的截面图；

图9是图2中所示的切割部件的第二切削表面的局部放大视图，其中这些表面的两个限定多个陷入凹槽；

图10是根据本公开一个实施方式的包括第一焊接面几何形状的焊接电极的整体透视图；

图11是根据本公开一个实施方式的包括不同于第一焊接面几何形状的第二焊接面几何形状的焊接电极的整体透视图；

图12是图11所示的焊接电极的焊接面的放大截面图；

图13是层叠工件的整体截面图，层叠工件包括钢工件和以叠加方式组装的相邻铝工件，位于第一焊接电极和第二焊接电极之间，其中第一和第二焊接电极具有不同的焊接面几何形状；

图14是根据本公开一个实施方式的层叠工件的整体截面图，层叠工件包括钢工件和以叠加方式组装的相邻铝工件，位于第一焊接电极和第二焊接电极之间，其中第一和第二焊接电极具有不同的焊接面几何形状，然而这里层叠工件包括另外的钢工件(即两个钢工件和一个铝工件)；

图15是根据本公开一个实施方式的层叠工件的整体截面图，层叠工件包括钢工件和以叠加方式组装的相邻铝工件，位于第一焊接电极和第二焊接电极之间，其中第一和第二焊接电极具有不同的焊接面几何形状，然而这里层叠工件包括另外的铝工件(即两个铝工件和一个钢工件)；

图16是在电流经过焊接电极之间并且穿过层叠工件期间图13中所示的层叠工件和焊接电极的整体截面图，其中电流的经过导致位于与钢工件相邻的铝工件的熔化，并且在铝工件内产生熔融铝焊接熔池；

图17是在电流停止经过焊接电极之间并且穿过层叠工件之后，图13所示的层叠工件和焊接电极的整体截面图，其中熔融铝焊接熔池固化为焊接接头，其将相邻的铝工件和钢工件结合在一起；和

图18描绘了第一和第二焊接电极的至少焊接面的修整，其中第一焊接电极被接收在切割刀具的第一切割槽中，第二焊接电极被接收在切割刀具的第二切割槽中。

具体实施方式

公开的切割刀具可以同时切割和复原经受不同老化机理的两个焊接电极的不对称焊接面几何形状。切割刀具可以用作用于电阻点焊包括相邻和叠加的钢工件和铝工件的层叠工件的方法的一部分。特别是，可以利用具有第一焊接面的第一焊接电极和具有第二焊接面的第二焊接电极以使电流在焊接位置穿过层叠工件。第一焊接面的几何形状和第二焊接面的几何形状是不对称的，因为需要补偿相邻的钢工件和铝工件的不同物理性能。随着时间的推移，第一和第二焊接面变得老化至这样的程度以致对点焊操作产生不利影响。为了处理这种情况，切割刀具可以分别用于周期性地再修整第一和第二焊接电极的第一和第二焊接面。再修整焊接面包括在第一切割槽中接收第一焊接面和在第二切割槽中接收第二焊接面，随后围绕第一和第二焊接面的轴线转动切割刀具来切割焊接面和复原它们的几何形状。

参照图1-18描述切割刀具以及在电阻点焊包括相邻且叠加的钢和铝工件的层叠工件的情况中的使用该切割刀具的方法。切割刀具构造为同时修整两个焊接电极的焊接面，即使基于钢和铝工件之间的物理性能的显著差异(如，熔点、热传导性、电导性、升高温度下的强度等)，焊接面的几何形状被设计为不对称的。与通过它们自己专用的切割刀具分别地修整相反的，以这种方式，两个焊接电极的焊接面可以使用同一切割刀具在单次操作中周期性地修整，来复原它们的初始的独特几何形状。使用相同切割刀具修整焊接面是更加有效的，并且无论何时需要都可以进行以抵消焊接面老化机理，如果允许老化机理发展而不干预，会迅速地危害焊接电极和焊缝质量，并且最终致使它们在点焊操作中不适合继续使用。切割刀具可以用于尽可能多的修整焊接面直到由于修整操作导致的累积材料损失，焊接面不再支持修整。

切割刀具的优选实施方式在图1-9中示出并且由附图标记10标记。切割刀具10包括本体12和切割部件14。本体12限定在本体12的第一端22上的第一开口20和本体12的第二端26上的第二开口24之间沿着中心轴18纵向延伸的通孔16。每个开口20、24处于垂直于通孔16的中心轴18，以使第一开口20的平面28和第二开口22的平面30彼此平行并且与中心轴18以90°角相交，如图4所示。切割部件14由本体12固定地保持在通孔16中。切割部件14构建第一切割槽32和第二切割槽34。第一切割槽32是穿过本体12的第一开口20可接近的，第二切割槽34是穿过本体12的第二开口24可接近的。

本体12和切割部件14由能够经受焊接电极修整操作的硬材料构造。例如，本体12和切割部件14的每个可以由刀具钢，如S7或M2刀具钢制成。此外，切割部件14可以用不同的方式由本体12固定地保持，以致当刀具10操作时使刀具10的这两个部分相对彼此不能移动。在一个实施方式中，本体12和切割部件14可以是分开的单独件，它们被组装和固定在一起来构成切割刀具10。这可以以大量方式实现，包括机械锁定、熔焊、硬钎焊、软钎焊、粘结结合、或这些技术中的任何的组合。在另一个实施方式中，本体12和切割部件14整体成型，例如，由单件固体的刀具钢机加工成型，就本体12和切割部件14没有在先前以分开工件存在而言以构造单个整体件。

本体12包括在本体12的轴向间隔开的第一和第二端22、26之间延伸的环形壁36。环形壁36具有内表面38和外表面40。环形壁36的内表面38限定穿过本体12的通孔16，通孔16包括第一和第二开口20、24。内表面38具有基表面42，和压入环形壁36来划定一个或多个保持通道46的一个或多个凹入表面44。如果本体12和切割部件14不是整体成型的，一个或多个保持通道46用作将切割部件14保持在通孔16内。并且，这里如图3所示，保持通道46可以包括多个轴向保持通道46a，其从本体12的第一端22轴向延伸到第二端26并且围绕内表面38圆周间隔分布，可以还包括圆周保持通道46b，其围绕内表面38圆周延伸并且与每个轴向保持通道46a相交。

