DE3621086A1 - Verfahren zur herstellung eines gegenstandes durch reibschweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch Reibschweißen und insbesondere ein Verfahren, bei welchem die zu verschweißenden Flächen zweier metallischer Körper eine bestimmte vorgegebene Form haben.

Reibschweißen ist ein bekanntes Verfahren, bei welchem zwei oder mehr metallische oder aus Kunststoff bestehende Teile miteinander verbunden werden können unter Anwendung von Wärme die erzeugt wird, indem die beiden Teile aneinandergerieben werden, wodurch eine Schweißverbindung entsteht. Beim Reibschweißen werden die beiden zu verbindenden metallischen Teile relativ zueinander bewegt, entweder in Umfangsrichtung gedreht oder hin- und herbewegt und sie werden gleichzeitig gegeneinander ge­ preßt, bis eine ausreichende Wärme durch die Reibung zwischen den Teilen erzeugt ist, um die Reibschweißverbindung zu bilden.

Die sich relativ zueinander bewegenden Flächen der Komponenten, an denen die Reibschweißverbindung erzeugt werden soll, sind in ihrer Form einander angepaßt. Gewöhnlich sind diese Flächen eben und parallel zueinander. In manchen Fällen ist es jedoch erwünscht, die Grenzflächen der zu ver­ schweißenden Komponenten so zu formen, daß die erzeugte Reibungswärme auf bestimmte Bereiche der Grenzflächen konzentriert ist. In der US- Patentschrift 37 62 030 ist die Grenzfläche eines ersten metallischen Teils, das mit einem zweiten metallischen Teil verbunden werden soll, mit einer Vertiefung versehen, so daß der Anfangskontakt zwischen den Grenzflächen in den Umfangsbereichen dieser Flächen auftritt. Es wurde gefunden, daß eine solche Form dann geeignet ist, wenn einer der beiden zu verschweißenden Teile eine höhere Wärmefestigkeit hat als der andere Teil.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Schweißfläche von einem der beiden zu verschweißenden Teile konvex auszubilden, so daß der Anfangs­ kontakt im zentralen Bereich auftritt und dort eine Reibungswärme ent­ steht. Beim Reibschweißen eines geschweißten Joches an eine Stange oder eine Welle bei der Herstellung einer Fahrzeugachse oder Fahrzeugwelle wurde gefunden, daß es günstig ist, der Grenzfläche oder Schweißfläche des Joches eine konische Form zu geben, die eine relativ kleine radiale Verjüngung hat. Es ist jedoch schwierig, eine solche konische Oberfläche beim Schmieden des Joches herzustellen, da wegen unvermeidlicher Ver­ schiebungen der Schmiedeform während des Schmiedens der Scheitel der konischen Grenzfläche, die beim Schmieden erzeugt wird, nicht immer im Zentrum der Grenzfläche liegt. Um hiermit eine gute Schweißverbindung ohne Kalt-Stellen im zentralen Bereich zu schaffen, war es daher not­ wendig, die durch das Schmieden hergestellte konische Form durch eine separate spanabhebende maschinelle Bearbeitung vor dem Reibschweißen nachzuarbeiten.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Methode zum Reib­ schweißen von zwei metallischen Teilen, wobei die Grenzfläche von einem der beiden Teile während des Schmiedens so geformt wird, daß der Anfangs­ kontakt zwischen den Grenzflächen der beiden Teile in deren zentralem Bereich auftritt, so daß die erzeugte Reibungswärme anfangs in diesem Bereich entsteht.

Insbesondere ist die Grenzfläche der einen Komponente im allgemeinen konvex ausgebildet, relativ zu einer Ebene, die senkrecht zur Schweiß­ achse liegt, während die Grenzfläche des anderen Teils im wesentlichen planar ist und senkrecht zur Schweißachse verläuft.

Nach der Erfindung ist ferner der zentrale Abschnitt der konvexen Grenz­ fläche mit einem erhabenen oder erhöhten Vorsprung oder Kopf versehen, der sich axial um einen vorgegebenen Abstand von der konvexen Grenzfläche auswärts erstreckt. Eine solche Form kann durch einen Schmiedevorgang erzeugt werden und es wird dadurch gewährleistet, daß während des Reib­ schweißens der Anfangskontakt zwischen den Grenzflächen der beiden zu verschweißenden Teile in dem zentralen Bereich auftritt, wodurch eine fehlerfreie Schweißverbindung erzeugt wird. Vorzugsweise wird dieses Verfahren verwendet, um ein geschmiedetes Joch mit einer Stange oder einer Welle zu verschweißen, um eine Fahrzeugachse zu erzeugen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Seitenansicht zwei Komponenten zeigt, die durch Reibschweißen miteinander verbunden werden sollen und deren Grenzflächen im Abstand einander gegenüberliegen.

Fig. 2 zeigt vergrößert in Seitenansicht eine der beiden Komponenten, deren Grenzfläche oder Schweißfläche eine vorgegebene erfindungsgemäße Form hat.

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht des Teils nach Fig. 2 in Richtung der Pfeile 3-3. Fig. 1 zeigt zwei Komponenten, die durch Reibschweißen miteinander ver­ bunden werden sollen. Die eine Komponente ist ein geschmiedetes, gabel­ förmiges Joch 10 mit einer Schweißfläche oder Grenzfläche 12, die durch Reibschweißen mit einer Grenzfläche 14 einer Stange oder eine Welle 16 verbunden werden soll, um eine Achse oder Welle für ein Fahrzeug zu produzieren. Das Joch 10 und die Stange 16 können z.B. aus Stahl SAE 1040 bestehen.

