DE102013205850B4

DE102013205850B4 - Formverfahren zum Buckelschweißen von Buckeln

Info

Publication number: DE102013205850B4
Application number: DE102013205850.0A
Authority: DE
Inventors: Mark D. Gugel; Bradley J. Blaski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2033-04-04
Also published as: US20130263638A1; CN103358092B; US8991030B2; CN103358092A; DE102013205850A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Buckels auf einer Metallplatte umfasst, dass ein unteres Werkzeug mit einer Ausnehmung in der Gestalt des gewünschten Buckels vorgesehen wird, die Metallplatte oben auf das untere Werkzeug gelegt wird, ein Füllwerkstoff oben auf der Metallplatte positioniert wird und ein oberes Werkzeug auf den Füllwerkstoff abgesenkt wird, sodass der Füllwerkstoff in die Metallplatte hinein gezwungen wird und wiederum die Metallplatte in die Ausnehmung des unteren Werkzeuges zwingt, wodurch ein Buckel geformt wird, und der Buckel mit dem Füllwerkstoff gefüllt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Formen von Buckeln auf Metallblechen zum Verbessern des elektrischen Widerstandsschweißens der Metallbleche.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Metallplatten werden routinemäßig in einem elektrischen Widerstandsschweißprozess aneinandergeschweißt. Es werden Buckel auf einem der Bleche geformt und die Bleche werden oben aufeinandergelegt, sodass die Buckel des einen Blechs das andere Blech berühren. Die Schweißelektroden werden an der Stelle dieser Buckel angewendet, sodass der elektrische Strom an den Buckeln konzentriert wird. Wenn Schweißstrom angelegt wird, wird der Buckel geschmolzen und verschmilzt mit dem anderen Metallblech, um so die Bleche aneinanderzuschweißen.
Das Buckelschweißen duktilerer und leichterer Metalle wie z. B. Aluminium und Magnesium kann schwierig sein, da die Buckel vorzeitig knicken und den Schweißprozess nachteilig beeinflussen können.
Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zum Verbessern des Buckelschweißens von Blechmetallplatten durch Herstellen von Buckeln mit größerer Festigkeit vorzusehen, die einem vorzeitigen Knicken unter der Kraft der darauf angewendeten Elektrode widerstehen.
DE 10 39 016 A offenbart eine Vorrichtung zum Einpressen von Sicken in Bleche, wobei zur Erzeugung des erforderlichen Drucks zwei ortsfeste Richtwalzen vorgesehen sind und als Formwerkzeug zwei beiderseits des zu verformenden Blechs angeordnete Druckplatten dienen, die zusammen mit dem Blech zwischen den Walzen hindurchgeführt werden. Hierbei ist eine Platte mit aufgeschweißten Stäben versehen, während die andere Platte matrizenartig zugeordnete Aussparungen aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Buckels auf einer Metallplatte bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Buckels auf einer Metallplatte umfasst, dass ein unteres Werkzeug mit einer Ausnehmung in der Gestalt des gewünschten Buckels vorgesehen wird, die Metallplatte oben auf das untere Werkzeug gelegt wird, ein Füllwerkstoff oben auf der Metallplatte positioniert wird und ein oberes Werkzeug auf den Füllwerkstoff abgesenkt wird, sodass der Füllwerkstoff in die Metallplatte hinein gezwungen wird und wiederum die Metallplatte in die Ausnehmung des unteren Werkzeuges zwingt, wodurch ein Buckel geformt wird, und der Buckel mit dem Füllwerkstoff gefüllt wird.
Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele hierin, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich Illustrationszwecken dienen sollen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:

1 eine Seitenansicht eines oberen und eines unteren Werkzeuges ist, welche einen Buckel in einer Blechmetallplatte formen, wobei das obere Werkzeug in einer angehobenen Position gezeigt ist.
2 eine Vorderansicht des oberen und des unteren Werkzeuges von 1 ist.
3 eine Draufsicht des oberen und des unteren Werkzeuges von 2 ist.
4 eine Seitenansicht ähnlich 1 ist, aber eine auf die Blechmetallplatte von 1 abgesenkte Positionierungshalterung zeigt.
5 eine Vorderansicht ähnlich 2 ist, aber die Positionierungshalterung in ihrer abgesenkten Position zeigt.
6 eine Seitenansicht ähnlich 4 ist, aber einen in die Positionierungshalterung eingeführten Draht zeigt.
7 eine Vorderansicht ähnlich 5 ist, aber den in die Positionierungshalterung eingeführten Draht zeigt.
8 eine Seitenansicht ähnlich 6 ist, aber das obere Werkzeug in der abgesenkten Position beim Abschneiden des Drahtes und Zwingen des Drahtes in das Metallblech hinein zeigt.