环形壁36的外表面40包括整体锁止螺母48和整体径向凸缘50。整体锁止螺母48在本体12的第一端和第二端22、26之间从环形壁36的中心部分突出，并且具有在圆周间隔的轴向边缘54相交的多个平表面52(图2)。在优选实施方式中，整体锁止螺母48包括围绕环形壁36的外表面40六角设置的具有相等尺寸的六个平表面52。整体径向凸缘50邻接并靠在整体锁止螺母48的靠近本体12的第一或第二端22、26的轴向端上。这里，在图1-9中，整体径向凸缘50位于靠近第一端22，然而如果需要，它能够更容易的位于靠近第二端26。如图2和6中最佳所示，整体径向凸缘50向外径向延伸超过整体锁止螺母48的平表面52，来提供从每个平表面52横向伸出的半圆形座表面56。整体锁止螺母48和整体径向凸缘50的组合使切割刀具10能够被接收和锁紧在可旋转的切割刀具刀架，如卡盘内。

切割部件14包括构建第一和第二切割槽32、34的一个或多个切割出屑槽58。一个或多个切割出屑槽58构造为修整接收在第一和第二切割槽32、34中的焊接面，和通过当切割刀具10围绕通孔16的中心轴18转动时产生的剪切动作，对这些焊接面恢复非对称几何形状。每个切割出屑槽58包括通过跨越环形壁36的整个轴向尺寸的细长足部62支撑在环形壁36的内表面38的刃60。从一个到四个的任何数量的切割出屑槽58可以作为切割部件14的一部分存在。在优选实施方式中，这里如图1-6中所示，一个或多个切割出屑槽58包括第一切割出屑槽58a、第二切割出屑槽58b、第三切割出屑槽58c、和第四切割出屑槽58d。四个切割出屑槽58a、58b、58c、和58d的刃60和细长足部62在图1-6中因而分别由附图标记60a、60b、60c、60d和62a、62b、62c、62d标记。

在所示实施方式中，细长足部62a、62b、62c、62d中的每个细长足部轴向插入环形壁36的内表面38的轴向保持通道46a之一中，并且由于保持通道46a和细长足部62的紧密互补形状，通过摩擦紧紧保持就位，如图3中最佳所示。此外，为了进一步固定切割出屑槽58a、58b、58c、58d就位，特别是防止切割出屑槽58a、58b、58c、58d在通孔16内不需要的轴向移动，径向向外偏置进入圆周保持通道46b中的径向弹簧垫圈64可以接收在限定在每个细长足部62a、62b、62c、62d的后端中的横向槽66中并延伸穿过该横向槽66。除了或代替轴向可插入细长足部62a、62b、62c、62d和径向弹簧垫圈64，可以采用用于在通孔16内将切割出屑槽58a、58b、58c、58d固定地保持到环形壁36的内表面38的其它机构。当然，在另一个实施方式中，如先前所示，切割出屑槽58a、58b、58c、58d的细长足部62a、62b、62c、62d可以与环形壁36的内表面38整体成型，以使本体12和切割部件14构造为单个整体件。

切割出屑槽58a、58b、58c、58d的刃60a、60b、60c、60d从环形壁36的内表面38向内突出，并且在通孔16内中心地相互连接。刃60a、60b、60c、60d围绕中心轴18以规律的间隔彼此圆周间隔分布，以使每个刃60横向于它的两个圆周相邻刃60的每个而取向。刃60a、60b、60c、60d的每个包括轴向间隔且相反的第一和第二切削表面68、70。特别是，在这个实施方式中，第一切割出屑槽58a的刃60a包括靠近本体12的第一端22的第一切削表面68a和靠近本体12的第二端26的第二切削表面70a。其它切割出屑槽58b、58c、58d的刃60b、60c、60d包括相对于本体12的第一和第二端22、26相似地布置的第一和第二切削表面68b、70b、68c、70c、68d、70d。因此，在这个实施方式中，通过切割出屑槽58构建的第一和第二切割槽32、34分别由第一切削表面68a、68b、68c、68d和第二切削表面70a、70b、70c、70d共同限定。

第一切削表面68a、68b、68c、68d成型为切割和恢复第一几何形状的电极焊接面，第二切削表面70a、70b、70c、70d成型为切割和恢复不同于第一几何形状的第二几何形状的电极焊接面。当刀具10围绕通孔16的中心轴18转动的同时，第一切削表面68a、68b、68c、68d和第二切削表面70a、70b、70c、70d的不同轮廓允许切割刀具10对接收在第一切割槽32中的焊接电极恢复第一焊接面几何形状，同时对接收在第二切割槽34中的另一个焊接电极恢复第二焊接面几何形状。以这种方式，切割刀具10能够修整具有不对称焊接面几何形状的两个焊接电极，当使用不同的焊接电极进行电阻点焊时，例如，当被焊接的层叠工件包括铝工件和相邻钢工件时，这是有用的修整做法。

分别通过第一切削表面68和第二切削表面70切割的第一和第二焊接面几何形状被设计为电阻点焊包括相邻且叠加的钢工件和铝工件的层叠工件。焊接面几何形状的设计在较大程度上是根据待点焊在一起的钢工件和铝工件的材料不同的物理性能。特别是，配置在钢侧焊接电极的第一焊接面几何形状被设计为在钢工件内集中电流(相对于铝工件)，并且在电流流动期间还使钢工件产生一些变形。这带来的好处是钢工件的热和电的低导性，以及其相对于铝工件的升高的熔点。在稍微不同的方式中，配置在铝侧电极的第二焊接面几何形状被设计为破坏铝工件上的耐火氧化层，并且包含在铝工件内发展的熔融铝焊接熔池。第二焊接面几何形状的尺寸和形状对包含的熔融铝焊接熔池在其发展时产生作用。

