CZ293418B6

CZ293418B6 - Způsob lineárního třecího svařování pro výrobu ráfků kol

Info

Publication number: CZ293418B6
Application number: CZ1999492A
Authority: CZ
Inventors: Murray Mahoney
Original assignee: Meritor Light Vehicle Systems, Inc.
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2004-04-14
Also published as: CZ49299A3; CA2262784C; DE69708303T2; CA2262784A1; JP2000516540A; EP0921892A1; US5682677A; DE69708303D1; WO1998006532A1; AU732681B2; BR9711116A; EP0921892B1; ES2163793T3; KR100489150B1; AU3828297A; KR20000023842A

Abstract

Způsob výroby ráfků kol pro motorová vozidla zahrnuje využití lineárního třecího svařování. Obecně rovinná deska kovového materiálu je umístěna do svinuté polohy, přičemž se oba její konce vzájemně bočně o sebe opírají. Těmito opírajícími konci je kmitáno nebo pohybováno obecně přímočarým pohybem vzájemně proti sobě za účelem zvýšení teploty kovového materiálu na každém konci. Po dostatečném zvýšení teploty, avšak bez dosažení teploty tání kovového materiálu, je přímočarý pohyb zastaven. Konce jsou poté vůči sobě přesně vyrovnány a jsou k sobě prostřednictvím působení zvýšené osové síly přitlačovány. Po vychladnutí jsou oba konce spolu trvale spojeny svarovým spojem, který je v podstatě bez jakýchkoliv kazů.ŕ

Description

Způsob lineárního třecího svařování pro výrobu ráfků kol

Oblast techniky

Vynález se obecně týká způsobu výroby ráfků kol pro motorová vozidla, který zahrnuje použití lineárního třecího svařování.

Dosavadní stav techniky

Ráfky kol pro motorová vozidla jsou obvykle vyráběny postupem, který zahrnuje odporově svařování na tupo odtavením, které se provádí před operacemi obrubování či lemování a tváření profilů mezi válci.

Konvenční známé způsoby svařování ráfků kol mají celou řadu výrazných nedostatků. Například odporové svařování na tupo odtavením způsobuje nezbytnost dodatečného opracování a rovněž způsobuje možnost vytváření nežádoucích plochých míst. Tato nežádoucí plochá místa jsou při vytváření ráfků kol velmi nebezpečná, neboť mohou vytvářet kontinuální netěsné dráhy, které 20 mohou způsobit to, že ráfek kola bude zcela k nepotřebě.

V důsledku toho pak během výrobního procesu nebo po jeho ukončení musejí být ráfky kol podrobeny zkoušce těsnosti ponorem. Tento proces je velice časově náročný a může být i nadměrně nákladný v důsledku jeho vysoké pracnosti.

Navíc pak odporové svařování na tupo odtavením vyžaduje vysokou energetickou spotřebu. Jinou jeho nevýhodou jsou pak opatření, která musejí být přijímána za účelem minimalizace rizik, spjatých s vypouštěním škodlivých látek do okolního ovzduší. Při odporovém svařování na tupo odtavením dochází rovněž ke tvorbě přebytečných výronků materiálu, které zvyšují náklady 30 na počáteční vstupní surový materiál.

Kromě toho bývají moderní ráfky kol vyráběny z různých materiálů, přičemž může být velmi obtížné podrobovat takové materiály procesu odporového svařování na tupo odtavením. A navíc je nutno používat různých svařovacích strojů pro svařování různých materiálů, jako je například 35 ocel nebo hliník.

A dále potom konvenční svařovací praktiky, jako je například odporové svařování na tupo odtavením, mění konečnou mikrostrukturu materiálu nežádoucím způsobem, výsledkem čehož je pak snížená tvářitelnost materiálu.

Ze shora uvedeného vyplývá, že je velice žádoucí vyvinout takový způsob výroby ráfků kol, který zvýší rychlost výroby, a který překoná i ostatní nedostatky, spojené s konvenčními způsoby výroby.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je výrobní postup, který odstraňuje vady a nedostatky známých konvenčních výrobních postupů. U tohoto výrobního postupu je použito třecího svařování za 50 účelem dosažení mnohem spolehlivějších svařovaných spojů a za účelem odstranění nedostatků, ke kterým dochází při odporovém svařování na tupo odtavením.

