DE102014119045A1

DE102014119045A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Vibro-Punktschweißen

Info

Publication number: DE102014119045A1
Application number: DE102014119045.9A
Authority: DE
Inventors: In Tai Jin
Original assignee: lndustry University Cooperation Foundation of Pukyong National University; Sungwoo Hitech Co Ltd
Current assignee: lndustry University Cooperation Foundation of Pukyong National University; Sungwoo Hitech Co Ltd
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: KR101545856B1; CN104785916B; US9545688B2; US20150202711A1; CN104785916A; KR20150087061A; DE102014119045B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen kann Folgendes einschließen: ein Vibrationszylindergehäuse, das aus ersten und zweiten Kolbenkammern gebildet ist, die durch eine Trennwand getrennt sind; eine erste Kolbenstange, die eine ringförmige Stange ist, fest verbunden mit einem ersten Kolben, der in der ersten Kolbenkammer angeordnet ist, und der ein Ende hat, das in eine Seite des Vibrationszylindergehäuses eindringt; eine zweite Kolbenstange, die eine kreisförmige Stange ist, welche in die ringförmige Stange eindringt, fest verbunden mit einem zweiten Kolben, der in der zweiten Kolbenkammer angeordnet ist, und der ein Ende hat, das in die Seite des Vibrationszylindergehäuses eindringt; ein Zuführgehäuse, das eine äußere Oberfläche des Vibrationszylindergehäuses umgibt und Strom von einer Stromquelle empfängt; einen Elektrodenhalter, der mit einem Ende des Zuführgehäuses verschraubt ist; eine Heizelektrode, die mit einem Ende des Elektrodenhalters verschraubt ist; eine erste Vibrationselektrode, die mit dem einen Ende der ersten Kolbenstange verschraubt ist und in den Elektrodenhalter und die Heizelektrode eindringt; und eine zweite Vibrationselektrode, die mit dem einen Ende der zweiten Kolbenstange verschraubt ist, und in die erste Vibrationselektrode eindringt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0007476 eingereicht beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum (KIPO) am 21. Januar 2014 deren gesamter Inhalt hierin durch die Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen, dass überlappende Metallplatten durch plastisches Fließen durch Erhitzung von Schweißabschnitten der überlappenden Metallplatten und Einwirken linearer und repetitiver Last auf die Schweißabschnitte mit Hilfe von einer Heizelektrode und Vibrationselektroden.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen dünne Schweißverfahren von zwei überlappenden Metallplatten vergleichend, schließen diese Fusionsschweißen und Festphasenschweißen ein.
Punktschweißen, das Fusionsschweißen ist, bezeichnet ein Schweißverfahren bei dem Hitze aufgrund von elektrischem Widerstand und Druck auf Schweißabschnitte der überlappenden Metallplatten so ausgeübt werden, dass die Schweißabschnitte geschmolzen und verschweißt werden.
Rührreibschweißen (Friction stir welding, FSW), das Festphasenschweißen ist, bezeichnet ein Schweißverfahren bei dem ein Prüfkopf eines Drehwerkzeugs in die überlappte Metallplatte eingeführt wird. In diesem Fall werden die Metallplatten um dasWerkzeug herum durch Reibungswärme zwischen dem sich drehenden Prüfkopf und den Metallplatten erweicht und die Schweißabschnitte beider Metallplatten werden durch plastisches Fließen zwangsgemischt, das aufgrund der Rührbewegung des Werkzeugs an den Schweißabschnitten stattfindet. Dadurch werden die Metallplatten verschweißt.
Jedes der Punktschweißen und Rührreibschweißen haben Vor- und Nachteile.
Da zum Beispiel die Schweißabschnitte der Metallplatten durch Wärme geschmolzen und verschweißt werden, die durch elektrischen Widerstand von der Punktschweißmetallplatte erzeugt wird, tritt aufgrund des Einwirkens von Hochstrom an den Kontaktflächen ein Lichtbogen auf und es können Defekte an der Schweißoberfläche auftreten.
Da das Rührreibschweißen das Festphasenschweißen ist, ist die mechanische Festigkeit der geschweißten Metallplatten hervorragend und es tritt kein Lichtbogen auf. Daher ist das Rührreibschweißen geeignet für leichte Metallplatten. Es kann jedoch nach dem Schweißen eine Schweißdelle oder ein Loch aufgrund der Drehung des Prüfkopfs an der Schweißoberfläche verbleiben.
Zur Lösung solcher Probleme des Punktschweißens und des Rührreibschweißens wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen, offenbart im koreanischen Patent Nr. 1286673 (Annahmeerklärung (NOA) ausgestellt am 10. Juli 2013) entwickelt. Im koreanischen Patent Nr. 1286673 ist offenbart, dass die Vorrichtung und das Verfahren zum Vibro-Punktschweißen ein Paar von Vibrationsschweißvorrichtungen einschließen, die einander mit Bezug auf überlappende Metallplatten gegenüberliegen, wobei mindestens eines des Paares von Vibrationsschweißvorrichtungen, Schweißabschnitte der Metallplatten erhitzt, durch Hin- und Herbewegung der Schweißabschnitte zwischen dem Paar von Vibrationsschweißvorrichtungen plastisches Fließen an den Schweißabschnitten erzeugt und die Schweißabschnitte verbindet durch Ausübung von Druck auf die Schweißabschnitte an denen das plastische Fließen stattfindet.
Obwohl die Vibrationselektroden gemäß dem koreanischen Patent Nr. 1286673 an beiden Oberflächen der Metallplatten angeordnet sind, ist eine Querschnittsform der Vibrationselektrode einfach und daher ist das plastische Fließen der Schweißabschnitte begrenzt.
Daher besteht ein starker Bedarf an einer neuen Vorrichtung für Vibro-Punktschweißen, das die Nachteile des koreanischen Patents Nr. 1286673 beseitigen kann.
Die Informationen, die oben in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht Teil des Standes der Technik sind, der in diesem Land einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Bestreben vorgenommen, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen bereitzustellen, die folgende Vorteile haben: Rühren von flüssigem Metall in Schweißabschnitten aufgrund des weitverbreiteten Auftretens plastischen Fließens und Sicherung von starker Schweißfestigkeit durch schnelles Erhitzen von Schweißabschnitten überlappter Metallplatten und Kreuzen einer oberen Vibrationselektrode und einer unteren Vibrationselektrode. Somit können die Metallplatten nach verschiedenen Vibrationsmustern verschweißt werden.