现在参考图1、5和7，至少一个切削表面68a、68b、68c、68d包括下端部72和上端部74。下端部72至少延伸到通孔16的中心轴18并且具有前缘76和后缘78。前缘76从远端80向上形成并且成型为切割至少第一焊接面几何形状和任何环绕过渡突出部成为焊接电极。恢复之后，具有第一几何形状的焊接面具有特定直径，和另外的特定平面或圆丘形状。下端部72的后缘78类似前缘76向上形成，但是偏移为低于前缘76，以使下端部72中的切削表面68从前缘76向后缘78以从3°到8°范围的正后角倾斜。正后角大体在图7中示出。

第一切削表面68的上端部74为凸出形状，并且从下端部72延伸到切割出屑槽58的细长足部62。上端部74具有前缘82和后缘84。像在下端部72中一样，这两个边缘82、84可以通过正后角偏移，但它们不是必须如此，因为上端部74不是必须参与切割第一焊接面几何形状。而是，上端部74的功能为在切割刀具10围绕通孔16的轴18转动期间，将焊接电极定心并向下朝向下端部72引导。实际上，当焊接电极被接收到第一切割槽32中并且切割刀具10被转动来恢复第一焊接面几何形状时，切削表面68的上端部74通常不会接触，因此不会切割焊接面和过渡突出部外部的焊接电极的相邻区域。

这里，在图1、5和7的实施方式中，两个对齐的第一切削表面68a、68c包括刚刚描述的下端部72，而另外两个对齐的第一切削表面68b、68d包括下端部72的变型，其中仅有的重要差异是远端80没有一直延伸到通孔16的轴18。四个切削表面68a、68b、68c、68d的每个还包括以上描述的上端部74用于引导和定心焊接电极。因而所有四个第一切削表面68a、68b、68c、68d成形为参与切割焊接面来恢复第一几何形状，同时还帮助对齐和引导焊接电极的焊接面到第一切割槽32内的适当位置。在这个实施方式中一起采用四个切削表面68a、68b、68c、68d来使其更容易和更节约时间的恢复第一形状。

图10中示出焊接电极200(也称为“第一焊接电极200”)，其包括第一焊接面几何形状并且通过一个或多个切割出屑槽58的第一切削表面68在第一切割槽32内可修整。第一焊接电极200包括本体202和焊接面204。电极本体202优选为圆柱形并且包括具有圆周2060的前端206。本体202在其前端圆周2060的直径2062优选在12mm至22mm的范围内，或者更窄的，在16mm至20mm的范围内。焊接面204放置于本体202的前端206并且具有圆周2040，圆周2040与本体202的前端206的圆周2060一致(全面电极)，或通过截锥或截顶球形形状的过渡突出部208从前端206的圆周2060向上设置到在2mm至10mm之间的距离。如果过渡突出部208是截锥形的，截断角优选从焊接面圆周2040的水平面在15°至40°之间。如果过渡突出部208是球形的，过渡突出部208的曲率半径优选范围在6mm至20mm范围，或者更窄地，在8mm至12mm之间。

焊接面204优选具有在其圆周2040测量的直径2042，该直径在3mm至16mm范围内，或者更窄的，在4mm至8mm的范围内。根据它的形状，焊接面204包括可以是平面或圆丘的基体焊接面表面210。如果是圆丘形的，基体焊接面表面210从焊接面204的圆周2040向上和向内上升以达到向上弯曲的凸形形状。例如，在一个特别实施方式中，基体焊接面表面210可以是球形圆丘形的，其中它具有曲率半径优选在8mm至400mm范围内、或更窄的在25mm至100mm范围内的球形轮廓。焊接面204的几何形状-无论在形状上是平面或是具有其规定直径2042的圆丘状-都可以通过在切割刀具10的第一切割槽32中接收老化焊接面204，随后围绕焊接面204的轴线212转动刀具10来切割和复原。这样做，一个或多个切割出屑槽58的第一切削表面68切削焊接面材料来暴露新的焊接面材料并且复原第一焊接面几何形状。

第一焊接电极200可以由适用于点焊应用的任何导电和导热材料构造，所述材料可能在焊接期间经历老化。例如，第一焊接电极200可以由铜合金构造，铜合金具有至少80％IACS、或更优选的至少90％IACS的导电率，和至少300W/mK、或更优选的至少350W/mK的导热率。可以用于第一焊接电极200的铜合金的一个特定示例是包含大约0.10wt％到大约0.20wt％锆和余量铜的铜锆合金(CuZr)。优选满足这个构成组分并且被标明为C15000的铜合金。也可以使用，没有在这里明确提到的，具有适当的机械性能以及导电和导热性能的其它铜合金组成以及其它金属组成，包括例如，C18200铜铬(CuCr)合金，C18150铜铬锆(CuCrZr)合金，或基于耐火的金属复合物，如钨铜金属复合物。

现在参考图2、6、8和9，至少一个的第二切削表面70包括下端部86和上端部88，非常类似于第一切削表面68。下端部86至少延伸到通孔16的中心轴18并且具有前缘90和后缘92。前缘90从远端94向上形成并且成型为切割至少第二焊接面几何形状和任何环绕过渡突出部成为焊接电极。复原之后，具有第二几何形状的焊接面具有特定直径，和另外的包括多个竖立环形脊的特定圆丘形状。下端部86的后缘92类似于前缘90向上形成，但是偏移为低于前缘90，以使下端部86内的切削表面70以从3°到8°范围的正后角从前缘90倾斜到后缘92。正后角在图8中示出。

如图9所示，下端部86中的第二切削表面70限定至少部分地从前缘90延伸到后缘92的多个陷入凹槽96，以使在切割刀具10的转动期间，陷入凹槽作为第二焊接面几何形状的一部分切割进入焊接面。可以是平直或弯曲的横穿第二切削表面70的陷入凹槽96，优选包括两个到十个凹槽，所述凹槽从前缘90到后缘92完全横穿切削表面70延伸。每个陷入凹槽96具有范围从20μm至500μm、或更窄的从50μm至300μm的高度(测量为在前缘90从切削表面70的最大陷入距离)。另外，陷入凹槽96沿着切削表面70间隔开(测量为在前缘90沿着切削表面70的相邻凹槽96中点之间的距离)范围从50μm至1800μm，或更窄的，从80μm至1500μm。在优选实施方式中，每个陷入凹槽96的底部具有恒定曲率半径，以形成钝的或圆形形状的截面，尽管其它替代截面形状肯定是可能的，包括截断的半环形和三角形。