9 eine Vorderansicht ähnlich 7 ist, aber das obere Werkzeug in einer abgesenkten Position zeigt.
10 eine Seitenansicht ähnlich 8 ist, aber das obere Werkzeug und die Positionierungshalterung über der Blechmetallplatte angehoben zeigt.
11 eine Vorderansicht ähnlich 9 ist, aber das obere Werkzeug und die Positionierungshalterung über der Blechmetallplatte angehoben zeigt.
12 eine Seitenansicht ist, welche die von dem unteren Werkzeug entfernte Blechmetallplatte und den darin geformten Buckel zeigt.
13 eine Vorderansicht ist, welche die von dem unteren Werkzeug entfernte Blechmetallplatte und den darin geformten Buckel zeigt.
14 eine perspektivische Darstellung ist, welche die Blechmetallplatte mit dem darin geformten Buckel zeigt.
15 eine Aufrissansicht ist, welche den elektrischen Widerstandsschweiß-Aufbau zum Aneinanderschweißen der zwei Blechmetallplatten zeigt.
16 eine Ansicht ähnlich 15 ist, aber den abgeschlossenen Widerstandsschweißprozess zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen ist rein beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist ein unteres Werkzeug 10 von rechteckiger Gestalt und weist eine obere Fläche 12 mit einer V-förmigen Ausnehmung 14 auf. Eine Blechmetallplatte 18 ist oben auf dem unteren Werkzeug 10 angeordnet. Die Blechmetallplatte weist eine obere Fläche 19 und eine untere Fläche 20 auf.
Ein oberes Werkzeug 22 ist von zylindrischer Gestalt und weist eine Werkzeugfläche 24 auf seiner Unterseite auf. Die Werkzeugfläche 24 des oberen Werkzeuges 22 weist eine Positionierungsnut 26 darin auf, welche mit der V-förmigen Ausnehmung 14 des unteren Werkzeuges ausgerichtet ist und über dieser liegt. Das obere Werkzeug 22 schwebt über dem unteren Werkzeug 10. Das untere Werkzeug 10 ist feststehend und das obere Werkzeug 22 ist in Bezug auf das untere Werkzeug 10 nach oben und nach unten bewegbar.
Eine Positionierungshalterung 30 umgibt das obere Werkzeug 22 und bewegt sich in Bezug auf das obere Werkzeug 22 nach oben und nach unten. In den 1 und 2 sind das obere Werkzeug 22 und die Positionierungshalterung 30 über dem unteren Werkzeug 10 angehoben, sodass die Blechmetallplatte 18 problemlos auf dem unteren Werkzeug 10 angeordnet werden kann. Die Positionierungshalterung 30 weist eine erste Wand 32 und eine zweite Wand 34 auf, die einander diametral entgegengesetzt sind und auch an entgegengesetzten Enden der V-förmigen Ausnehmung 14 des unteren Werkzeuges 10 liegen. Die zweite Wand 34 weist eine kreisförmige Öffnung 38 zum Aufnehmen eines Zusatzdrahtes auf, wie später erläutert wird.
Bezug nehmend auf die 4 und 5 wurde die Positionierungshalterung 30 auf die Blechmetallplatte 18 abgesenkt, während das obere Werkzeug über dem unteren Werkzeug 10 schwebend verbleibt.
In den 6 und 7 ist zu sehen, dass der Zusatzdraht 42 durch die kreisförmige Öffnung 38 der zweiten Wand 34 der Positionierungshalterung 30 hindurch eingesetzt wurde. Das Ende 44 des Zusatzdrahtes 42 steht mit einem Positionierungsanschlag 46 in Eingriff, der durch die erste Wand 32 der Positionierungshalterung 30 bereitgestellt wird. Wie in 7 zu sehen, ist der Zusatzdraht 42 somit oben auf der Blechmetallplatte 18 positioniert und liegt über der V-förmigen Ausnehmung 14 des unteren Werkzeuges 10. Der Zusatzdraht 42 kann eine gerade Drahtlänge sein oder kann von einer Drahtspule abgewickelt werden.
In den 8 und 9 wird das obere Werkzeug 22 kraftvoll auf den Zusatzdraht 42 und die Blechmetallplatte 18 abgesenkt. Während des Absenkens des oberen Werkzeuges 22 nimmt die Positionierungsnut 26 des oberen Werkzeuges 22 die obere Fläche des Zusatzdrahtes 42 auf und zwingt den Zusatzdraht 42 fortschreitend nach unten, um dadurch die Blechmetallplatte 18 nach unten in die V-förmige Ausnehmung 14 zu zwingen. Außerdem hat das Absenken des oberen Werkzeuges 22 den Zusatzdraht 42 abgeschnitten. Wie in 9 zu sehen, wurde somit ein Gebiet der Blechmetallplatte 18 nach unten in die V-förmige Ausnehmung 14 hinein verdrängt, um einen V-förmigen Buckel 48 zu formen, der von der Unterseite der Blechmetallplatte 18 nach unten vorsteht. Der abgeschnittene Abschnitt des Zusatzdrahtes 42 wurde verformt und wurde zu einem Füllmaterial 50, das die Rückseite der V-förmigen Ausnehmung 48 füllt.
