DE1116512B

DE1116512B - Process for cold press welding of a tubular part with a flat part and device for carrying out the process

Info

Publication number: DE1116512B
Application number: DEG12188A
Authority: DE
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1952-07-11
Filing date: 1953-07-11
Publication date: 1961-11-02

Description

Verfahren zum Kalt -Preß-Verschweißen eines rohrförmigen Teils mit einem ebenen Teil und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalt-Preß-Verschweißen eines rohrförmigen Teils mit einem ebenen Teil durch Zusammenpressen der zu verbindenden Flächen zwischen einem Gesenk und einem Stempel sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Method for cold-press welding a tubular part with a planar part and device for carrying out the method. The invention relates to a method for cold pressure welding a tubular part to a flat part by pressing together the surfaces to be connected between a die and a stamp and a device for carrying out the method.

Ein bekanntes Verfahren zum Kalt-Preß-Verschweißen der obigen Art führt zu Verbindungen, die nicht sehr widerstandsfähig sind, da sie einer ungünstigen Zug- und Druckbeanspruchung unterworfen sind. Außerdem entsteht ein nach außen laufender Flansch mit einer kreisförmigen Einsenkung an einer oder beiden Seiten dort, wo Metall zur Durchführung des Schweißvorganges verschoben worden ist. Der Flansch ist häufig hinderlich, und die Schweißstelle besitzt infolge der Schwächung des Metalls geringe Festigkeit.A known method of cold press welding of the above type leads to connections that are not very resistant because they are an unfavorable one Are subjected to tensile and compressive stress. In addition, there is an outward movement Flange with a circular indentation on one or both sides where Metal has been moved to carry out the welding process. The flange is often a hindrance, and the welding point has as a result of the weakening of the Metal low strength.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung der obigen Art, mit denen eine festere, zuverlässigere Verbindung erzielt wird und überstehende Flansche vermieden werden.The object of the invention is to create an improved method and an improved device of the above character which provides a stronger, more reliable Connection is achieved and protruding flanges are avoided.

Dies wird erfindungsgemäß verfahrensmäßig dadurch erreicht, daß die zu verbindenden Teile im Bereich der Schweißflächen, beim Einführen des Stempels in das Gesenk in den schmaler als die Gesamtdicke der zu verbindenden Teile bemessenen - z. B. 3011/o der Gesamtdicke betragenden - Spalt, zwischen die parallelen axialen Flächen von Stempel und Gesenk hineingezogen und in Axialrichtung gestreckt werden. Bei einem Verfahren zum Verschweißen eines Rohres in der Öffnung einer Platte werden erfindungsgemäß die zu verbindenden Flächen konisch vorgeformt.According to the method, this is achieved in that the parts to be connected in the area of the welding surfaces when inserting the punch in the die in the dimensioned narrower than the total thickness of the parts to be connected - e.g. B. 3011 / o of the total thickness - gap, between the parallel axial Surfaces of the punch and die are drawn in and stretched in the axial direction. In a method for welding a pipe in the opening of a plate according to the invention, the surfaces to be connected are preformed conically.

Bei einer Vorrichtung mit einem Gesenk und einem Stempel zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß das Gesenk oder der Stempel mit einem Vorsprung versehen, der beim Zusammenführen des Stempels und des Gesenkes der Fläche des anderen Teiles so dicht gegenübersteht, daß er als Schneidkante wirkt. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Stempel mit einem Zentrierzapfen verringerten Querschnitts versehen ist.In a device with a die and a punch for implementation of the method according to the invention is the die or the punch with a projection provided that when the punch and the die are brought together the surface of the other Part faces so close that it acts as a cutting edge. In doing so, it can be beneficial if the punch is provided with a centering pin of reduced cross-section is.