陷入凹槽96可以以与第二切削表面70的正后角相同或不同的正后角从前缘90横穿第二切削表面70延伸。特别是，陷入凹槽96的从前缘90朝向后缘92的正后角范围可从1.5°到20°，或更窄的，从5°到15°。如果陷入凹槽96平直延伸穿过第二切削表面70，如图2和6所示，凹槽96的正后角优选大于8°，以允许在切割刀具10的转动期间在内槽壁与被切割和修复的竖立脊之间有足够的间隙。然而，如果陷入凹槽96是弯曲地穿过第二切削表面70来匹配被切割和修复的脊的弯曲，则正后角可以与第二切削表面70的后角相同或甚至小于第二切削表面70的后角(例如，低至1.5°)，因为凹槽96的弯曲本质上限制了内槽壁和被切割和复原的脊之间的干扰。

第二切削表面70的上端部88是凸形形状并且从下端部86延伸到切割出屑槽58的细长足部62。上端部88具有前缘98和后缘100。与在下端部86中一样，这两个边缘98和100可以通过正后角偏移，但它们不是必须如此，因为上端部88不是必须参与切割第二焊接面几何形状。而是，上端部88的功能为在切割刀具10围绕通孔16的中心轴18转动期间，定心和向下朝向下端部86引导焊接电极。实际上，当焊接电极被接收在第二切割槽34中并且切割刀具10转动来恢复第二焊接面几何形状时，切削表面70的上端部88通常不会接触，因此不会切割在焊接面和过渡突出部外部的焊接电极的相邻区域。

在图2、6、8和9的实施方式中，两个对齐的第二切削表面70b、70d包括刚刚描述的下端部86，而另外两个对齐的第二切削表面70a、70c包括下端部86的变型，其中不存在陷入凹槽96并且远端94没有一直延伸到通孔16的中心轴18。四个切削表面70a、70b、70c、70d的每个还包括上述上端部88用于引导和定心电极。因而所有四个第二切削表面70a、70b、70c、70d成形为帮助对齐和引导焊接电极的焊接面到第二切割槽34内的适当位置，并且进一步切割和恢复电极的过渡突出部区域。但是仅有包括陷入凹槽96的两个第二切削表面70b、70d实质上参与到切割焊接面来恢复作为第二焊接面几何形状的一部分的环形脊。此外，如图所示，如同相似地具有延伸到通孔16的中心轴18的远端80的第一切削表面68a、68c，具有延伸到通孔16的中心轴18的远端94的第二切削表面70b、70d不存在于相同刃60上。替代的，两组第一和第二切削表面68a、68c、70b、70d在切割部件14上彼此横向取向。

图11中示出焊接电极220(也称为“第二焊接电极220”)，其包括第二焊接面几何形状并且通过一个或多个切割出屑槽58的第二切削表面70在第二切割槽34内可修整。第二电极220包括电极本体222和焊接面224。电极本体222优选是圆柱形形状并且包括具有圆周2260的前端226。本体222在其前端圆周2260截取的直径2262优选在12mm至22mm的范围内，更窄的，在16mm至20mm的范围内。焊接面224布置于本体222的前端226并且具有圆周2240，圆周2240与本体222的前端226的圆周2260一致(全面电极)，或通过截锥或截断的球形形状的过渡突出部228，从前端226的圆周2260向上设置到在2mm至10mm之间的距离。如果过渡突出部228是截锥形的，截断角优选从焊接面圆周2240的水平面在30°至60°之间。如果过渡突出部228是球形的，过渡突出部228的曲率半径优选范围在6mm至12mm之间。

焊接面224优选具有在其圆周2240处测量的在8mm至20mm范围内，或更窄的，在10mm至15mm的范围内的直径2242。根据它的形状，焊接面224包括圆丘的基体焊接面表面230。这样，基体焊接面表面230从焊接面224的圆周2240向上和向内上升以获得向上弯曲的凸形形状。例如，在一个特别实施方式中，基体焊接面表面230可以是球形圆丘状的，其中它具有曲率半径优选在15mm至300mm范围内，或更窄的在20mm至50mm范围内的球形轮廓。此外，焊接面224包括从基体焊接面表面230向外突出的一系列竖立环形脊232。这些环形脊232通过加压和破碎通常涂敷在铝工件表面的机械坚硬和电绝缘的耐火氧化层，使第二焊接电极220建立与铝工件表面良好的机械和电接触。

该系列竖立环形脊232优选地关于焊接面224的轴线234定心和围绕焊接面224的轴线234。脊232从其上突出的基体焊接面表面230总计可以占焊接面224的表面面积的50％或更多，优选在50％-80％之间。剩余的表面面积被认为属于该系列的竖立环形脊232，其优选包括从两个到十个脊232，或更窄的从三个到五个脊232。几个竖立环形脊232在基体焊接面表面230上彼此径向间隔，以使竖立脊232，当从紧紧围绕焊接面224的轴线234的最内竖立脊232a(图12)向最靠近焊接面224的圆周2240从而离焊接面224的轴线234最远的最外竖立脊232b(图12)移动时，直径变大。

竖立环形脊232的尺寸和形状被经历一些改变而不牺牲它们的修整能力。在一个实施方式中，最佳如图11所示，每个竖立环形脊232具有封闭的圆周，意味着脊232的圆周是连续弯曲的，并且因此没有被明显隔断打断，另外由没有尖角的截面形状限定同时具有弯曲的(如图所示)或平的顶表面。此外，如图12所示，每个环形脊232还具有脊高度232h-在脊232-的中点取得-当以截面图观察时从基体焊接面表面230向上延伸。每个脊232的脊高度232h优选范围从20μm至500μm，或更窄的，从50μm至300μm。并且在基体焊接面表面230上的褶被232的间距通过在两个相邻脊232的中点之间距离被测量，脊232的间距优选范围从50μm至1800μm，或更窄的，从80μm至1500μm。每个环形脊232在横截面上优选是半圆形、截断半圆形、或三角形的。