Lineární třecí svařování je postupem, který byl používána je velmi dobře znám v kosmickém průmyslu. Obecně jde o uvedení dvou kovových předmětů do přímého styku pod osovým zatíže

-1 CZ 293418 B6 ním. Těmito kovovými předměty je poté pohybováno vzájemně vůči sobě obecně lineárním či přímočarým způsobem za účelem zvýšení teploty kovového materiálu. Ještě předtím, než teplota dosáhne bodu tání kovového materiálu, je relativní lineární přímočarý pohyb zastaven, načež je osové zatížení zvýšeno, takže jsou oba kovové předměty vzájemně proti sobě přitlačovány. Výsledkem je vysoce pevný spoj, který má stejnoměrnou mikrokrystalickou strukturu, a který je vysoce spolehlivý.

Obecně řečeno je způsob podle tohoto vynálezu určen pro výrobu ráfků kol pro motorová vozidla z obecně rovinných desek kovového materiálu.

Nejprve je rovinná deska kovového materiálu zpracována do obecně válcovitého nebo svinutého uspořádání. Tato rovinná deska kovového materiálu má dva konce, přičemž oba tyto konce jsou uspořádány tak, aby ležely čelně přímo proti sobě, když je rovinná deska kovového materiálu ve válcovitém uspořádání.

První konec je poté přitlačován proti druhému konci. Jedním koncem je potom pohybováno v obecně lineárním či přímočarém směru vzhledem k druhému konci, přičemž jsou oba konce udržovány vzájemně proti sobě. V důsledku tohoto relativního lineárního přímočarého pohybu dochází ke zvýšení teploty kovového materiálu na každém konci. Po dosažení zvýšení teploty na požadovanou hodnotu, avšak bez dosažení teploty tání kovového materiálu, je relativní lineární přímočarý pohyb zastaven.

Poté je jeden konec velmi přesně vyrovnán s druhým koncem a je proti tomuto druhému konci přitlačován s použitím síly, která má větší velikost, než síla, použitá k udržování obou konců u sebe v předcházejících krocích. V důsledku zvýšené teploty kovového materiálu a v důsledku zvýšené přítlačné síly jsou oba konce spolu vzájemně pevně spojeny.

Přehled obrázků na výkrese

Různé znaky a výhody předmětu tohoto vynálezu budou zřejmé pro odborníka zdané oblasti techniky z následujícího podrobnějšího popisu jeho příkladných provedení. Tento popis bude proveden s přihlédnutím k přiloženým výkresům, kde:

obr. 1 znázorňuje axonometrický pohled na rovinnou desku kovového materiálu, která bude použita pro výrobu ráfku kola v souladu s předmětem tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje materiál podle obr. 1 již ve svinutém uspořádání;

obr. 3A znázorňuje část provedení podle obr. 2 a schematicky zobrazuje počáteční fázi spojovacího procesu podle předmětu tohoto vynálezu;

obr. 3B znázorňuje pozdější fázi spojovacího procesu podle předmětu tohoto vynálezu;

obr. 3C znázorňuje schematicky dokončení spojovacího procesu podle předmětu tohoto vynálezu, a obr. 4 znázorňuje hotové kolo.

-2CZ 293418 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna obecně rovinná deska 20 kovového materiálu. Vhodnými kovovými materiály pro použití u způsobu podle tohoto vynálezu jsou hliníkové slitiny, ocelové slitiny nebo jiné kovové materiály.

Rovinná deska 20 kovového materiálu má tloušťku 26, šířku 27 a délku 28. Tloušťka 26 a šířka 27 určuje velikost čelní plochy na každém konci 22 a 24. U jednoho výhodného provedení je doporučovaná tloušťka 26 přibližně 3 mm, přičemž doporučovaná šířka 27 je přibližně 170 mm. Rozměry materiálu se pochopitelně mění v závislosti na požadavcích, týkajících se ráfku kola.

Na obr. 2 je znázorněna rovinná deska 20 kovového materiálu v obecně válcovém neboli svinutém uspořádání. Čelní plochy prvního konce 22 a druhého konce 24 jsou umístěny vzájemně přímo proti sobě. V souladu se způsobem podle tohoto vynálezu je čelní plocha prvního podélného konce 22 uvedena do přímého styku s čelní plochou druhého konce 24.