Zusätzlich wurde die vorliegende Erfindung in einem Bestreben vorgenommen, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen bereitzustellen, die Folgende weitere Vorteile haben: Schweißen verschiedener Arten von Metallplatten durch individuelle Steuerung des Ausgangsstroms und dem Vibrationshub entsprechend der plastischen Fließtemperatur und physikalischer Eigenschaften (Dicke, Material und Anzahl) der überlappten Metallplatten.
Eine Vorrichtung für Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Folgendes einschließen: ein Vibrationszylindergehäuse bestehend aus ersten und zweiten Kolbenkammern, die durch eine Trennwand unterteilt sind; wobei eine erste Kolbenstange eine ringförmige Stange ist, fest verbunden mit einem ersten Kolben, der in der ersten Kolbenkammer angeordnet ist, und ein Ende hat, das in eine Seite des Vibrationszylindergehäuses eindringt; wobei eine zweite Kolbenstange eine kreisförmige Stange ist, die in die ringförmige Stange eindringt, fest verbunden mit einem zweiten Kolben der in der zweiten Kolbenkammer angeordnet ist und ein Ende hat, das in die Seite des Vibrationszylindergehäuses eindringt; ein Zuführgehäuse, das eine äußere Oberfläche des Vibrationszylindergehäuses umgibt, und Strom von einer Stromquelle erhält; einen Elektrodenhalter, der über ein Gewinde mit einem Ende des Zuführgehäuses verbunden ist; eine Heizelektrode, die über ein Gewinde über einem Ende des Elektrodenhalters verbunden ist; eine erste Vibrationselektrode, die über ein Gewinde mit dem einen Ende der ersten Kolbenstange verbunden ist und in den Elektrodenhalter und die Heizelektrode eindringt; und eine zweite Vibrationselektrode, die über ein Gewinde mit dem einen Ende der zweiten Kolbenstange verbunden ist und in die erste Vibrationselektrode eindringt.
Das Vibrationszylindergehäuse kann durch die Trennwand aus der ersten und der zweiten Kolbenkammer geformt sein und die erste und die zweite Kolbenkammer können durch erste bzw. zweite Kolben in zwei Hydraulikkammern unterteilt werden.
Der andere Endabschnitt der ersten Kolbenstange kann einteilig mit dem ersten Kolben geformt sein, die zweite Kolbenstange kann so in den ersten Kolben und die erste Kolbenstange eingeführt werden, dass sie darin verschiebbar ist, und der andere Endabschnitt der zweiten Kolbenstange kann einteilig mit dem zweiten Kolben geformt sein.
Ein Stopper kann mit einen Endabschnitt der ersten Kolbenstange im Eingriff stehen, die an einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses angebracht ist.
Ein anderer Stopper kann mit den anderen Endabschnitt der zweiten Kolbenstange im Eingriff stehen, die an einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses angebracht ist.
Die erste Vibrationselektrode kann über ein Gewinde mit einem äußeren Umfang des einen Endabschnitts der ersten Kolbenstange verbunden werden, der zu einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses im Elektrodenhalter herausragt.
Die zweite Vibrationselektrode kann über ein Gewinde mit einer Eingriffsbohrung verbunden werden, die an dem einen Ende der zweiten Kolbenstange geformt ist, dass zu einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses in der ersten Vibrationselektrode herausragt.
Der Elektrodenhalter kann über ein Gewinde mit einem inneren Umfang des einen Endabschnitts des Zuführgehäuses verbunden werden, um den Strom von der Stromquelle durch das Zuführgehäuse an die Heizelektrode anzulegen.
Die ersten und zweiten Kolben können individuell durch hydraulischen Druck gesteuert werden, der auf die ersten und zweiten Kolbenkammern des Vibrationszylindergehäuses ausgeübt wird.
Ein Verfahren des Vibro-Punktschweißens gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Folgendes einschließen: einen Schritt des Unterdrucksetzens, in dem ein Paar von Vorrichtungen für Vibro-Punktschweißen eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche sich überlappender oberer und unterer Metallplatten berührt und Druck durch die Heizelektroden und die ersten und zweiten Vibrationselektroden auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten ausgeübt wird; einen Heizschritt, in dem Strom durch die Heizelektroden geleitet wird, welche Schweißabschnitte der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten vertikal berühren, so dass die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten durch Wärme, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird, erhitzt werden; und einen Vorwärtsextrusionsschritt, in dem Vibrationslast so auf die Schweißabschnitte einwirkt, dass eine zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten sich wiederholend kreuzen und eine Vorwärtsextrusion von flüssigem Metall aufgrund von plastischem Fließen wiederholt durchgeführt wird.
Der Vorwärtsextrusionsschritt kann Folgendes einschließen: einen ersten Prozess, in dem sich eine zweite Vibrationselektrode vorwärts bewegt und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode sich rückwärts bewegt mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der ersten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen zweiten Prozess in dem sich die erste Vibrationselektrode vorwärts bewegt und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode rückwärts bewegt mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial einwärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der zweiten Vibrationselektrode erzeugt wird; und einen dritten Prozess, in dem die zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode zu ihren Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren, so dass das gerührte flüssige Metall in den Schweißabschnitten aufgrund von plastischem Fließen, Festphasen verschweißt wird und einen Punktschweißabschnitt bildet.
Der Vibrationshub im Vorwärtsextrusionsschritt kann individuell entsprechend der physikalischen Eigenschaften der oberen und unteren Metallplatten gesteuert werden.
Ein Verfahren des Vibro-Punktschweißens gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Folgendes einschließen: einen Schritt des Unterdrucksetzens, in dem ein Paar von Vorrichtungen für Vibro-Punktschweißen eine obere Oberfläche bzw. eine untere Oberfläche sich überlappender oberer und unterer Metallplatten berührt und Druck durch die Heizelektroden und die ersten und zweiten Vibrationselektroden auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten ausgeübt wird; einen Heizschritt, in dem Strom durch die Heizelektroden zugeführt wird, welche die Schweißabschnitte der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten vertikal berühren, so dass die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten durch Wärme erhitzt werden, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird; und einen komplexen Vorwärtsextrusionsschritt, in dem Vibrationslast so auf die Schweißabschnitte ausgeübt wird, so dass eine zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode und die andere zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte erhitzten oberen und unteren Metallplatten sich kreuzen und die Vorwärtsextrusion von flüssigem Metall aufgrund von plastischem Fließen wiederholt durchgeführt wird.