焊接面224的几何形状——特别是具有竖立环形脊232的圆丘基体焊接面表面230和焊接面224的规定直径2242——可以通过在切割刀具10的第二切割槽34中接收老化焊接面224并且随后围绕焊接面224的轴线234转动刀具10进行切割和恢复。这样做，焊接面224上的竖立环形脊232被对准在至少部分地穿过一个或多个切割出屑槽58的第二切削表面70的陷入凹槽96中，并且切割刀具10的转动切削焊接面材料来暴露新的焊接面材料并且恢复第二焊接面几何形状。第一和第二焊接电极200、220的第一和第二焊接面几何形状可以通过在第一焊接面204和第二焊接面224分别被接收到第一和第二切割槽32、34中时转动切割刀具10被同时恢复。

类似于第一点焊接电极200，第二焊接电极220可以由适用于点焊应用的任何导电和导热材料构造，所述材料可能在焊接期间经历老化。例如，第二焊接电极220可以由铜合金构造，铜合金具有至少80％IACS，或更优选的至少90％IACS的导电率，和至少300W/mK，或更优选的至少350W/mK的导热率。像之前一样，可以用于第二焊接电极220的铜合金的一个特定示例是包含大约0.10wt％到大约0.20wt％锆和余量铜的铜锆合金(CuZr)。优选满足这个构成组分并且被标明为C15000的铜合金。也可以使用，没有在这里明确提到的，具有适当的机械性能以及导电和导热性能的其它铜合金组成以及其它金属组成，包括例如，C18200铜铬(CuCr)合金，C18150铜铬锆(CuCrZr)合金，或基于耐火的金属复合物，如钨铜金属复合物。

应当理解的是构造为修整不对称的第一和第二焊接面几何形状的其它切割出屑槽设计当然是可能的，并且可以用作替代切割出屑槽58a、58b、58c、58d-具有它们相对的第一和第二切削表面68a、68b、68c、68d、70a、70b、70c、70d-如图所示和如上所述。例如，切割部件14可以包括具有第一切削表面68和第二切削表面70的仅一个切割出屑槽58。轴向间隔的第一和第二切削表面68、70可以包括上述的下端部72、86。在另一个示例中，切割部件14可以包括两个相反的切割出屑槽58，其每个具有第一切削表面68和第二切削表面70。相反的切割出屑槽58的第一切削表面68和第二切削表面70可以分别以如同表面68a、68c和表面70b、70d的相同方式构造，如上所述。

如果需要，切割刀具10可以用于修整在电阻点焊中接合包括异质工件的层叠工件300的一对焊接电极，如图13-18所示。层叠工件300具有第一侧302和第二侧304，并且包括彼此叠加和紧靠以构建延伸穿过焊接位置312的搭接界面310的至少钢工件306和铝工件308。层叠工件300的第一侧302由钢工件表面314提供，并且第二侧304由铝工件表面316提供。因此，层叠工件300可以是仅包括相邻一对钢和铝工件306、308的“双层”层叠，或它可以是包括相邻钢和铝工件306、308加上另外钢工件318(如图14中所示钢-钢-铝)或另外铝工件320(如图15中所示钢-铝-铝)的“三层”层叠，只要相同基体金属组分的两个工件彼此紧接放置。在其它实施方式中，层叠工件300甚至可以是“四层”层叠，如钢-钢-钢-铝，钢-钢-铝-铝，或钢-铝-铝-铝。

钢工件306包括涂层或未涂层(即裸露)的多种多样的强度和等级中的任何种钢基板。涂层或未涂层的钢基板可以热轧或冷轧，并且可以包含钢，如低碳钢、无间隙钢、烘烤硬化钢、高强低合金(HSLA)钢、双相(DP)钢、复相(CP)钢、马氏体(MART)钢、相变诱导塑性(TRIP)钢、孪生诱导塑性(TWIP)钢和硼钢，如当钢工件306包括模压淬火钢(PHS)时。如果被涂层，钢基板优选包括由锌(如，热浸镀锌或电镀锌)、锌铁(镀锌)、锌镍合金、镍、铝、或铝硅合金制成的表面层。如本文使用的术语“钢工件”因此包含多种多样的不同等级和强度的钢基板，无论涂层或未涂层，还包括那些已经历预焊处理的钢基板，预焊处理例如在模压淬火钢的制造中像退火、淬火、和/或回火。考虑到钢基板的厚度和可能存在的任何表面涂层，钢工件306至少在焊接位置312具有范围从0.3mm至6.0mm、或更窄地从0.6mm至2.5mm的厚度3060。

铝工件308包括涂层或未涂层(裸露)的铝基板。铝基板可以由非合金的铝或包括至少85wt％铝的铝合金组成。可构成涂层或未涂层的铝基板的一些值得注意的铝合金是铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金、或铝锌合金。如果被涂层，铝基板优选包括为它的原生耐火氧化层的表面层，或替代的，它可以包括由锌、锡、或包含钛、锆、铬、或硅的氧化物的金属氧化转化涂层制成的表面层，如US2014/0360986中所述。考虑到铝基板的厚度和可能存在的任何表面涂层，铝工件308至少在焊接位置312具有范围从0.3mm至约6.0mm，或更窄地从0.5mm至3.0mm的厚度3080。

铝工件308的铝基板可以提供为锻造或铸造成型。例如，铝基板可以由4xxx、5xxx、6xxx、或7xxx系锻造铝合金板层、挤出件、锻件、或其它加工物件组成。替代的，铝基板可以由4xx.x、5xx.x、或7xx.x系铝合金铸造件组成。可以构成铝基板的一些更多特定种类的铝合金包括，但不限制于，AA5182和AA5754铝镁合金、AA6011和AA6022铝镁硅合金、AA7003和AA7055铝锌合金、和Al-10Si-Mg铝压铸合金。如果需要，铝基板还可以被用在各种回火，包括退火(O)、应变硬化(H)和固溶热处理(T)。如本文使用的术语“铝工件”因此包含非合金的铝和多种多样的铝合金基板，无论涂层或未涂层，以不同的可点焊形式，包括锻造板层、挤出件、锻件等以及铸造件，并且还包括已经历预焊处理的铝基板，如退火、应变硬化和固溶热处理。