Ein Vorteil der zuvor definierten Maßnahmen besteht darin, daß die hergestellte Schweißverbindung nur auf Scherung beansprucht ist. Dadurch, daß auf diese Weise die zu verbindenden Flächen in das Gesenk hineingezogen werden, wird die Verbindungsebene in die Axialrichtung gelegt. Ein weiterer Vorteil ist der Fortfall überstehender Flansche, da der Flansch in die Axialebene umgekippt und in eine tiefer gelegene Axialebene verlegt wird. Durch Ineinanderziehen des Materials wird infolge der dadurch bewirkten besonders guten Materialvermengung die Festigkeit der Schweißverbindung erheblich verbessert.An advantage of the measures defined above is that the The welded joint produced is only subjected to shear stress. By that on this way the surfaces to be joined are drawn into the die the connection plane is placed in the axial direction. Another advantage is the elimination protruding flanges, as the flange tilts over in the axial plane and in a deeper one located axial plane is moved. Pulling the material into one another results in the particularly good material mixing brought about as a result, the strength of the welded joint vastly improved.

Ein Anwendungsgebiet des erwähnten Verfahrens ist die Anbringung von Deckeln an Aluminiumkondensatorbüchsen von kreisförmigem Querschnitt. Der obere Teil einer Büchse ragt nach außen geringfügig vor, derart, daß ein ebener Flansch geringer radialer Breite gebildet wird. Ein Deckei mit Klemmen und einer auf den Flansch passenden Oberfläche ist auf dem Oberteil der Büchse angeordnet und wird mit dem Flansch durch geeignete Kalt-Druck-Schweißwerkzeuge verschweißt, die eine Ringschweißung herstellen, wobei die miteinander zu verschweißenden Oberflächen vorher maschinell gereinigt worden sind, wie beispielsweise durch Kratzbürsten mit einer umlaufenden Stahldrähtkratzbürste. Falls die vorspringende Schweißstelle unerwünscht ist, kann diese nach unten dadurch abgerichtet oder abgekantet werden, daß die gesamte Büchse mit dem Kopf nach unten durch ein Gesenk gepreßt wird, wobei dann der Schweißstellenfiansch oben dicht gegen die Seite der Büchse anliegt.One area of application of the mentioned method is the application of Lids on aluminum capacitor cans of circular cross-section. The upper Part of a sleeve protrudes slightly outwards, so that a flat flange small radial width is formed. A cover egg with clamps and one on the Flange matching surface is placed on the top of the liner and is made welded to the flange by suitable cold pressure welding tools, the one Make ring welds, with the surfaces to be welded together have been mechanically cleaned beforehand, for example by using a scratch brush a rotating steel wire scraper brush. If the protruding weld is undesirable is, this can be dressed or folded down by the fact that the entire Sleeve is pressed with the head down through a die, in which case the welding point fiansch rests tightly against the side of the bushing at the top.

Das obige Schweißverfahren ist auch auf Büchsen anwendbar, die keinen Kreisquerschnitt, sondern beispielsweise ovalen Querschnitt haben, wobei sich der Büchsendeckel nicht ausbeult und sich die Schweißstelle nicht nach unten abkantet.The above welding procedure is also applicable to cans that do not have a Circular cross-section, but for example have an oval cross-section, whereby the can cover does not bulge and the weld does not move folded down.

Da die relative Bewegung zwischen den Werkzeugflächen parallel zu einer Büchsenachse verläuft, liegt die Schweißstelle des Deckels mit- dem Büchsenoberteil innerhalb der Umfangsabmessung der Büchse, und es ist kein nachfolgender Abricht- oder Abkantvorgang erforderlich. Dies ist im besonderen vorteilhaft bei Büchsen mit ovalem Querschnitt.Because the relative movement between the tool surfaces is parallel to runs along a sleeve axis, the welding point between the cover and the sleeve top is located within the circumferential dimension of the sleeve, and there is no subsequent dressing or bending process required. This is particularly advantageous in the case of cans with oval cross-section.