Der komplexe Vorwärtsextrusionsschritt kann folgendes einschließen: einen ersten Prozess, in dem sich eine zweite Vibrationselektrode vorwärtsbewegt und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode rückwärts bewegt mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der ersten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen zweiten Prozess in dem sich die eine erste Vibrationselektrode vorwärts bewegt und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode rückwärts bewegt, mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial einwärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der zweiten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen dritten Prozess, in dem die eine zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode zu ihren Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren; einen vierten Prozess, in dem sich die anderen zweite Vibrationselektrode vorwärts bewegt und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode rückwärts bewegt mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der anderen ersten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen fünften Prozess, in dem sich die andere erste Vibrationselektrode vorwärts bewegt und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode rückwärts bewegt mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial einwärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der anderen zweiten Vibrationselektrode erzeugt wird; und einen sechsten Prozess, in dem die andere zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende ersten Vibrationselektrode zu ihren Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren, so dass das gerührte flüssige Metall im Schweißabschnitt aufgrund von plastischem Fließen, Festphasen verschweißt wird und einen Punktschweißabschnitt bildet.
Der Vibrationshub im komplexen Vorwärtsextrusionsschritt kann individuell entsprechend physikalische Eigenschaften der oberen und unteren Metallplatten gesteuert werden.
Ein Verfahren des Vibro-Punktschweißens gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Folgendes einschließen: einen Schritt des Unterdrucksetzens in dem ein Paar von Vorrichtungen für Vibro-Punktschweißen gemäß Anspruch 1 eine obere Oberfläche bzw. eine untere Oberfläche sich überlappender oberer und unterer Metallplatten berührt und Druck auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten durch die Heizelektroden und die ersten und zweiten Vibrationselektroden ausgeübt wird; einen Heizschritt, in dem Strom durch die Heizelektroden zugeführt wird, welche Schweißabschnitte der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten vertikal berühren, so dass die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten durch Wärme erhitzt werden, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird; und einen Rückwärtsextrusionsschritt, in dem Vibrationslast so auf die Schweißabschnitte einwirkt, dass zwei zweite Vibrationselektroden und die gegenüberliegenden zwei ersten Vibrationselektroden mit Bezug auf Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten sich kreuzen und Rückwärtsextrusion von flüssigem Metall aufgrund von plastischem Fließen wiederholt durchgeführt wird.
Der Rückwärtsextrusionsschritt kann Folgendes einschließen: einen ersten Prozess, in dem die zwei zweiten Vibrationselektroden sich vorwärtsbewegen und die gegenüberliegenden zwei ersten Vibrationselektroden sich rückwärtsbewegen mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der zwei ersten Vibrationselektroden erzeugt wird; und einen zweiten Prozess, in dem die zwei zweiten Vibrationselektroden und die gegenüberliegenden zwei ersten Vibrationselektroden in ihre Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren, so dass das flüssige Metall im Schweißabschnitt zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der zwei zweiten Vibrationselektroden erzeugt wird und das gerührte flüssige Metall in den Schweißabschnitten aufgrund von plastischem Fließen, Festphasen verschweißt wird, um einen Punktschweißabschnitt zu bilden.
Der Vibrationshub im Rückwärtsextrusionsschritt kann individuell entsprechend physikalischer Eigenschaften der oberen und unteren Metallplatten gesteuert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich überlappende Metallplatten verschweißt.
3 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Vibro-Punktschweißen gemäß einem ersten Vibrationsmuster mit einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Vibro-Punktschweißen gemäß einem zweiten Vibrationsmuster mit einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Vibro-Punktschweißen gemäß einem dritten Vibrationsmuster mit einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht von Metallplatten, die mit einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschweißt wurden.
7 ist eine Seitenansicht eines Schweißrobotersystems, an dem eine Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
Bezugszeichenliste

1: Trennwand
3: Vibrationszylindergehäuse
5: Zuführgehäuse
7: Elektrodenhalter
9: Heizelektrode
11: Eingriffsbohrung
10: Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen
13: Ölloch
20: Schweißroboter
21: Rahmen
23, 25: Halter
C1, C2: erste und zweite Kolbenkammern
PS1, PS2: erste und zweite Kolben
PR1, PR2: erste und zweite Kolbenstangen
ST: Stopper
T1, T2: erste und zweite Vibrationselektrode
W: Schweißabschnitt
SW: Punktschweißabschnitt
P1, P2: obere und untere Metallplatten

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Da die Größe und Dicke jeder Komponente die in den Zeichnungen dargestellt ist, der einfachheitshalber willkürlich gewählt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Zeichnungen beschränkt. Die Dicke vieler Teile und Bereiche ist vergrößert.
Außerdem wird die Beschreibung von Komponenten, die nicht zur Erklärung der vorliegenden exemplarischen Ausführungsformen nötig sind, weggelassen und identische Bestandteile sind in dieser Beschreibung mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der detaillierten Beschreibung werden Ordnungszahlen verwendet, um zwischen Bestandteilen zu unterscheiden, die dieselbe Bezeichnung haben und haben keine spezifische Bedeutung.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 2 ist eine perspektivische Teilschnittansicht einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich überlappende Metallplatten verschweißt.
In 1 und 2 ist ein Paar von Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen so angeordnet, dass sie mit Bezug auf sich überlappende obere und untere Metallplatten P1 und P2 in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegenüberliegen. Jede Vorrichtung 10 zum Vibro-Punktschweißen schließt ein Vibrationszylindergehäuse 3, erste und zweite Kolben PS1 und PS2, erste und zweite Kolbenstangen PR1 und PR2, ein Zuführgehäuse 5, einen Elektrodenhalter 7, eine Heizelektrode 9, eine erste Vibrationselektrode T1 und eine zweite Vibrationselektrode T2 ein.
Ein Innenraum des Vibrationszylindergehäuses 3 ist durch eine Trennwand 1, die horizontal darin angeordnet ist, in zwei Kolbenkammern C1 und C2 unterteilt.
Der Einfachheit der Beschreibung halber wird eine untere Kolbenkammern der zwei Kolbenkammern in 1 erste Kolbenkammer C1 genannt und eine obere Kolbenkammer der zwei Kolbenkammern wird zweite Kolbenkammer C2 genannt.
Zu diesem Zeitpunkt werden die ersten und zweiten Kolbenkammern C1 und C2 durch die Trennwand 1 geteilt und die ersten und zweiten Kolben PS1 und PS2 sind in der ersten bzw. zweiten Kolbenkammer C1 und C2 angeordnet.
