FR2928854A1

FR2928854A1 - Electrode nozzle for spot welding useful in the fabrication of a framework of a motor vehicle, comprises a rotating cylindrical base in which a conical one-eyed hole is formed, where the base is extended by off-centered stud

Info

Publication number: FR2928854A1
Application number: FR0851881A
Authority: FR
Inventors: Jacky Soigneux
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-09-25
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: FR2928854B1

Abstract

The electrode nozzle (3) for spot welding, comprises a rotating cylindrical base in which a conical one-eyed hole is formed. The base is extended by off-centered stud of which its free end is present in circular and tangential form. The connection of the free end with side walls of the stud on the peripheral part of the free end is made by a radiated surface. The stud projects on a beveled side of the base opposite to the face that opens the hole, and is present in the form of a cylinder whose base line curve is formed by two segments of circle. The electrode nozzle (3) for spot welding, comprises a rotating cylindrical base in which a conical one-eyed hole is formed. The base is extended by off-centered stud of which its free end is present in circular and tangential form. The connection of the free end with side walls of the stud on the peripheral part of the free end is made by a radiated surface. The stud projects on a beveled side of the base opposite to the face that opens the hole, and is present in the form of a cylinder whose base line curve is formed by two segments of circle. The first segment of circle is tangent with the cylinder of the base. The connection surface extends along the second circle segment. The end surface of the stud is plane or round. The base comprises an indexing groove for positioning the stud, and has a diameter of 20 mm. The free end of the stud has a diameter of 6 mm. The nozzle is made of a monoblock of copper alloy.

Description

EMBOUT D'ELECTRODE DE SOUDAGE PAR POINTS La présente invention concerne un embout d'électrode de soudage par point. La présente invention vise notamment les embouts d'électrode de 5 soudage par points qui sont utilisés dans les ateliers de fabrication des carrosseries des véhicules automobiles. L'industrie fait un usage important des machines de soudage automatique pour assembler des panneaux de tôles métalliques par soudage électrique par points. Une machine de soudage 10 typique comporte une paire d'électrodes montées sur des allonges d'une pince qui viennent presser les tôles à réunir l'une contre l'autre. Le courant électrique appliqué entre les électrodes élève localement la température du métal pour produire une soudure ponctuelle. Dans les lignes de fabrication automatisées, les 15 électrodes sont habituellement déplacées par des robots commandés par ordinateur, qui sont programmés de manière à réaliser une séquence de soudage prédéterminée en fonction de la forme des pièces à réunir par soudage par points. Après avoir réalisé un certain nombre de cycles de soudage, les 20 embouts d'électrode peuvent devenir pollués et/ou être déformés. Il faut alors opérer re-surfaçage de ces électrodes afin de maintenir la qualité des points de soudure. Pour ce faire, il est connu d'opérer périodiquement des opérations de rodage (ou dressage) des électrodes au moyen d'outils appropriés qui viennent usiner les 25 extrémités des électrodes. La tendance actuelle en matière d'assemblage métallique est de vouloir réduire les largeurs de bord ou des feuillures où s'opèrent les points de soudage et ce, de façon notamment à réduire la masse de ces assemblages. Ce qui en matière de conception de véhicules automobiles est important puisque la masse des véhicules a une incidence directe sur la consommation en carburant de ceux-ci. The present invention relates to a spot welding electrode tip. The present invention aims in particular spot welding electrode tips which are used in the workshops of manufacturing bodies of motor vehicles. The industry makes significant use of automatic welding machines to assemble sheet metal panels by spot welding. A typical welding machine comprises a pair of electrodes mounted on tongs of a clamp which press the laminations together. The electric current applied between the electrodes locally raises the temperature of the metal to produce a spot weld. In automated manufacturing lines, the electrodes are usually moved by computer-controlled robots, which are programmed to perform a predetermined welding sequence depending on the shape of the parts to be joined by spot welding. After performing a number of welding cycles, the electrode tips can become polluted and / or deformed. It is then necessary to operate re-surfacing of these electrodes in order to maintain the quality of the welding points. To do this, it is known to periodically operate lapping operations (or dressing) of the electrodes by means of appropriate tools that come to machine the ends of the electrodes. The current trend in metal assembly is to reduce the edge widths or rebates where the welding points operate, and in particular to reduce the mass of these assemblies. Motor vehicle design is important because the mass of vehicles has a direct impact on the fuel consumption of vehicles.