Zum deutlichen Verständnis der Erfindung wird jetzt ein Verfahren zum Kalt-Preß-Verschweißen eines Deckels mit einer Büchse mit kreisförmigem Querschnitt und ein- Verfahren zum Verschweißen eines Messingrohres mit einer Aluminiumplatte als Beispiel im Zusammenhang mit den sechs Figuren der Zeichnungen beschrieben, in denen die Fig. 1 und 2 das erste Verfahren und die Fig. 3 bis 6 das zweite Verfahren betreffen. Es zeigt Fig. 1 die Werkzeuge, die Büchse und den mit der Büchse zu verschweißenden Deckel, teilweise im Schnitt gezeichnet, Fig. 2 die Werkzeuge und Werkstücke nach dem Schweißvorgang, Fig. 3 einen Querschnitt eines Teiles eines Rohres, das mit der Wandung einer Öffnung einer Platte verschweißt werden soll, Fig. 4 einen Teil der mit dem Rohr zu verschweißenden Platte im Schnitt, Fig. 5 einen Schnitt eines Teiles des Rohres und der Platte in ihrer Lage vor dem Schweißen und Fig. 6 einen Schnitt des Preßgesenkes und eine Seitenansicht des Preßstempels.A method will now be provided in order to clearly understand the invention for cold-press welding a cover to a sleeve with a circular cross-section and a method of welding a brass pipe to an aluminum plate described as an example in connection with the six figures of the drawings, in which FIGS. 1 and 2 show the first method and FIGS. 3 to 6 show the second method affect. It shows Fig. 1 the tools, the sleeve and to be welded to the sleeve Cover, partially drawn in section, Fig. 2, the tools and workpieces according to the welding process, Fig. 3 is a cross-section of a part of a pipe that with the wall of an opening of a plate is to be welded, FIG. 4 shows a part of the plate to be welded to the pipe in section, FIG. 5 shows a section of a Part of the pipe and the plate in their position before welding and Fig. 6 a Section of the press die and a side view of the press ram.

Die Büchse 1 und der Deckel 2, nach Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, bestehen aus handelsüblichem Aluminium. Die Büchse 1 hat einen kreisförmigen Querschnitt und einen geschlossenen Boden und ist z. B. durch Strangpressen hergestellt. Das ringförmige Gedenk 3, in das die Büchse 1 genau paßt, besteht aus Werkzeugstahl und kann auf der Tischfläche beispielsweise einer kleinen hydraulischen Presse aufliegen. Hat die Tischfläche ein Mittelloch unterhalb des Loches 4 in dem Gedenk 3, so kann die Büchse unterhalb des Gesenkes 3 ausgeworfen werden. Der Oberteil und Mund der Büchse 1 ist nach außen erweitert, so daß ein kegelstumpfförmiger Sitz 5 für den Deckel 2 gebildet wird. Der Deckel 2 aus Blech in Form eines Bechers wird mit einem konischen Rand 6 gepreßt, der in den Sitz 5 paßt. Die Auflageflächen des Sitzes 5 und des Randes 6 müssen sauber sein. Diese Oberflächen können in bekannter Weise durch eine umlaufende Stahldrahtkratzbürste gereinigt werden. Der Mund der Bohrung 4 des Gesenkes 3 ist geringfügig abgerundet.The can 1 and the cover 2, according to FIGS. 1 and 2 of the drawings, are made of commercially available aluminum. The sleeve 1 has a circular cross-section and a closed bottom and is e.g. B. manufactured by extrusion. The ring-shaped memorial 3, in which the sleeve 1 fits exactly, is made of tool steel and can rest on the table surface, for example a small hydraulic press. If the table surface has a central hole below the hole 4 in the memorial 3, the can below the die 3 can be ejected. The top and mouth of the sleeve 1 is widened outwards so that a frustoconical seat 5 for the cover 2 is formed. The cover 2 made of sheet metal in the form of a cup is pressed with a conical edge 6 which fits into the seat 5. The contact surfaces of the seat 5 and the rim 6 must be clean. These surfaces can be cleaned in a known manner using a rotating steel wire scraper brush. The mouth of the bore 4 of the die 3 is slightly rounded.