Jede der ersten und zweiten Kolbenkammern C1 und C2 wird von den ersten und zweiten Kolben PS1 bzw. PS2 in zwei Hydraulikkammern unterteilt.
Die ersten und zweiten Kolben PS1 und PS2 werden durch hydraulischen Druck der der ersten und zweiten Kolbenkammer C1 und C2 des Vibrationszylindergehäuses 3 zugeführt wird, unabhängig gesteuert.
Außerdem sind die ersten und zweiten Kolbenstangen PR1 und PR2 eine ringförmige Stange bzw. eine kreisförmige Stange, die in eine Mitte der ringförmigen Stange eindringt. Die ersten und zweiten Kolbenstangen PR1 und PR2 sind in den ersten und zweiten Kolbenkammern C1 und C2 des Vibrationszylindergehäuses 3 untergebracht.
Die ersten und zweiten Kolbenstangen PR1 und PR2 sind fest mit Zentren der ersten und zweiten Kolben PS1 bzw. PS2 verbunden und Enden der ersten und zweiten Kolbenstangen PR1 und PR2 dringen jeweils in eine Endfläche des Vibrationszylindergehäuses 3 ein.
Das heißt, die erste Kolbenstange PR1 ist die ringförmige Stange und der andere Endabschnitt der ersten Kolbenstange PR1 ist einteilig mit dem ersten Kolben PS1 geformt. Die zweite Kolbenstange PR2 ist die kreisförmige Stange und ist fest so in den ersten Kolben PS1 und einen Hohlraum der ersten Kolbenstange PR1 eingeführt, das sie darin verschiebbar ist. Der andere Endabschnitt der zweiten Kolbenstange PR2 ist einteilig mit dem zweiten Kolben PS2 geformt.
Zusätzlich greift ein Stopper ST mit dem anderen Endabschnitt der ersten Kolbenstange PR1, der an einem äußeren des Vibrationszylindergehäuses 3 angebracht ist ein, um den Vibrationshub zu begrenzen, wenn sich die erste Kolbenstange PR1 vorwärtsbewegt.
Zusätzlich greift ein anderer Stopper ST in den Seitenabschnitt der zweiten Kolbenstange PR2 ein, der an einem Äußeren der Seite des Vibrationszylindergehäuses 3 angebracht ist, um den Vibrationshub zu begrenzen, wenn sich die zweite Kolbenstange PR2 rückwärtsbewegt.
Zusätzlich umgibt das Zuführgehäuse 5 eine äußere Oberfläche des Vibrationszylindergehäuses 3 und ist elektrisch mit einer Stromquelle 100 verbunden, um davon Strom zu erhalten.
Der Elektrodenhalter 7 ist mit einem Endabschnitt des Zuführgehäuses 3 gekoppelt. Das heißt, der Elektrodenhalter 7 ist über ein Gewinde mit einem Innenumfang des Endabschnitts des Zuführgehäuses 5 verbunden, um den von der Stromquelle 100 empfangenen Strom durch das Zuführgehäuse 5 an die Heizelektrode 9 anzulegen.
Zusätzlich ist die Heizelektrode 9 über ein Gewinde mit einem vorragenden Abschnitt verbunden, der in einer Mitte des Endes des Elektrodenhalters 7 geformt ist.
Zusätzlich dringt die erste Vibrationselektrode T1 in Zentren des Elektrodenhalters 7 und der Heizelektrode 9 in einem Zustand der Kopplung mit dem anderen Ende der ersten Kolbenstange PR1 ein. Die erste Vibrationselektrode T1 und die erste Kolbenstange PR1 sind koaxial angeordnet.
Das heißt, die erste Vibrationselektrode T1 ist über ein Gewinde mit einem äußeren Umfang des äußeren Endabschnitts der ersten Kolbenstange PR1 verbunden, der zum Äußeren des Vibrationszylindergehäuses 3 im Elektrodenhalter 7 herausragt.
Zusätzlich dringt die zweite Vibrationselektrode T2 in einem Zustand der Kopplung mit dem anderen Ende der zweiten Kolbenstange PR2 in eine Mitte der ersten Vibrationselektrode T1 ein. Die zweite Vibrationselektrode T2 ist koaxial mit der ersten Vibrationselektrode T1 angeordnet.
Das heißt, die zweite Vibrationselektrode T2 ist in der ersten Vibrationselektrode T1 in einer Eingriffsbohrung 11 eingeschraubt, die am anderen Ende der zweiten Kolbenstange PR2 geformt ist, die zum Äußeren des Vibrationszylindergehäuses 3 herausragt.
Somit schließt die Vorrichtung 10 zum Vibro-Punktschweißen eine Heizelektrode 9 und zwei Vibrationselektroden T1 und T2 ein. Ein Paar von Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen ist angeordnet, um einander über die Schweißabschnitte W der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 gegenüberzuliegen. Das Paar von Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen erhitzt die Schweißabschnitte W in einem Moment und bringt die Vibrationselektroden T1 und T2 zum oszillieren, so dass flüssiges Metall in den Schweißabschnitten W entsprechend Vibrationsmustern der Vorwärtsextrusion oder Rückwärtsextrusion aufgrund der großen Bandbreite plastischen Fließens gerührt wird. Daher kann die Schweißfestigkeit an den Schweißabschnitten W stark sein.
Das Bezugszeichen „13” in 1 und 2, das nicht hierin beschrieben ist, zeigt Öllöcher für die Zufuhr von Öl zum Vibrationszylinder 3 oder das Ablassen von Öl aus dem Vibrationszylindergehäuse 30.
Im Folgenden wird detailliert ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen entsprechend dreier Vibrationsmuster beschrieben, das die Vorrichtung 10 zum Vibro-Punktschweißen gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
[Verfahren zum Vibro-Punktschweißen gemäß dem ersten Vibrationsmuster]
In 3 schließt ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen gemäß einem ersten Vibrationsmuster einen Schritt S1 des Unterdrucksetzens, einen Heizschritt S2 und einen Vorwärtsextrusionsschritt S3 ein.
Die Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen werden mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 in Kontakt gebracht und in dem Schritt S1 des Unterdrucksetzens wird durch jede Heizelektrode 9 und jede der ersten und zweiten Vibrationselektroden T1 und T2 Druck auf die obere Oberfläche und auf die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 ausgeübt.
An diesem Punkt wird der Heizschritt S2 durchgeführt. Die Stromabgabe von einer Stromquelle 100 wird durch jede Heizelektrode 9, die die Schweißabschnitte W vertikal berührt an die Schweißabschnitte W der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 angelegt und die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 werden durch elektrischen Widerstand erhitzt, um im Heizschritt S2 eine wärmebeeinflußte Zone HT zu bilden.