Konstrukce zařízení pro zpracování rovinné desky 20 kovového materiálu z obecně plochého uspořádání, znázorněného na obr. 1, do svinutého uspořádání, znázorněného na obr. 2, je pro odborníka z dané oblasti techniky zcela zřejmá, takže se jí není třeba v tomto popisu již nadále zabývat. Na obr. 2 je schematicky znázorněna přidržovací konstrukce H, která může sloužit k přidržování konců 22 a 24 u sebe, a rovněž může sloužit pro účely pohybování jedním koncem vzhledem k druhému konci.

Na obr. 3 je schematicky znázorněna počáteční fáze spojovacího procesu podle tohoto vynálezu. První konec 22 je umístěn do přímého styku s druhým koncem 24. Velmi důležité je, že celá čelní plocha prvního konce 22 je perfektně vyrovnána s celou čelní plochou druhého konce 24. Oba konce 22 a 24 jsou ksobě přitlačovány s použitím síly, která je na obr. 3A schematicky znázorněna šipkami 30 směru působící síly.

Poté, co byly oba konce 22 a 24 uvedeny do vzájemného styku, je první konec 22 rozkmitán nebo je s ním pohybováno po obecně lineární dráze vzhledem k druhému konci 24. První konec 22 s výhodou kmitá zpět a vpřed, jak je schematicky znázorněno na obr. 3A šipkami 32 směru kmitání. Prvním koncem 22 je s výhodou pohybováno na vzdálenost přibližně 3 mm v každém směru s kmitočtem přibližně 70 až 100 Hz. Tento proces pokračuje až do té doby, kdy se na prvním konci 22 a na druhém konci 24 projeví teplotní zvýšení.

Na obr. 3B je schematicky znázorněna následující část výrobního procesu. Poté, co dojde k přiměřenému zvýšení teploty kovového materiálu na prvním konci 22 a na druhém konci 24, je relativní lineární nebo kmitavý pohyb zastaven. Důležité je, že lineární pohyb je zastaven ještě předtím, než teplota kovového materiálu dosáhne jeho bodu tání.

Po zastavení relativního lineárního pohybu je prvním koncem 22 pohybováno tak, aby byl perfektně vyrovnán s čelní plochou druhého konce 24. Poté zvýšená síla, která je schematicky znázorněna na obr. 3B šipkami 34 směru působící zvýšené síly, přitlačuje první konec 22 proti druhému konci 24. V důsledku zvýšené teploty na prvním konci 22 a na druhém konci 24, dochází k vytlačování výronků 36 materiálu mezi prvním koncem 22 a druhým koncem 24. Veškeré tyto nežádoucí výronky 36 materiálu mohou být odstraněny ještě před vychladnutím anebo až po vychladnutí kovového materiálu. Po vychladnutí kovového materiálu je první konec 22 trvale připojen k druhému konci 24.

Na obr. 3C je schematicky znázorněn hotový spoj 40 mezi prvním koncem 22 a druhým koncem 24. Po dokončení shora uvedeného procesu může být ráfek kola rozválcován nebo opracován tvářením profilů mezi válci v souladu se známými konvenčními metodami za účelem uvedení ráfku kola do požadovaného tvaru.

-3CZ 293418 B6

Výroba ráfků kol způsobem podle tohoto vynálezu poskytuje velmi významné výhody. Tyto výhody zahrnují relativně velké úspory nákladů na surový materiál z důvodu snížených výronků materiálu, odstranění nutnosti provádění zkušebních testů těsnosti v důsledku přesnosti a spo5 lehlivosti shora popsaného procesu lineárního třecího svařování, snížení spotřeby energie, jakož i snížení množství škodlivin, vypouštěných do ovzduší.

A navíc výrobní proces podle tohoto vynálezu poskytuje jemnozmnou plně rekrystalizovanou mikrostrukturu, která nemá žádné kazy. A dále má válec ráfku kola výbornou tvářitelnost během 10 procesu rozválcování nebo tváření profilů mezi válci. Kromě toho není nutno používat pro různé materiály různá zařízení. Jinými slovy lze říci, že ocelové slitiny a hliníkové slitiny mohou být zpracovávány stejným zařízením, pokud je ráfek kola vyráběn v souladu se způsobem podle tohoto vynálezu.