Das obere Werkzeug, der Stempel ?, ist in geeigneter Weise in der Presse angeordnet, so daß er sich koaxial zu der Bohrung 4 in dem Gedenk 3 bewegt. Um seine Herstellung zu erleichtern, kann er aus getrennten, miteinander verschraubten Teilen oder in einem Stück gebaut sein. Er weist eine zylindrische Preßfläche 8 und eine kreisförmige Schneidkante 9 auf, wobei die Höhe der Preßfläche 8 der Höhe der herzustellenden Schweißfläche entspricht und die Preßfläche 8 mit der- Innenfläche der Bohrung 4 in dem Gedenk 3 zusammenarbeitet, welche die andere Preßfläche bildet. Die Schneidkante 9 hat einen solchen Durchmesser, daß sie genau in die Bohrung4 paßt, wenn der- Kolben 7 nach unten in das Gedenk 3 bewegt wird. Die Schulter, welche die Schneidkante 9 bildet, kann eine Neigung von ungefähr 60° an ihrer oberen Seite haben, wobei ihre Unterseite senkrecht zu der Achse. des Stempels 7 verläuft, um die Stirnseite der Büchse neben den Schweißstellen zwischen der Büchse 1 und dem Deckel 2 eben zu formen. Es ist jedoch nicht Bedingung, daß die Unterseite der Schulter senkrecht zu der Stempelachse verläuft. Sie kann unter jedem geeigneten Winkel geneigt sein, vorausgesetzt, daß die vorstehend erwähnte Stirnseite der Büchse scharfe Kanten aufweisen darf.The upper tool, the punch ?, is conveniently in the Press arranged so that it moves coaxially with the bore 4 in the memorial 3. In order to facilitate its manufacture, it can be made of separate, screwed together Split or be built in one piece. It has a cylindrical pressing surface 8 and a circular cutting edge 9, the height of the pressing surface 8 being the height corresponds to the weld surface to be produced and the pressing surface 8 with the inner surface the bore 4 cooperates in the memorial 3, which forms the other pressing surface. The cutting edge 9 has a diameter such that it fits exactly into the bore 4 fits when the piston 7 is moved down into the memorial 3. The shoulder, which the cutting edge 9 forms, an inclination of about 60 ° on its upper side with their bottom perpendicular to the axis. of the stamp 7 runs to the face of the sleeve next to the welds between the sleeve 1 and the Shape lid 2 flat. However, it is not a requirement that the underside of the shoulder be runs perpendicular to the punch axis. It can be tilted at any suitable angle provided that the aforementioned face of the liner has sharp edges may have.

Die Preßfläche 8 auf dem Stempel 7 hat einen Durchmesser, der gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Gesenkes 3, vermindert um die zweifache gemeinsame Dicke der Büchse 1 und des Deckels 2 nach dem Preßvorgang ist. Der Durchmesser der Oberfläche ist so gewählt, daß die endgültige gemeinsame Dicke von Büchse und Deckelrand im Bereich der Schweißstelle 30"/o der gemeinsamen ursprünglichen Dicke des Sitzes 5 und des Randes 6 ausmacht. Die untere Kante der Preßfläche 8 ist geringfügig abgerundet, um ein Fließen des Werkstoffes zu erleichtern.The pressing surface 8 on the punch 7 has a diameter which is the same the inner diameter of the annular die 3 reduced by twice the common Thickness of the sleeve 1 and the lid 2 after the pressing process. The diameter of the The surface is chosen so that the final joint thickness of the sleeve and the edge of the lid in the area of the welding point 30 "/ o of the common original thickness of the seat 5 and 6 of the edge. The lower edge of the pressing surface 8 is slightly rounded, to facilitate the flow of the material.