Das heißt, jede Heizelektrode 9, welche die Schweißabschnitte W der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 vertikal berührt, führt den Schweißabschnitten W durch das Zuführgehäuse 5 und den Elektrodenhalter 7 Strom zu, der von der Stromquelle 100 geliefert wird und die Schweißabschnitte W werden durch elektrischen Widerstand schnell erhitzt, um im Heizschritt S2 die wärmebeeinflußte Zone HT zu bilden.
Zu diesem Zeitpunkt kann Stromabgabe von der Stromquelle 100, wenn die oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 aus verschiedenen Materialien bestehen, entsprechend der Temperatur plastischen Fließens jedes Materials im Heizschritt S2, gesteuert werden.
Danach wird an den erhitzten Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 der Vorwärtsextrusionsschritt S3 durchgeführt. Die zweite Vibrationselektrode T2 oberhalb der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 und die erste Vibrationselektrode T1 unterhalb der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 lassen eine wiederholte Vibrationslast auf die Schweißabschnitte W einwirken, so dass aufgrund von plastischen Fließen eine Vorwärtsextrusion im Vorwärtsextrusionsschritt S3 durchgeführt wird. Dadurch werden die oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 vibro-punktverschweißt.
Hierin bedeutet 'Vorwärtsextrusion', dass Material in einer Arbeitsrichtung der entsprechenden Vibrationselektrode T1 oder T2 extrudiert wird. Hingegen bedeutet 'Rückwärtsextrusion', dass Material in der Richtung extrudiert wird, die der Arbeitsrichtung der entsprechenden Vibrationselektrode T1 oder T2 entgegengesetzt ist.
Der Vorwärtsextrusionsschritt S3 wird im Folgenden detaillierter beschrieben. Der Vorwärtsextrusionsschritt S3 wird nach einem ersten Vibrationsmuster ausgeführt. Die obere zweite Vibrationselektrode T2 bewegt sich vorwärts zu den Schweißabschnitten W der erhitzten oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 und die gegenüberliegende untere erste Vibrationselektrode T1 bewegt sich nach dem ersten Vibrationsmuster rückwärts. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich flüssiges Metall in den Schweißabschnitten W radial auswärts zu einem Raum hin, der durch die Rückwärtsbewegung der unteren ersten Vibrationselektrode T1 erzeugt wird und wird in einem ersten Prozess S31 in Vorwärtsrichtung der zweiten Vibrationselektrode T2 extrudiert.
Nach dem ersten Prozess S31 bewegt sich die untere erste Vibrationselektrode T1 vorwärts zu den Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode T2 bewegt sich rückwärts. Dadurch bewegt sich das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W radial einwärts zu einem Raum hin, der durch die Rückwärtsbewegung der zweiten Vibrationselektrode T2 erzeugt wird und wird in einem zweiten Prozess S32 in die Vorwärtsrichtung der ersten Vibrationselektrode T1 extrudiert.
Wenn der erste Prozess S31 und der zweite Prozess S32 wiederholt werden, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W durch plastisches Fließen genügend gerührt wird, kehren die obere zweite Vibrationselektrode T2 und die gegenüberliegende untere erste Vibrationselektrode T1 in ihre Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 zurück. Dadurch wird das flüssige Metall, das in den Schweißabschnitten W durch plastisches Fließen gerührt wird in einer Ausgangsposition Festphasen verschweißt, um in einem dritten Prozess S33 einen Punktschweißabschnitt SW zu bilden.
Währenddessen kann der Vibrationshub unabhängig gesteuert werden durch Steuerung des hydraulischen Betriebsdrucks, der dem Vibrationszylindergehäuse 3 zugeführt wird, nach physikalischen Eigenschaften (Dicke, Material und Anzahl) der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 im Vorwärtsextrusionsschritt S3.
[Verfahren des Vibro-Punktschweißens gemäß dem zweiten Vibrationsmuster]
Mit Bezug auf 4 schließt ein Verfahren des Vibro-Punktschweißens gemäß eines zweiten Vibrationsmuster einen Schritt S1 des Unterdrucksetzens, einen Heizschritt S2 und einen komplexen Vorwärtsextrusionsschritt S4 ein.
Die Vorrichtungen 10 des Vibro-Punktschweißens werden mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der oberen bzw. unteren Metallplatten P1 und P2 in Kontakt gebracht und im Schritt S1 des Unterdrucksetzens wird durch jede Heizelektrode 9 und jede der ersten und zweiten Vibrationselektroden T1 und T2 Druck auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 ausgeübt.
An diesem Punkt wird der Heizschritt S2 durchgeführt. Stromabgabe von einer Stromquelle 100 wird durch jede. Heizelektrode 9, die die Schweißabschnitte W vertikal berührt, an die Schweißabschnitte W der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 angelegt und die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 werden durch elektrischen Widerstand erhitzt, um im Heizschritt S2 die wärmebeeinflußte Zone HT zu bilden.
Das heißt, jede Heizelektrode 9, die die Schweißabschnitte W der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 berührt, legt durch das Zuführgehäuse 5 und den Elektrodenhalter 7 Strom, der von der Stromquelle 100 geliefert wird, an die Schweißabschnitte W an, und die Schweißabschnitte W werden durch elektrischen Widerstand schnell erhitzt, um im Heizschritt S2 die wärmebeeinflußte Zone HT zu bilden.
Zu diesem Zeitpunkt kann im Heizschritt S2, wenn die oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 aus verschiedenen Materialien bestehen, die Stromausgabe von der Stromquelle 100 entsprechend der Temperatur plastischen Fließens jedes Materials gesteuert werden.
Danach wird an den erhitzten Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 der komplexe Vorwärtsextrusionsschritt S4 durchgeführt. Die zweite Vibrationselektrode T2 oberhalb der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 und die erste Vibrationselektrode T1 unterhalb der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 und die zweite Vibrationselektrode T2 unterhalb der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 und die erste Vibrationselektrode T1 oberhalb der sich überlappenden Metallplatten P1 und P2 lassen eine wiederholte Vibrationslast auf die Schweißabschnitte W einwirken, so dass im komplexen Vorwärtsextrusionsschritt S4 eine Vorwärtsextrusion aufgrund von plastischen Fließen durchgeführt wird. Somit werden die oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 vibro-punktverschweißt.