In den 10 und 11 sind sowohl das obere Werkzeug 22 als auch die Positionierungshalterung 30 angehoben. Die Blechmetallplatte 18 kann von dem unteren Werkzeug 10 weggehoben werden.
In den 12, 13 und 14 wurde die Blechmetallplatte 18 von dem unteren Werkzeug 10 entfernt. Der V-förmige Buckel 48 steht von der unteren Fläche 20 der Blechmetallplatte 18 vor und ist mit dem durch den abgeschnittenen Abschnitt des Zusatzdrahtes 43 geformten Füllmaterial 50 gefüllt. Ein gewölbter Abschnitt 52 des Füllmaterials 50 erhebt sich über der oberen Fläche 19 der Blechmetallplatte 18. Der gewölbte Abschnitt 52 ist ein Artefakt der Positionierungsnut 26 des oberen Werkzeuges 22.
14 zeigt einen typischen elektrischen Widerstandsschweiß-Aufbau, in dem eine Blechmetallplatte 56 von einer unteren Elektrode 58 abgestützt wird. Die Blechmetallplatte 18 ist oben auf die Blechmetallplatte 56 gelegt. Der V-förmige Buckel 48 steht mit der oberen Fläche 62 der Blechmetallplatte 56 in Eingriff, sodass der V-förmige Buckel 48 den Kontaktpunkt zwischen den Blechmetallplatten 18 und 56 bereitstellt. 14 zeigt auch eine obere Elektrode 66, die auf die Blechmetallplatte 18 abgesenkt ist und mit dem gewölbten Abschnitt 52 des Füllmaterials 50 in Kontakt steht.
Der elektrische Widerstandsschweißprozess wird durchgeführt, indem ein Abwärtsdruck auf der oberen Elektrode 66 angewendet wird, während ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden 58 und 66 angelegt wird. Der durch das Füllmaterial 50 unterstützte Buckel 48 wird erweicht und in die Blechmetallplatte 56 hinein geschmolzen werden, um dadurch die elektrische Widerstandsschweißnaht zwischen den Blechmetallplatten 18 und 56 zu formen. Während des Abwärtsdruckes der oberen Elektrode 66 wird das Vorhandensein des Füllmaterials 50, der die ansonsten leere Rückseite des V-förmigen Buckels 48 füllen wird, den V-förmigen Buckel 48 gegen ein vorzeitiges Knicken abstützen, welches für die Formung einer qualitativ hochwertigen elektrischen Widerstandsschweißnaht nachteilig wäre.
In 16 wurde die obere Elektrode 66 vollständig abgesenkt und es ist zu sehen, dass der Buckel 48 und das Füllmaterial 50 in die Blechmetallplatten 18 und 56 hinein geschmolzen worden sind, um eine qualitativ hochwertige elektrische Widerstandsschweißlinse 70 zu formen.
Der zuvor beschriebene Prozess ist speziell von Vorteil beim Aneinanderschweißen von Blechmetallplatten, die aus Aluminium oder Magnesium hergestellt sind. Aluminium- und Magnesiumplatten sind duktiler als Stahlplatten und die üblichen hohlen Buckel, die im Stand der Technik geformt werden, sind anfällig für ein vorzeitiges Knicken. Wir haben festgestellt, dass durch Füllen der Rückseite des ansonsten leeren Buckels mit Zusatzdraht, wie hierin beschrieben, die Festigkeit des Buckels aufgebessert wird und dennoch ein Knicken und die Formung einer qualitativ hochwertigen Schweißnaht zugelassen wird.
Wenngleich die Zeichnungen hierin das Beispiel eines V-förmigen Buckels zeigen, kann der Buckel einen U-förmigen Querschnitt oder andere Gestalten aufweisen, die im Stand der Technik bekannt sind. Überdies kann der Zusatzdraht, wenngleich wir das Beispiel eines Zusatzdrahtes mit einem traditionellen runden Querschnitt zeigen, einen anderen Querschnitt aufweisen, falls erwünscht. Außerdem zeigen die Zeichnungen hierin eine halbkreisförmige Positionierungsnut 26 in dem oberen Werkzeug, die zweckdienlich zur genauen Positionierung des Zusatzdrahtes ist, wenn er nach unten in die Blechmetallplatte gepresst wird. Darüber hinaus, wie am besten in 14 zu sehen, belässt das Vorhandensein der Positionierungsnut 26 eine rundliche oder gewölbte obere Fläche des Zusatzdraht in seinem verformten Zustand. Die Erfindung kann ohne das Vorhandensein der Positionierungsnut 26 angewendet werden, wobei in diesem Fall das Füllmaterial 50 ohne die Formung des gewölbten Abschnittes 52 bündig mit der oberen Fläche 19 der Blechmetallplatte 18 liegen wird.