提供层叠工件300的第一和第二侧302、304的钢工件表面314和铝工件表面316可以通过相邻且叠加的钢工件和铝工件306、308而显示出。例如，当两个工件306、308被层叠用于图13中所示的“两层”实施例情况下的点焊时，钢工件306包括搭接表面322和外部的外表面324，并且同样的，铝工件308包括搭接表面326和外部的外表面328。两个工件306、308的搭接表面322、326彼此叠加和接触以构建延伸穿过焊接位置312的搭接界面310。另一方面，钢工件和铝工件306、308的外部外表面324、328，在焊接位置312以相反方向朝向远离彼此，并且分别构成层叠工件300的钢工件表面和铝工件表面314、316。

术语“搭接界面310”在本公开中被广义的使用并且旨在包含相邻的钢和铝工件306、308的搭接表面322、326之间的直接和间接接触的情况。当搭接表面322、326物理上地紧靠并且没有被独立的介于中间的材料层分开时，它们彼此直接接触。当搭接表面322、326被独立的介于中间的材料层分开时，它们彼此间接接触——因此没有经历在直接接触中存在的界面物理紧靠的类型——但仍足够紧密彼此靠近，从而仍然可以进行电阻点焊。当可选中间材料层(未示出)在层叠工件300的成型期间在工件306、308相互叠加抵靠之前施加在搭接表面322、326之间时，通常导致钢和铝工件306、308的搭接表面322、326之间的间接接触。

可以存在于相邻钢和铝工件306、308的搭接表面322、326之间的中间材料层是还没固化的可热固化结构性粘结剂。这样的中间材料通常具有0.1mm至2.0mm的厚度，这允许点焊没有太大难度的穿过中间层。结构性粘结剂可以置于钢和铝工件306、308的搭接表面322、326之间，以便在点焊之后，层叠工件300可以在ELPO烤炉或其它设备中被加热来固化粘结剂并提供工件306、308之间的额外粘接。适当的可热固化结构性粘结剂的特定示例是可热固化环氧树脂，其可以包括填充颗粒，如二氧化硅颗粒，以便当固化时改变粘结剂的粘度或其它机械性能。多种可热固化环氧树脂是市售的，包括DOW Betamate 1486、Henkel5089、和Uniseal 2343。代替可热固化结构性粘结剂，其它类型的材料当然可以构成中间材料层。

当然，如图14-15所示，层叠工件300不限制于仅包括钢工件306和相邻铝工件308。层叠工件300还可以包括另外的钢工件318或另外的铝工件320——除了相邻钢和铝合金工件306、308之外——只要另外的工件与具有相同基体金属组分的工件306、308相邻放置；也就是，另外的钢工件318(如果存在)与其它钢工件306相邻放置，并且另外的铝工件320(如果存在)与其它的铝工件308相邻放置。至于另外工件的特征，以上提供的钢工件306和铝工件308的说明可适用于可以被包括在层叠工件300中的另外的钢工件或另外的铝工件。应当注意的是，尽管相同的总体说明适用，但不要求3T层叠的两个钢工件或两个铝工件就组分、厚度或形式(锻造或铸造)而言是相同的。

例如，如图14所示，层叠工件300可以包括上述相邻钢和铝工件306、308连同叠加且与钢工件306相邻放置的另外的钢工件318。当另外的钢工件318这样定位时，铝工件308的外部外表面328构成提供层叠工件300的第二侧304的铝工件表面316，如同之前，同时位于与铝工件308相邻的钢工件306现在包括一对相反的搭接表面322、330。钢工件306的搭接表面322面对和接触(直接或间接)铝工件308的相邻搭接表面326，如先前所述在两个工件306、308之间构建搭接界面310。钢工件306的另一个搭接表面330面对和叠加接触(直接或间接)另外的钢工件318的搭接表面332。这样，在这个特定布置的叠加工件308、306、318中，另外的钢工件318的外部外表面334现在构成提供层叠工件300的第一侧302的钢工件表面314。

在另一个示例中，如图15所示，层叠工件300可以包括上述相邻钢和铝工件306、308连同叠加和与铝构件308相邻放置的另外的铝工件320。当另外的铝工件320这样定位时，钢工件306的外部外表面324构成提供层叠工件300的第一侧302的钢工件表面314，如同之前，同时位于相邻于钢工件306的铝工件308现在包括一对相反的搭接表面326、336。铝工件308的搭接表面326面对和接触(直接或间接)钢工件306的相邻搭接表面322，如先前所述在两个工件306、308之间构建搭接界面310。铝工件308的另一个搭接表面336面对和叠加接触(直接或间接)另外的铝工件320的搭接表面338。这样，在这个特定布置的叠加工件306、308、320中，另外的铝工件320的外部外表面340现在构成提供层叠工件300的第二侧304的铝工件表面316。

现在转向图16-17，以上所述的第一焊接电极200和第二焊接电极220可以被用于电阻点焊层叠工件300。第一焊接电极200的焊接面204具有第一几何形状(通过切割刀具10的第一切割槽32可修整)并且第二焊接电极220的第二焊接面224具有第二几何形状(通过切割刀具10的第二切割槽34可修整)。焊接电极200、220被承载到任何适当类型的焊枪(未示出)上，包括C型或X型焊枪，并且电连接到能够根据编程焊接程序在焊接电极200、220之间并且穿过层叠工件300输送电流——优选在5kA到50kA范围内的直流电流——的电源。焊枪还可以安装有冷却剂管线和相关控制设备以便在点焊操作期间输送冷却剂流体，如水，到每个焊接电极200、220。