Unterhalb der Preßfläche 8 ist eine weitere zyhndrische Fläche 10 vorhanden, deren axiale Tiefe ungefähr 66"/o der gemeinsamen ursprünglichen Stärke des Sitzes 5 und des Deckelrandes 6 beträgt und deren Durchmesser so bemessen ist, daß der Spalt zwischen ihr und der Innenfläche der Bohrung 4 in dem Gesenk 3 gleich dieser kombinierten Stärke ist. Der Boden des Stempels 7 drückt direkt auf den oberen Teil des Deckels 2 während der Abwärtsbewegung des Stempels 7. Die Oberflächen zu 10 und der Boden des Stempels 7 bilden die erforderliche Form des Deckels, wobei der Werkstoff zwischen den Oberflächen 9 und 10 und der Oberfläche der Bohrung 4 gepreßt wird. Bei Ausüben des Preßdruckes fließt das Metall wahrend der Abwärtsbewegung des Stempels 7 nach oben an dessen Schneidkante 9 vorbei, solange diese noch von dem Loch 4 entfernt ist. Der Teil der Oberfläche 10, der unmittelbar unter der von der Oberfläche 8 gebildeten Schulter liegt, und die Kante zwischen der Oberfläche 10 und dem Boden des Stempels 7 sind abgerundet, um das Fließen des Werkstoffes zu erleichtern.Below the pressing surface 8 there is another cylindrical surface 10, the axial depth of which is approximately 66 "/ o of the common original thickness of the seat 5 and the cover edge 6 and the diameter of which is such that the gap between it and the inner surface of the bore 4 is equal to this combined thickness in the die 3. The bottom of the punch 7 presses directly on the upper part of the lid 2 during the downward movement of the punch 7. The surfaces to 10 and the bottom of the punch 7 form the required shape of the lid, the Material is pressed between the surfaces 9 and 10 and the surface of the bore 4. When the pressing pressure is exerted, the metal flows upwardly past its cutting edge 9 during the downward movement of the punch 7, as long as this is still removed from the hole 4. The part of the Surface 10, which lies immediately below the shoulder formed by surface 8, and the edge between surface 10 and the bottom of the Punches 7 are rounded to facilitate the flow of the material.

Der Preßvorgang geht folgendermaßen vor sich: Eine Büchse 1 mit einem eine gereinigte Schweißfläche aufweisenden Sitz 5 wird in das Gedenk 3 ein-und ein Deckel 2 mit einem gereinigten Rand auf den Sitz 5 der Büchse aufgesetzt. Der Stempel? wird dann auf den Deckel 2 gesenkt, und der Sitz 5 und der Deckel 2 beginnen sich nach unten in das Gedenk 3 hinein zu bewegen, wobei der Sitz 5 und der Rand 6 radial nach innen zu umgebogen werden. Wenn sich die zylindrische Preßfläche 8 nach unten in die Bohrung 4 des Gesenkes und über die geringfügig abgerundete Öffnung des Gesenkes 3 hinaus bewegt, beginnt das Metall des Sitzes 5 und des Deckelrandes 6 nach oben abzufließen. Dies setzt sich fort, bis die Schneidkante 9 vollständig in die Gedenkbohrung 4 eingetreten ist und das überschüssige nach oben abgeflossene Metall abschneidet. Dieses wird als schwimmender Ring um den Hals des Stempels 7 belassen. Der Stempel 7 bewegt sich weiter nach unten, und schließlich werden die Büchse 1 und der Deckel 2, die nun zusammengeschweißt sind, an der Unterseite des Gesenks 3 ausgeworfen. Die Schweißung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sie innerhalb des Umfangs der Büchse 1 liegt.The pressing process proceeds as follows: A sleeve 1 with a seat 5 having a cleaned welding surface is inserted into the memorial 3 and a cover 2 with a cleaned edge is placed on the seat 5 of the sleeve. The Stamp? is then lowered onto the lid 2 and the seat 5 and lid 2 begin to move downward into the memorial 3, the seat 5 and rim 6 being bent radially inward. When the cylindrical pressing surface 8 moves down into the bore 4 of the die and beyond the slightly rounded opening of the die 3, the metal of the seat 5 and the cover rim 6 begins to flow upwards. This continues until the cutting edge 9 has completely entered the memorial bore 4 and cuts off the excess metal that has flowed upwards. This is left as a floating ring around the neck of the stamp 7. The punch 7 continues to move downwards, and finally the can 1 and cover 2, which are now welded together, are ejected from the underside of the die 3. The weld is particularly advantageous because it lies within the circumference of the sleeve 1.