Obwohl die Erfindung anhand der Verschweißung eines geschmiedeten Joches mit einer Stange beschrieben wird, wird betont, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Reibschweißen von anderen metallischen Komponenten und andere Anwendungsfälle anwendbar ist. Die hier verwendete Bezeichnung "Reibschweißen" umfaßt sowohl das konventionelle Reibschweißen, bei welchem die zugehörigen Teile direkt motorisch angetrieben werden, aber auch das sogenannte "Trägheits-Schweißen", bei welchem der Antrieb der Komponenten mittels eines Schwungrades erfolgt.

In Fig. 1 ist die Grenzfläche 12 des Joches 10, die durch Reibschweißen mit der Grenzfläche 14 der Stange 16 verbunden werden soll, mit einem allgemein konvexen Abschnitt 12 a versehen, der einen erhöhten Kopf oder Knopf 12 b hat, der im Zentrum des Abschnitts 12 a ausgebildet ist. Die Grenzfläche 14 der Stange 16 ist im wesentlichen planar und liegt senkrecht zu einer Schweißachse W. Während des Reibschweißens wird das Joch 10 relativ zum Stab 16 um die Schweißachse W gedreht und die beiden Kompo­ nenten werden gegeneinander gepreßt mit einer Kraft, die ausreicht, um eine ausreichende Schweißwärme zu erzeugen, um die metallischen Teile an ihren Grenzflächen miteinander zu verschweißen. Der erhöhte Knopf 12 b gewährleistet, daß der Anfangskontakt und die Anfangswärme im Zentrum der Grenzflächen entsteht und dadurch eine fehlerfreie Schweißung erzeugt wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen vergrößert in Seitenansicht und in Stirnansicht das geschmiedete Joch 10. Vorzugsweise werden die konvexe Fläche 12 a und der zentrale vorstehende Knopf oder Kopf 12 b während eines einzigen Schmiedevorgangs hergestellt. Da der erhöhte Kopf gleichzeitig mit der konvexen Fläche 12 a geschmiedet wird, entfällt die Notwendigkeit für eine separate zusätzliche maschinelle Bearbeitung.

In der bevorzugten Ausführungsform des Joches hat das Ende des Joches 10 einen Durchmesser D, der beispielsweise 41 mm sein kann. Der Durchmesser A des erhöhten Kopfes 12 b kann etwa 12,5 mm betragen und der Abstand B, d.h. die axiale Länge des Kopfes 12 b, kann etwa 3 mm betragen. Die radiale Verjüngung oder Konizität X der Fläche 12 a kann vorzugsweise etwa 7° bezüglich einer Ebene senkrecht zur Schweißachse W betragen.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Beispiels beschrieben. Sie kann aber auch auf andere Reibschweißverbindungen anderer Gegenstände angewendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Reibschweißen von zwei metallischen Komponenten, deren zu verschweißende Grenzflächen einander gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Grenzfläche der einen Komponente eine im wesentlichen konvexe Form relativ zu einer Ebene senkrecht zu einer Schweißachse erhält;
• b) daß der zentrale Abschnitt der konvexen Grenzfläche mit einem erhöhten Kopf versehen wird, der sich axial auswärts über einen vorgegebenen Abstand von der konvexen Grenzfläche aus erstreckt;
• c) daß die Grenzfläche der ersten Komponente im Abstand gegenüber­ liegend zur Grenzfläche der zweiten Komponente angeordnet wird, und daß
• d) die beiden Komponenten an ihren Grenzflächen durch Reibschweißen miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ schritte a), und b), gleichzeitig ausgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a), und b), durch einen Schmiedevorgang oder Preß­ vorgang ausgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenz­ fläche der zweiten Komponente im wesentlichen planar ist und senk­ recht zur Schweißachse verläuft.

5. Verfahren zur Herstellung einer Achse oder Welle, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) ein Joch mit einer Grenzfläche geschmiedet oder gepreßt wird, die eine im wesentlichen konvexe Form relativ zu einer Ebene senkrecht zu einer Schweißachse hat, daß der zentrale Abschnitt der konvexen Grenzfläche mit einem erhöhten Kopf oder Knopf ver­ sehen wird, der sich axial auswärts von der konvexen Grenzfläche über ein vorgegebenes Maß erstreckt;
• b) daß eine planare Grenzfläche eines vorgegebenen Abschnittes eines Stabes oder einer Welle im Abstand und gegenüber zur Grenzfläche des Joches angeordnet wird, und
• c) daß das Joch und der Stab an ihren Grenzflächen durch Reibschweißen verbunden werden, um die Welle zu bilden.

6. Metallischer Körper mit einer Schweißachse und einer Grenzfläche, an welcher er durch Reibschweißen mit der Grenzfläche eines anderen metallischen Körpers verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche des ersten Körpers eine im wesentlichen konvexe Form relativ zu einer Ebene senkrecht zur Schweißachse hat, daß die konvexe Grenzfläche mit einem zentralen Abschnitt versehen ist, der einen erhöhten Kopf aufweist, welcher sich axial auswärts über ein vorgegebenes Maß von der konvexen Grenzfläche aus erstreckt.