电阻点焊方法通过相对于层叠工件300定位第一和第二焊接电极200、220以使第一焊接面204面对钢工件表面314并且第二焊接面224面对铝工件表面316开始，如图16中所示。随后在焊接位置312在施加的夹持力下以彼此面对齐的方式将第一焊接面204和第二焊接面224按压在它们各自的钢工件表面和铝工件表面314、316。施加的夹持力优选范围从400lb到2000lb，或更窄的，从600lb到1300lb。虽然在这个附图中仅描绘了彼此叠加且相邻布置从而构建搭接界面310的钢工件和铝工件306、308，但电阻点焊方法的以下讨论同样适用于其中层叠工件300包括另外的钢工件318或另外的铝工件320(图14-15)的情况，即使为了清晰起见那些另外的工件318、320从附图中省略。

在第一焊接面204和第二焊接面224分别被按压在层叠工件300的钢和铝工件表面314、316之后，电流经由它们的面对齐的焊接面204、224在焊接电极200、220之间经过。在焊接电极200、220之间交换的电流穿过层叠工件300和横穿在相邻的钢和铝工件306、308之间构建的搭接界面310。电流流动的阻力熔化铝工件308并且在铝工件308内产生熔融铝焊接熔池350，其中所述电流优选是具有范围从5kA到50kA的电流水平的直流电流。熔融铝焊接熔池350在焊接位置312润湿钢工件308的搭接表面322并且穿透一定距离进入铝工件308，该距离从铝工件308的厚度3080的20％到100％范围内变化。

当电流流动停止，熔融铝焊接熔池350固化成焊接接头352，其在焊接位置312将钢和铝工件306、308焊接连接在一起，如图17所示，没有消耗工件306、308之间的搭接界面310。焊接接头352包括铝工件308的再凝固材料，而且还可以包括邻近于钢工件306的搭接表面322的Fe-Al金属间化合物的一个或多个反应层。一个或多个Fe-Al金属间层可以包括FeAl₃化合物，Fe₂Al₅化合物和可能的其它金属间化合物，并且通常具有1μm至5μm的组合的总厚度。焊接接头352在焊接位置312延伸进入铝工件308至一定距离，所述距离经常从铝工件308的厚度3080的20％到100％(100％是完全穿过铝工件308)范围内变化，正如先前存在的熔融铝焊接熔池350。

在停止电流经过焊接电极200、220之间并且不再需要由焊接电极200、220施加的夹持力之后，焊接电极200、220从它们各自的钢和铝工件表面314、316缩回。电阻点焊方法随后在相同或不同层叠工件300上的其它焊接位置312重复。电阻点焊操作中第一和第二焊接电极200、220的持续使用最终导致第一焊接面204和第二焊接面224变得老化。焊接面204、224的这种老化通常是不可避免的并且在某点开始干扰电流在焊接电极200、220之间和穿过层叠工件300的流通。当由于明显的焊接面老化电流流动被干扰时，焊接接头352的形成被扰乱，使其很难持续获得接头352中的良好强度性能。

层叠工件300中异质材料以及第一和第二焊接电极200、220的不同焊接面几何形状的组合，导致发生在第一焊接面204和第二焊接面224的不同形式的老化。例如，由于在钢工件表面314经历的高温和焊接面204上施加的夹持压力，第一焊接电极200的第一焊接面204可以以迅速增长的形式经历宏观变形，特别是当钢工件306包括高强度钢，如DP、TRIP、或其它。另外，第一焊接面204，如果由铜合金构造，可能在钢工件306上与锌(如果存在)反应，以在焊接面204上形成铜锌合金层，其加速宏观变形。另一方面，第二焊接电极220的第二焊接面224，如果由铜合金构造，可能经历在铜和铝之间的金属间反应，其形成铜铝反应产物。这个铜铝反应产物可以使焊接面224破裂且有凹陷。另外，竖立环形脊232经过一段时间可能变形或变平，这危害焊接面224的使电流流通进或出层叠工件300的能力。

无论何时需要，第一和第二焊接面204、224可由切割刀具10周期性地修整以抵消焊接面老化，并且因此延长第一和第二焊接电极200、220的可用操作寿命。特别是，第一和第二焊接电极200、220可以在形成从10到100个的任何数量的焊接接头352之后被修整。也就是，第一和第二焊接电极200、220可以用于形成从10个到100个的范围的第一组焊接接头352，随后使用切割刀具10修整。修整之后，第一和第二焊接电极200，220可以再一次用于形成从10个到100个的范围的第二组焊接接头352，随后使用切割刀具10又一次修整。对于每个焊接电极200、220，焊接和修整的这种模式可以持续直到由于修整操作导致的焊接面材料的累计消耗致使电极200、220不适合继续使用。由于使用切割刀具10的每个修整操作去除了范围从10μm至500μm、更优选的50μm至200μm的材料的深度，在不得不用具有相同焊接面几何形状的新电极替换之前，每个焊接电极200、220通常可以经受从10到500次的任意数量的修整操作。

可以进行使用切割刀具10来修整第一和第二焊接面204、224，而无需从焊枪上移除第一和第二焊接电极200、220。修整操作包括将切割刀具10安装到可转动刀架。第一和第二焊接电极200、220随后沿着切割刀具10的通孔16的中心轴18同时聚拢，以使第一焊接面204接收在第一切割槽32中并且第二焊接面224接收在第二切割槽34中，如图18所示。焊接面204、224的这种接收使它们分别接触切割部件14的一个多个切割出屑槽58的第一和第二切削表面68、70。这时，第二焊接面224上的竖立环形脊232与在第二切割出屑槽34的第二切削表面70中限定的匹配陷入凹槽96对准并接收在该匹配陷入凹槽96中。当第一和第二焊接面204、224这样被接收时，第一焊接面204的轴线212和第二焊接面224的轴线234与切割刀具10的通孔16的中心轴18同轴对齐。