Das Rohr 11 nach Fig. 3 bis 5 soll mit der Platte 15 verschweißt werden. Es kann z. B. aus Messing (70: 30) bestehen. Sein unteres Endteil 12 wird nach innen konisch geformt. Es soll in ein entsprechend konisch geformtes herabhängendes rohrförmiges Teil 13 eingreifen, das über eine Bohrung 14 der Platte 15 ausgeformt ist, die aus handelsüblich reinem Aluminium bestehen kann. Die Wandstärke des konischen Teiles 13 vermindert sich allmählich von seinem oberen zu seinem unteren Ende, wobei die maximale Wandstärke des Teiles 13 gleich der Wandstärke des Teiles 12 ist. Vor dem Zusammenbau der beiden Teile in der in Fig. 5 dargestellten Art werden die Berührungsflächen der beiden Teile 12 und 13 von Fett oder Schmiermitteln befreit und in bekannter Weise maschinell durch eine umlaufende Kratzbürste gereinigt. Nach dem Zusammenbau der Teile werden sie in dem Schweißgesenk 16 untergebracht, wobei die Unterseite der Platte 15 auf der oberen Fläche 17 des Gesenkes ruht und die Teile 12 und 13 nach unten in die Einschnürung 18 des Gesenkes 16 vorragen. Der Preßstempel 19 liegt wie vorher auf der Achse des Gesenkes 16 und hat einen Zentrierzapfen 20 zur Werkzeugausrichtung sowie eine Preßfläche 21. Das Gesenk 16 ist mit einer Preßfläche 22 und einerSchneidkante23 versehen, um das überschüssige Metall abzuschneiden.The tube 11 according to FIGS. 3 to 5 is to be welded to the plate 15. It can e.g. B. made of brass (70:30 ). Its lower end part 12 is conical inwardly. It is intended to engage in a correspondingly conically shaped, depending tubular part 13 which is formed via a bore 14 in the plate 15, which can consist of commercially pure aluminum. The wall thickness of the conical part 13 gradually decreases from its upper to its lower end, the maximum wall thickness of the part 13 being equal to the wall thickness of the part 12. Before the two parts are assembled in the manner shown in FIG. 5, the contact surfaces of the two parts 12 and 13 are freed from grease or lubricants and mechanically cleaned in a known manner by a rotating scraper brush. Once the parts have been assembled, they are placed in the welding die 16 with the underside of the plate 15 resting on the upper surface 17 of the die and the parts 12 and 13 projecting downwardly into the neck 18 of the die 16. The ram 19 lies on the axis of the die 16 as before and has a centering pin 20 for tool alignment and a pressing surface 21. The die 16 is provided with a pressing surface 22 and a cutting edge 23 to cut off the excess metal.

Wie in den für die Büchse verwendeten Werkzeugen ist der Durchmesser der Preßflächen des Gesenkes und des Stempels so gewählt, daß diese die zu verschweißenden Teile dünner auspressen. Der Vorgang des Schweißens ist aus der oben gegebenen Beschreibung der Büchsenschweißvorrichtung deutlich verständlich. Nach dem Verschweißen des Rohres mit der Platte 15 muß jedoch das obere Werkzeug, d. h: der Stempel 19, nach oben zurückgezogen werden, um die Entfernung der geschweißten Teile zu ermöglichen. Die Form der Teile im Bereich der Schweißung wird durch die Form des Gesenkes16 und des Stempels 19 bestimmt.As in the tools used for the rifle, the diameter is the pressing surfaces of the die and the punch selected so that these are the ones to be welded Press parts thinner. The process of welding is from the description given above the sleeve welding device clearly understandable. After welding the pipe with the plate 15, however, the upper tool, i.e. h: the stamp 19, upwards withdrawn to allow removal of the welded parts. the The shape of the parts in the area of the weld is determined by the shape of the die16 and of the stamp 19 is determined.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for cold pressure welding a tubular Partly with a flat part by pressing together the parts to be connected between a die and a punch, characterized in that the to be connected Parts in the area of the welding surfaces when inserting the punch into the die the narrower than the total thickness of the parts to be connected - z. B. 3011 / o of the total thickness - gap, between the parallel axial surfaces of The punch and die are drawn in and stretched in the axial direction.

2. Procedure for welding a pipe in the opening of a plate, characterized in that that the surfaces to be connected are preformed conically.

3. Device with a Die and a punch for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the die or the punch is provided with a projection is the one when the punch and die join the face of the other Part faces so close that it acts as a cutting edge.

4. Device according to Claim 3, characterized in that the stamp is reduced with a centering pin Cross-section is provided. Publications considered: German Patent Specifications No. 244 829, 438 704; U.S. Patent No. 2,522,408.