Na obr. 4 je vyobrazeno hotové kolo 50, které má ráfek 51, opatřený mezi válci tvářenými okraji 52, přičemž je na ráfku 51 namontována pneumatika 54. Jak již bylo shora uvedeno, dochází při použití způsobu podle tohoto vynálezu ke zvýšení kvality hotového kola 50.

Shora uvedený popis je pouze příkladným a nikoli omezujícím. Různé varianty a modifikace 20 shora popsaného provedení budou zcela zřejmé pro odborníka z dané oblasti techniky, a to aniž by došlo k úniku z celkové myšlenky tohoto vynálezu. Proto tedy právní rozsah předmětu tohoto vynálezu může být vymezen pouze následujícími patentovými nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

30 1. Způsob výroby ráfku (51) kola pro motorová vozidla, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

(a) zpracování obecně rovinné desky (20) kovového materiálu, která má první podélný konec (22) a druhý podélný konec (24), do obecně válcovitého uspořádání, kdy první konec (22) leží

35 čelně proti druhému konci (24), (b) přitlačování prvního konce (22) proti druhému konci (24) s použitím první síly (30), mající první velikost a směr, který je obecně tangenciální vzhledem k uvedenému válcovitému uspořádání, když jsou uvedené konce (22,24) vzájemně proti sobě přitlačovány, (c) pohybování prvního konce (22) vzhledem k druhému konci (24) při současném udržování prvního konce (22) proti druhému konci (24) za účelem zvýšení teploty každého konce (22, 24), a

45 (d) přitlačování prvního konce (22) proti druhému konci (24) s použitím druhé síly (34), mající shora uvedený směr a druhou velikost, která je větší, než první velikost, takže oba konce (22, 24) se spolu pevně spojí.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok (c) je prováděn pohybová50 ním prvního konce (22) podél obecně lineární dráhy.

-4CZ 293418 B6

I
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se t í m , že krok (c) je prováděn opakovaným pohybováním prvního konce (22) podél obecně lineární dráhy v prvním směru na předem stanovenou vzdálenost a v opačném směru na předem stanovenou vzdálenost.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že obecně lineární dráha je obecně rovnoběžná s osou válcovitého uspořádání.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok (d) zahrnuje krok zastavení pohybu po kroku (c), vyrovnání prvního konce (22) a druhého konce (24) do předem stanoveného nastavení, přitlačování prvního konce (22) proti druhému konci (24) a poté ponechání prvního konce (22) a druhého konce (24) vychladnout.
6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rovinná deska (20) kovového materiálu obsahuje hliníkovou slitinu.
7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rovinná deska (20) kovového materiálu obsahuje ocelovou slitinu.
8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje krok obrábění ráfku za účelem vytvoření okrajů po provedení kroku (d).
9. Způsob výroby ráfku (51) kola pro motorová vozidla, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

(a) zpracování obecně rovinné desky (20) kovového materiálu, která má první podélný konec (22) a druhý podélný konec (24) s délkou (27), do obecně válcovitého uspořádání, kdy první konec (22) leží čelně proti druhému konci (24), (b) přitlačování prvního konce (22) proti druhému konci (24) s použitím první síly (30), mající první velikost a směr, který je obecně tangenciální vzhledem k uvedenému válcovitému uspořádání, když je uvedený první konec (22) umístěn čelně proti uvedenému druhému konci (24), (c) pohybování prvního konce (22) vzhledem k druhému konci (24) při současném udržování prvního konce (22) proti druhému konci (24) za účelem zvýšení teploty každého konce (22, 24), (d) zastavení pohybu po kroku (c), (e) přidržování prvního konce (22) proti druhému konci (24) tak, že celá délka prvního konce (22) je ve styku a vyrovnána s celou délkou (27) druhého konce (24), (f) přitlačování prvního konce (22) proti druhému konci (24) s použitím druhé síly (34), mající shora uvedený směr a druhou velikost, která je větší, než první velikost, a (g) umožnění snížení teploty prvního konce (22) a druhého konce (24), takže oba konce (22, 24) se spolu pevně spojí.
10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že krok (d) je proveden předtím, než teplota v kroku (c) dosáhne předem stanovenou teplotu tání kovového materiálu.

-5CZ 293418 B6
11. Způsob podle nároku 9, vyznačující se t í m , že dále obsahuje krok (h) zpracování ráfku tvářením profilů mezi válci po provedení kroku (g) za účelem tvarování okrajů na ráfku.