切割刀具10围绕通孔16的中心轴18，以通常范围在100rpm到1000rpm，或更窄的，从200rpm到500rpm的速度，转动最少围绕焊接面204、224的轴线212、234的一圈到十圈、或更窄的四圈到六圈的整圈转动。在该转动期间，一个或多个切割出屑槽58的切削表面68、70的前缘76、90相似地围绕它们各自焊接面204、224的轴线212、234转动，同时保持与焊接面204、224接触。前缘76、90围绕焊接面204、224的这种转动运动切割第一和第二焊接面204、224和它们的相关过渡突出部208、228来暴露新的焊接面材料并且复原第一和第二焊接面几何形状。一旦第一和第二焊接面204、224已经被足够的修整，焊接电极200、220从第一和第二切割出屑槽32、34缩回，由于它们仍然由焊枪承载，可以快速回到使用中。

优选示例性实施方式和特定示例的以上说明本质上仅仅是说明性的；它们的目的不是限制以下权利要求的范围。所附权利要求中使用的每个术语应当被赋予其普通和习惯的含义，除非另外在说明书中特别地或清楚地被陈述。

Claims (10)

1.一种能够修整第一焊接电极和第二焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具，所述切割刀具包括：

具有第一端和第二端的本体，本体的第一端具有第一开口并且本体的第二端具有第二开口；和

在本体内的切割部件，切割部件具有一个或多个切割出屑槽，一个或多个切割出屑槽的每个从本体的内表面向内延伸并且包括切割刃，切割刃具有轴向间隔开且相反的第一切削表面和第二切削表面，一个或多个切割出屑槽构建第一切割槽和第二切割槽，第一切割槽由第一切削表面限定并且是穿过本体的第一开口能接近的，第二切割槽由第二切削表面限定并且是穿过本体的第二开口能接近的，当第一和第二焊接电极的焊接面分别被接收到第一和第二切割槽中并且切割刀具转动时，第一切割槽构造为切割第一焊接面几何形状成为第一焊接电极的焊接面，第二切割槽构造为切割第二焊接面几何形状成为第二焊接电极的焊接面，并且其中第一焊接面几何形状包括平的基体焊接面表面或圆丘基体焊接面表面，并且第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

2.如权利要求1中所述的切割刀具，其中一个或多个切割出屑槽的每个包括在本体的内表面支撑切割刃的细长足部。

3.如权利要求2中所述所述的切割刀具，其中一个或多个切割出屑槽的每个的细长足部摩擦配合在由本体的内表面中的凹陷表面限定的保持通道内，以将切割部件固定地保持在本体内。

4.如权利要求2中所述的切割刀具，其中一个或多个切割出屑槽的每个的细长足部与本体的内表面整体成型，以将切割部件固定地保持在本体内。

5.如权利要求1中所述的切割刀具，其中第一焊接面几何形状包括具有3mm至16mm的直径和8mm至400mm的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面。

6.如权利要求1中所述的切割刀具，其中第二焊接面几何形状包括具有8mm至20mm的直径和15mm至300mm的曲率半径的球形圆丘基体焊接面表面，还包括围绕焊接面轴线的从两个到十个的任何数量的竖立环形脊，所述竖立环形脊从紧紧围绕焊接面轴线的最内竖立环形脊到最远离焊接面轴线的最外竖立环形脊在直径上增加，竖立环形脊以50μm至1800μm的距离间隔分布在圆丘基体焊接面表面上，并且每个竖立环形脊具有范围从20μm至500μm的脊高度。

7.如权利要求1中所述的切割刀具，其中切割部件包括具有第一切割刃的第一切割出屑槽、具有第二切割刃的第二切割出屑槽、具有第三切割刃的第三切割出屑槽、和具有第四切割刃的第四切割出屑槽，第一、第二、第三和第四切割刃彼此圆周间隔分布，以使第一、第二、第三和第四切割刃的每个横向于它的两个圆周相邻切割刃的每个而取向，其中第一、第二、第三和第四切割刃的每个包括轴向间隔和相反的第一和第二切削表面，第一、第二、第三和第四切割刃的第一切削表面限定第一切割槽，并且第一、第二、第三和第四切割刃的第二切削表面限定第二切割槽。

8.如权利要求7中所述的切割刀具，其中对齐的第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面的每个具有下端部，下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘，并且其中对齐且还横向于第一切割刃的第一切削表面和第三切割刃的第一切削表面而取向的第二切割刃的第二切削表面和第四切割刃的第二切削表面的每个具有下端部，所述下端部具有向上成型的前缘和在前缘之下偏移正后角的向上成型的后缘，并且还包括至少部分地从前缘延伸到后缘的多个陷入凹槽。

9.一种能够修整第一焊接电极和第二焊接电极的不对称焊接面几何形状的切割刀具，所述切割刀具包括：

沿着第一端和第二端之间的中心轴线纵向延伸的本体，和

在本体内的切割部件，切割部件构建能穿过本体的第一端上的第一开口接近的第一切割槽，还构建能穿过本体的第二端上的第二开口接近的第二切割槽，切割部件包括切割出屑槽，切割出屑槽包括切割刃，切割刃具有轴向间隔和相反的第一切削表面和第二切削表面，第一切削表面和第二切削表面分别至少部分地限定第一和第二切割槽，其中第一切削表面包括成型为切割第一焊接面几何形状的下端部，第一焊接面几何形状包括平的基体焊接面表面或圆丘基体焊接面表面，并且其中第二切削表面包括成型为切割第二焊接面几何形状的下端部，第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。

10.一种修整具有不对称焊接面几何形状的焊接电极的方法，所述方法包括：

提供包括本体和本体内的切割部件的切割刀具，切割部件包括一个或多个切割出屑槽，切割出屑槽构建第一切割槽和第二切割槽，第一切割槽是穿过本体的第一端上的第一开口能接近的，并且第二切割槽是穿过本体的第二端上的第二开口能接近的；

在切割刀具的第一切割槽中接收第一焊接电极的第一焊接面；

在切割刀具的第二切割槽中接收第二焊接电极的第二焊接面；和

转动切割刀具来切割和复原第一焊接面中的第一焊接面几何形状和第二焊接面中的第二焊接面几何形状，第一焊接面几何形状包括平的基体焊接面表面或圆丘基体焊接面表面，并且第二焊接面几何形状包括圆丘基体焊接面表面和从圆丘基体焊接面表面向外突起的一系列竖立环形脊。