Der komplexe Vorwärtsextrusionsschritt S4 wird im Folgenden detaillierter beschrieben. Der komplexe Vorwärtsextrusionsschritt S4 wird gemäß dem zweiten Vibrationsmuster durchgeführt. Die obere zweite Vibrationselektrode T2 bewegt sich vorwärts zu den Schweißabschnitten W der erhitzten oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 und die gegenüberliegende untere erste Vibrationselektrode T1 bewegt sich entsprechend dem zweiten Vibrationsmuster rückwärts. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich in einem ersten Prozess S41 das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W radial auswärts zu dem Raum hin, der durch die Rückwärtsbewegung der unteren ersten Vibrationselektrode T1 erzeugt wird und wird in der Vorwärtsrichtung der zweiten Vibrationselektrode T2 extrudiert.
Nach dem ersten Prozess S41 bewegt sich die untere erste Vibrationselektrode T1 vorwärts zu den Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode T2 bewegt sich rückwärts. Daher bewegt sich das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W radial einwärts zu dem Raum hin, der durch die Rückwärtsbewegung der zweiten Vibrationselektrode T2 erzeugt wird, und wird in einem zweiten Prozess S42 in Vorwärtsrichtung der ersten Vibrationselektrode T1 extrudiert.
Nach dem zweiten Prozess S42 kehren in einem dritten Prozess S43 die obere zweite Vibrationselektrode T2 und die gegenüberliegende untere erste Vibrationselektrode T1 in ihre Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 zurück.
Nach dem dritten Prozess S43 bewegt sich die untere zweite Vibrationselektrode T2 vorwärts zu den Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 hin und die gegenüberliegende obere erste Vibrationselektrode T1 bewegt sich rückwärts. Daher bewegt sich das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W radial auswärts zu dem Raum hin, der durch die Rückwärtsbewegung der oberen ersten Vibrationselektrode T1 erzeugt wird, und wird in einem vierten Prozess S44 in Vorwärtsrichtung der zweiten Vibrationselektrode T2 extrudiert.
Nach dem vierten Prozess S44 bewegt sich die obere erste Vibrationselektrode T1 vorwärts zu den Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 und die gegenüberliegende untere zweite Vibrationselektrode T2 bewegt sich rückwärts. Daher bewegt sich das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W radial einwärts zu den Raum hin, der durch die Rückwärtsbewegung der unteren zweiten Vibrationselektrode T2 erzeugt wird, und wird in einem fünften Prozess S45 in Vorwärtsrichtung der ersten Vibrationselektrode T1 extrudiert.
Nach dem fünften Prozess S45 kehren in einem sechsten Prozess S46 die untere zweite Vibrationselektrode T2 und die gegenüberliegende obere erste Vibrationselektrode T1 in ihre Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 zurück.
Das zweite Vibrationsmuster, dass den ersten Prozess S41 bis zum sechsten Prozess S46 einschließt wird wiederholt, so dass das flüssige Metall, das durch plastisches Fließen in den Schweißabschnitten W gerührt wird, an der Ausgangsposition Festphasen verschweißt wird, um den Punktschweißabschnitt SW zu bilden.
Währenddessen kann der Vibrationshub im komplexen Vorwärtsextrudierschritt S4 durch Steuerung des hydraulischen Betriebsdrucks, der dem Vibrationszylindergehäuse 3 zugeführt wird, entsprechend physikalischen Eigenschaften (Dicke, Material und Anzahl) der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 unabhängig gesteuert werden.
[Verfahren zum Vibro-Punktschweißen gemäß dem dritten Vibrationsmuster]
Mit Bezug auf 5: ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen gemäß einem dritten Vibrationsmuster schließt einen Schritt S1 des Unterdrucksetzens, einen Heizschritt S2 und einen Rückwärtsextrusionsschritt S5 ein.
Die Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen werden mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der oberen bzw. unteren Metallplatten P1 und P2 in Kontakt gebracht und im Schritt S1 des Unterdrucksetzens wird auf die obere Oberfläche und auf die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 durch jede Heizelektrode 9 und jede der ersten und zweiten Vibrationselektroden T1 und T2 Druck ausgeübt.
An diesem Punkt wird der Heizschritt S2 durchgeführt. Die Stromabgabe von einer Stromquelle 100 wird durch jede Heizelektrode 9, die die Schweißabschnitte W vertikal berührt, auf die Schweißabschnitte W der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 angelegt und die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 werden im Heizschritt S2 durch elektrischen Widerstand erhitzt, um die wärmebeeinflußte Zone HT zu bilden.
Das heißt, jede Heizelektrode 9, die die Schweißabschnitte W der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 berührt, legt Strom, der von der Stromquelle 100 durch das Zuführgehäuse 5 und den Elektrodenhalter 7 geliefert wird, an die Schweißabschnitte W an, und die Schweißabschnitte W werden im Heizschritt S2 durch elektrischen Widerstand schnell erhitzt, um die wärmebeeinflußte Zone HT zu bilden.
Zu diesem Zeitpunkt kann im Heizschritt S2, wenn die oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 aus verschiedenen Materialien bestehen, die Stromabgabe von der Stromquelle 100 entsprechend der Temperatur plastischen Fließens jedes Materials gesteuert werden.
Danach wird der Rückwärtsextrusionsschritt S5 an den erhitzten Schweißabschnitten W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 durchgeführt. Zwei zweite Vibrationselektroden T2 und die zwei gegenüberliegenden ersten Vibrationselektroden T1 kreuzen einander und lassen eine wiederholte Vibrationslast auf die Schweißabschnitte W der erhitzten oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 einwirken, so dass Rückwärtsextrusion aufgrund von plastischem Fließen im Rückwärtsextrusionsschritt S5 durchgeführt wird. Dadurch werden die oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 vibro-punktverschweißt.
Der Rückwärtsextrusionsschritt S5 wird nun detaillierter beschrieben. Der Rückwärtsextrusionsschritt S5 wird nach dem dritten Vibrationsmuster durchgeführt. Die zwei zweiten Vibrationselektroden T2 bewegen sich vorwärts zu den Schweißabschnitten W der erhitzten oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 und die zwei gegenüberliegenden ersten Vibrationselektroden T1 bewegen sich im dritten Vibrationsmuster rückwärts. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich in einem ersten Prozess S51 das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W radial auswärts zu dem Raum, der durch Rückwärtsbewegungen der ersten zwei Vibrationselektroden T1 erzeugt wird und wird in Rückwärtsrichtung der zwei ersten Vibrationselektroden T1 extrudiert.