Die Festigkeit des Buckels kann durch die Wahl des Materials gesteuert werden, welches für den Zusatzdraht 42 verwendet wird. Der Zusatzdraht 42 kann z. B. aus einer Legierung eines Metalls bestehen, welches entweder das gleiche oder ein anderes ist als die Legierung der Blechmetallplatte18, wie erwünscht, um den Schmelzpunkt und den Widerstand gegenüber einem Knicken des Buckels zu beeinflussen.
Wenngleich die Zeichnungen nur einen auf der Blechmetallplatte 18 geformten Buckel zeigen, werden in der Praxis eine Vielzahl von Buckeln an einer beabstandeten Stelle auf der Blechmetallplatte 18 geformt werden. Außerdem ist die Abmessung des Buckels zum Teil durch die Länge des Zusatzdrahtes 42 bestimmt, der in das Metallblech hinein gepresst wird.
Falls erwünscht, kann der Draht auf eine sehr kurze Länge abgeschnitten werden, sodass der resultierende Buckel von konischer Gestalt anstatt einer mehr länglichen V-Gestalt ist, wie in den Zeichnungen desselben gezeigt. Und wenngleich die Zeichnungen die Verwendung eines sehr langen und kontinuierlichen Zusatzdrahtes 42, entweder eine gerade Drahtlänge oder einen Draht, der von einer Spule abgerollt wird, zeigen, wird verständlich sein, dass als eine Alternative kurze Längen oder Stücke eines vorgeschnittenen Drahtes durch die Öffnung 38 hindurch zugeführt werden können, um sie in die Blechmetallplatte 18 hinein zu pressen.
Die Zeichnungen hierin zeigen den Draht 42, wie er in die Positionierungshalterung 30 hinein zugeführt wird, nachdem die Positionierungshalterung 30 auf die Blechmetallplatte 18 abgesenkt wurde. Als eine Alternative kann der Zusatzdraht 42 jedoch in die Positionierungshalterung 30 hinein zugeführt werden, bevor die Positionierungshalterung 30 auf die Blechmetallplatte 18 abgesenkt wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Buckels (48) auf einer Metallplatte (18), umfassend, dass: ein unteres Werkzeug (10) mit einer Ausnehmung (14) in der Gestalt des gewünschten Buckels (48) vorgesehen wird; die Metallplatte (18) oben auf das untere Werkzeug (10) gelegt wird; ein Füllwerkstoff oben auf der Metallplatte (18) positioniert wird; ein oberes Werkzeug (22) auf den Füllwerkstoff abgesenkt wird, sodass der Füllwerkstoff in die Metallplatte (18) hinein gezwungen wird und wiederum die Metallplatte (18) in die Ausnehmung (14) des unteren Werkzeuges (10) zwingt, wodurch ein Buckel (48) geformt wird, und der Buckel (48) mit dem Füllwerkstoff gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass der Füllwerkstoff ein Draht (42) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend, dass die Länge des Drahtes (42) von dem oberen Werkzeug (22) auf eine genaue Länge geschnitten wird, indem das obere Werkzeug (22) abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass eine Positionierungshalterung (30) zum Positionieren des Füllwerkstoffes oben auf der Metallplatte (18) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, dass die Positionierungshalterung (30) eine angehobene Position über der Metallplatte (18) und eine abgesenkte Position aufweist, die oben auf der Metallplatte (18) liegt, um den Füllwerkstoff zu positionieren.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, dass die Positionierungshalterung (30) zwei Wände (32, 34) aufweist, wobei eine Wand (34) eine Öffnung (38) zum Aufnehmen des Drahtes (42) aufweist und die andere Wand (32) eine Anschlagfläche aufweist, die von einem Ende des Drahtes (42) in Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass das obere Werkzeug (22) eine Positionierungsnut (26) aufweist, die in einer unteren Werkzeugfläche (24) davon geformt ist und mit dem oben auf der Metallplatte (18) abgelegten Füllwerkstoff ausgerichtet ist und mit der Ausnehmung (14) in dem unteren Werkzeug (10) ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass der Füllwerkstoff aus einer Legierung eines Metalls ausgewählt wird, welche beim Anlegen eines Schweißstromes daran in das Metall der Metallplatte (18) schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Ausnehmung (14) in dem unteren Werkzeug (10) einen V-förmigen Querschnitt zum Aufnehmen der Metallplatte (18) und Definieren der Gestalt des Buckels (48) aufweist.