Nach dem ersten Prozess S51 kehren die zwei zweiten Vibrationselektroden T2 und die zwei gegenüberliegenden ersten Vibrationselektroden T1 in ihre Ausgangspositionen mit Bezug auf die Schweißabschnitte W der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 zurück. Dadurch bewegt sich das flüssige Metall in den Schweißabschnitten W aufgrund von Vorwärtsbewegungen der zwei ersten Vibrationselektroden T1 zu dem Raum der durch Rückwärtsbewegungen der zwei zweiten Vibrationselektroden T2 erzeugt wird und wird in einem zweiten Prozess S52 in Rückwärtsrichtung der zwei zweiten Vibrationselektroden T2 extrudiert.
Das dritte Vibrationsmuster, das den ersten Prozess S51 und den zweiten Prozess S52 einschließt, wird wiederholt, so dass das flüssige Metall, das in den Schweißabschnitten W durch plastisches Fließen gerührt wird, in der Ausgangsposition Festphasen verschweißt wird, um den Punktschweißabschnitt SW zu bilden.
Währenddessen kann im Rückwärtsextrusionsschritt S5 der Vibrationshub unabhängig durch Steuerung von hydraulischem Betriebsdruck gesteuert werden, der dem Vibrationszylindergehäuse 3 entsprechend physikalischer Eigenschaften (Dicke, Material und Anzahl) der oberen und unteren Metallplatten P1 und P2 zugeführt wird.
6 ist eine perspektivische Ansicht von Metallplatten, die mit einer Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschweißt werden.
Mit Bezug auf 6: die Punktschweißabschnitte SW werden auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Metallplatten, die durch die Vorrichtung 10 zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschweißt werden, geformt und eine Spur der Heizelektrode 9 und Spuren der ersten und der zweiten Vibrationselektrode T1 und T2 werden auf Oberflächen der Punktschweißabschnitte SW als drei konzentrische Kreise hinterlassen.
7 ist eine Seitenansicht eines Schweißrobotersystems, an dem eine Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht wird.
Mit Bezug auf 7: ein Paar von Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann an einem Arm eines Schweißroboters 20 montiert werden. Das heißt, ein Rahmen 21 wird an einem vorderen Ende des Arms des Schweißroboters 20 montiert und das Paar von Vorrichtungen 10 zum Vibro-Punktschweißen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch die Halter 23 bzw. 25 an beiden Seiten des Rahmens 21 montiert.
Die Schweißabschnitte der sich überlappenden Metallplatten werden durch die Heizelektrode erhitzt und durch die Kreuzung der oberen Vibrationselektroden und der unteren Vibrationselektroden in verschiedenen Vibrationsmustern gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschweißt. Dadurch findet weit verbreitetes plastisches Fließen in den Schweißabschnitten statt und das flüssige Metall in den Schweißabschnitten wird gerührt, um so eine hohe Schweißfestigkeit zu sichern.
Zusätzlich können verschiedene Arten von Metallplatten verschweißt werden, durch individuelle Steuerung des Ausgangsstroms und des Vibrationshubs gemäß der Temperatur plastischen Fließens und physikalischer Eigenschaften (Dicke, Material und Anzahl) der sich überlappenden Metallplatten.
Obwohl diese Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was zur Zeit als praktische exemplarische Ausführungsformen betrachtet wird, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu dienen soll, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abzudecken, die in den Geist und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-0007476 [0001]
KR 1286673 [0009, 0010, 0011]

Claims

Eine Vorrichtung zum Vibro-Punktschweißen, die Folgendes umfasst: ein Vibrationszylindergehäuse das aus ersten und zweiten Kolbenkammern besteht, die durch eine Trennwand getrennt sind; eine erste Kolbenstange die eine ringförmige Stange ist, fest verbunden mit einem ersten Kolben, der in der ersten Kolbenkammer angeordnet ist und ein Ende hat, das in eine Seite des Vibrationszylindergehäuses eindringt; eine zweite Kolbenstange, die eine kreisförmige Stange ist, welche in die ringförmige Stange eindringt, fest mit einem zweiten Kolben verbunden ist, der in der zweiten Kolbenkammer angeordnet ist und ein Ende hat, das in die Seite des Vibrationszylindergehäuses eindringt; ein Zuführgehäuse, das eine obere Oberfläche des Vibrationszylindergehäuses umgibt, und Strom von einer Stromquelle empfängt; einen Elektrodenhalter, der mit einem Ende des Zuführgehäuses verschraubt ist; eine Heizelektrode, die mit einem Ende des Elektrodenhalters verschraubt ist; eine erste Vibrationselektrode, die mit dem einen Ende der ersten Kolbenstange verschraubt ist und in den Elektrodenhalter und die Heizelektrode eindringt; und eine zweite Vibrationselektrode, die mit dem einen Ende der zweiten Kolbenstange verschraubt ist und in die erste Vibrationselektrode eindringt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin das Vibrationszylindergehäuse durch die Trennwand aus den ersten und zweiten Kolbenkammern geformt wird und die ersten und zweiten Kolbenkammern von ersten bzw. zweiten Kolben in zwei Hydraulikkammern unterteilt werden.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin der andere Endabschnitt der ersten Kolbenstange einteilig mit dem ersten Kolben geformt ist, die zweite Kolbenstange in den ersten Kolben und die erste Kolbenstange eingeführt wird, um darin verschiebbar zu sein, und der andere Endabschnitt der zweiten Kolbenstange einteilig mit dem zweiten Kolben geformt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin ein Stopper in einen Endabschnitt der ersten Kolbenstange eingreift, der an einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses angeordnet ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin ein anderer Stopper in den anderen Endabschnitt der zweiten Kolbenstange eingreift, die an einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses angebracht ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die erste Vibrationselektrode mit einem äußeren Umfang des einen Endabschnitts der ersten Kolbenstange verschraubt ist, das an einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses im Elektrodenhalter herausragt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die zweite Vibrationselektrode mit einer Eingriffsbohrung verschraubt ist, die an dem anderen Ende der zweiten Kolbenstange geformt ist, das an einem Äußeren des Vibrationszylindergehäuses in der ersten Vibrationselektrode herausragt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin der Elektrodenhalter mit einem inneren Umfang des einen Endabschnitts des Zuführgehäuses verschraubt ist, um den Strom, der von der Stromquelle angelegt wird, durch das Zuführgehäuse an die Heizelektrode anzulegen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die ersten und zweiten Kolben individuell durch hydraulischen Druck gesteuert werden, der den ersten und zweiten Kolbenkammern des Vibrationszylindergehäuses zugeführt wird.
Ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Unterdrucksetzens, worin ein Paar von Vorrichtungen zum Vibro-Punktschweißen gemäß Anspruch 1 eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche sich überlappender oberer und unterer Metallplatten berührt und Druck durch die Heizelektroden und die ersten und zweiten Vibrationselektroden auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten ausgeübt wird; einen Heizschritt, worin Strom durch die Heizelektroden zugeführt wird, die Schweißabschnitte der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten vertikal berühren, so dass die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten durch Wärme erhitzt werden, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird; und einen Vorwärtsextrusionsschritt, worin eine Vibrationslast auf die Schweißabschnitte einwirkt, so dass eine zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten sich wiederholend kreuzen und Vorwärtsextrusion von flüssigem Metall aufgrund von plastischem Fließen wiederholt durchgeführt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, worin der Vorwärtsextrusionsschritt Folgendes umfasst: einen ersten Prozess, in dem sich eine zweite Vibrationselektrode vorwärtsbewegt und sich die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten rückwärtsbewegt, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der ersten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen zweiten Prozess, in dem sich die erste Vibrationselektrode vorwärtsbewegt und sich die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten rückwärtsbewegt, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial einwärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch die Rückwärtsbewegung der zweiten Vibrationselektrode erzeugt wird; und einen dritten Prozess worin die zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode sich zu Ausgangspositionen davon mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren, so dass das gerührte flüssige Metall in den Schweißabschnitten aufgrund von plastischen Fließen Festphasen verschweißt wird und einen Punktschweißabschnitt bildet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, worin der Vibrationshub im Vorwärtsextrusionsschritt entsprechend physikalischen Eigenschaften der oberen und unteren Metallplatten individuell gesteuert wird.
Ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Unterdrucksetzens, worin ein Paar von Vorrichtungen zum Vibro-Punktschweißen gemäß Anspruch 1 eine obere Oberfläche bzw. eine untere Oberfläche sich überlappender oberer und unterer Metallplatten berührt und durch die Heizelektroden und die ersten und zweiten Vibrationselektroden Druck auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten ausgeübt wird; einen Heizschritt, in dem Strom durch die Heizelektroden zugeführt wird, die Schweißabschnitte der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten vertikal berühren, so dass die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten durch Wärme erhitzt werden, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird; und einen komplexen Vorwärtsextrusionsschritt, worin Vibrationslast auf die Schweißabschnitte einwirkt, so dass eine zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode und die andere zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode sich mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten kreuzen und Vorwärtsextrusion von flüssigem Metall aufgrund von plastischem Fließen wiederholt durchgeführt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, worin der komplexe Vorwärtsextrusionsschritt Folgendes umfasst: einen ersten Prozess, worin sich eine zweite Vibrationselektrode vorwärtsbewegt und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten rückwärtsbewegt, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der ersten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen zweiten Prozess, worin sich die eine erste Vibrationselektrode vorwärtsbewegt und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten rückwärtsbewegt, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial einwärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der zweiten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen dritten Prozess, worin die eine zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode in Ausgangspositionen davon mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren; einen vierten Prozess, worin die andere zweite Vibrationselektrode sich mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten vorwärtsbewegt und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode rückwärtsbewegt, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der anderen ersten Vibrationselektrode erzeugt wird; einen fünften Prozess, worin sich die andere erste Vibrationselektrode vorwärtsbewegt und die gegenüberliegende zweite Vibrationselektrode mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten rückwärtsbewegt, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial einwärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der anderen zweiten Vibrationselektrode erzeugt wird; und einen sechsten Prozess, worin die andere zweite Vibrationselektrode und die gegenüberliegende erste Vibrationselektrode in Ausgangspositionen davon mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren, so dass das gerührte flüssige Metall in dem Schweißabschnitt aufgrund von plastischem Fließen Festphasen verschweißt wird und einen Punktschweißabschnitt bildet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, worin der Vibrationshub im komplexen Vorwärtsextrusionsschritt individuell in Übereinstimmung mit physikalischen Eigenschaften der oberen und unteren Metallplatten gesteuert wird.
Ein Verfahren zum Vibro-Punktschweißen, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Unterdrucksetzens, worin ein Paar von Vorrichtungen zum Vibro-Punktschweißen gemäß Anspruch 1 eine obere Oberfläche bzw. eine untere Oberfläche sich überlappender oberer und unterer Metallplatten berührt und Druck auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der sich überlappenden oberen und unteren Metallplatten durch die Heizelektroden und die ersten und zweiten Vibrationselektroden ausgeübt wird; einen Heizschritt, worin Strom durch die Heizelektroden zugeführt wird, die Schweißabschnitte der sich überlappenden oberen und unteren Platten vertikal berühren, so dass die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten durch Wärme erhitzt werden, die durch elektrischen Widerstand erzeugt wird; und einen Rückwärtsextrusionsschritt, worin Vibrationslast auf die Schweißabschnitte einwirkt, so dass zwei zweite Vibrationselektroden und die gegenüberliegenden zwei ersten Vibrationselektroden mit Bezug auf Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten sich kreuzen und Rückwärtsextrusion von flüssigem Metall aufgrund von plastischem Fließen wiederholt durchgeführt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, worin der Rückwärtsextrusionsschritt Folgendes umfasst: einen ersten Prozess, worin die zwei zweiten Vibrationselektroden sich vorwärtsbewegen und die gegenüberliegenden zwei ersten Vibrationselektroden sich rückwärtsbewegen mit Bezug auf die Schweißabschnitte der erhitzten oberen und unteren Metallplatten, so dass das flüssige Metall in den Schweißabschnitten radial auswärts zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der zwei ersten Vibrationselektroden erzeugt wird; und einen zweiten Prozess, worin die zwei zweiten Vibrationselektroden und die gegenüberliegenden zwei ersten Vibrationselektroden in Ausgangspositionen davon mit Bezug auf die Schweißabschnitte der oberen und unteren Metallplatten zurückkehren, so dass das flüssige Metall im Schweißabschnitt zu einem Raum hin extrudiert wird, der durch Rückwärtsbewegung der zwei zweiten Vibrationselektroden erzeugt wird und das gerührte flüssige Metall in den Schweißabschnitten aufgrund von plastischem Fließen Festphasen verschweißt wird, um einen Punktschweißabschnitt zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, worin der Vibrationshub im Rückwärtsextrusionsschritt individuell in Übereinstimmung mit physikalischen Eigenschaften der oberen und unteren Metallplatten gesteuert wird.