A ce jour, les embouts de soudage par points ne permettent pas d'opérer avec des largeurs de bord (ou de feuillure) réduites, du fait notamment de la conception des embouts de soudage et des méthodes de rodage connues. Il est donc aujourd'hui nécessaire de se tourner vers d'autres méthodes de soudage, comme le soudage laser, qui sont chères et complexes à mettre en oeuvre. Cependant cette solution peut aussi être utilisée pour des reprises et ou retouche de cordons laser défectueux en série. La présente invention, vise à palier ces inconvénients en proposant un embout d'électrode de soudage qui permette tout à la fois 15 d'opérer sur des largeurs de bord réduites et son rodage. Ce but est atteint par un embout d'électrode de soudage comportant une embase cylindrique de révolution dans laquelle est formé un alésage conique borgne, ladite embase étant prolongée par un téton excentré. 20 Selon l'invention cet embout d'électrode de soudage est caractérisé en ce que d'une part, l'extrémité libre dudit téton est de forme sensiblement circulaire et tangente le cylindre de révolution de l'embase et en ce que d'autre part, sur une partie de la périphérie de ladite extrémité libre, le raccordement de ladite extrémité libre 25 avec les parois latérales du téton s'opère par une surface de raccordement évolutive. To date, spot welding tips do not make it possible to operate with reduced edge widths (or rebate), in particular because of the design of soldering tips and known lapping methods. It is now necessary to turn to other welding methods, such as laser welding, which are expensive and complex to implement. However, this solution can also be used for reworking or retouching defective laser cords in series. The present invention aims to overcome these disadvantages by proposing a welding electrode tip that allows both to operate on reduced edge widths and break-in. This object is achieved by a welding electrode tip comprising a cylindrical base of revolution in which is formed a blind conical bore, said base being extended by an eccentric pin. According to the invention, this welding electrode tip is characterized in that, on the one hand, the free end of said pin is of substantially circular shape and tangential to the cylinder of revolution of the base and in that other partly, on a part of the periphery of said free end, the connection of said free end 25 with the side walls of the stud is effected by an evolutionary connecting surface.

Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, la surface de raccordement est de type rayonnée. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, le téton s'étend en saillie d'une face biseautée de l'embase, la face s'étendant à l'opposé de la face de l'embase où débouche l'alésage. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, le téton est de forme cylindrique et sa courbe 10 directrice est formée par deux segments de cercle. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, le premier segment de cercle est tangent avec le cylindre de l'embase. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage 15 objet de l'invention, la surface de raccordement évolutive s'étend sensiblement dans le prolongement du second segment cercle. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, la surface d'extrémité circulaire du téton est plane ou bombée. 20 Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, l'embase comporte à sa périphérie une rainure pour d'indexation en position du téton. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, le diamètre de l'embase est d'environ 20 mm, 25 le diamètre de l'extrémité libre du téton est d'environ 6 mm et le rayon de la surface de raccordement est d'environ 3 mm. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the connecting surface is of radiated type. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the stud extends projecting from a bevelled face of the base, the face extending opposite the face of the base where the bore opens. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the stud is of cylindrical shape and its guide curve is formed by two segments of a circle. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the first circle segment is tangent with the cylinder of the base. According to another characteristic of the welding electrode tip 15 object of the invention, the evolutionary connecting surface extends substantially in the extension of the second circle segment. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the circular end surface of the stud is flat or curved. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the base comprises at its periphery a groove for indexing in position of the stud. According to another characteristic of the welding electrode tip of the invention, the diameter of the base is about 20 mm, the diameter of the free end of the stud is about 6 mm and the radius of the connecting surface is about 3 mm.

Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, le téton est rapporté sur l'embase. Selon une autre caractéristique de l'embout d'électrode de soudage objet de l'invention, l'embout d'électrode de soudage est réalisé de 5 façon monobloc en alliage de cuivre. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un 10 mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un embout d'électrode de soudage selon l'invention en position de soudage sur un bord de tôles à souder ; - la figure 2 est une vue de dessous de l'embout d'électrode selon la 15 figure 1 ; - La figure 3 est une vue en coupe axiale de l'embout d'électrode selon la figure 1. En se reportant aux figures et notamment sur la figure 3, l'embout d'électrode de soudage, référencé 3, formé en alliage de cuivre, 20 présente une embase 30 constituée d'un cylindre de révolution présentant un diamètre extérieur d'environ 20 mm. Cette embase 30 comprend un alésage intérieur borgne 36 débouchant à une extrémité axiale de l'embase 30. Cet alésage 36 qui est coaxial à l'axe longitudinal de l'embase 30, est sensiblement tronconique, 25 son plus grand diamètre au niveau de la base de l'embout 3 est d'environ 15 mm et sa profondeur est de 11,5 mm. According to another characteristic of the welding electrode tip object of the invention, the stud is attached to the base. According to another feature of the welding electrode tip object of the invention, the welding electrode tip is made integrally of copper alloy. The invention will be better understood and other objects, features, details and advantages thereof will become more clearly apparent from the following explanatory description with reference to the accompanying drawings given by way of example only, illustrating an embodiment of the invention. of the invention and in which: - Figure 1 is a partial view in axial section of a welding electrode tip according to the invention in the welding position on an edge of sheets to be welded; Figure 2 is a bottom view of the electrode tip according to Figure 1; FIG. 3 is an axial sectional view of the electrode tip according to FIG. 1. Referring to the figures and in particular FIG. 3, the soldering electrode tip, referenced 3, formed of alloy of copper, 20 has a base 30 consisting of a cylinder of revolution having an outer diameter of about 20 mm. This base 30 comprises a blind internal bore 36 opening at an axial end of the base 30. This bore 36 which is coaxial with the longitudinal axis of the base 30, is substantially frustoconical, its largest diameter at the The base of the tip 3 is about 15 mm and its depth is 11.5 mm.

Cet alésage 36 permet d'engager l'embout 3 à force sur l'extrémité conique d'un porte-électrode non figuré d'une pince de soudage également non figurée et ce, de manière à obtenir un maintien par coincement de l'embout 3 sur le porte-électrode. This bore 36 makes it possible to engage the endpiece 3 by force on the conical end of a non-figured electrode holder with a welding clamp also not shown, so as to obtain a hold by wedging of the endpiece. 3 on the electrode holder.

L'embase 30 présente à son extrémité axiale opposée à celle où débouche l'alésage 36 une face inclinée (en biseau) sensiblement plane et formant un angle d'environ 15° par rapport à la normale à l'axe longitudinal de l'embase 30. Sur cette face inclinée 31, s'étend en saillie un téton 32 disposé de façon excentrée le long d'un bord du corps cylindrique. Ce téton 32, venu de matière avec le reste de l'embase 30, présente une hauteur d'environ 8 mm par rapport à la face 31. Le téton 32 a principalement la forme d'un cylindre dont la génératrice est parallèle à l'axe longitudinal de l'embase 30 et dont la courbe directrice est formée de deux segments de cercle : un premier segment de rayon 10 mm et centré sur l'axe longitudinal de l'embase 30, de façon que la paroi latérale du téton 32 soit dans le prolongement de l'embase 30, et un second segment de rayon 6 mm et centré sur un axe parallèle à l'axe de l'embase 30 et s'étendant à environ 7 mm de celui-ci. L'extrémité libre du téton 32 se termine par une face d'appui 34 sensiblement plane parallèle à l'extrémité axiale opposée de l'embase 30 où débouche l'alésage 36. Cette extrémité libre est de forme circulaire 34. C'est cette extrémité 34 qui est destinée à venir au contact des tôles à souder. De préférence, on peut donner une forme légèrement bombée à cette surface 34, par exemple avec un rayon de courbure d'environ 40 mm pour favoriser l'accostage de l'électrode sur la tôle. The base 30 has at its axial end opposite to that where the bore 36 opens an inclined face (bevel) substantially flat and forming an angle of about 15 ° relative to the normal to the longitudinal axis of the base 30. On this inclined face 31, protrudes a pin 32 disposed eccentrically along an edge of the cylindrical body. This stud 32, integral with the rest of the base 30, has a height of about 8 mm with respect to the face 31. The pin 32 has mainly the shape of a cylinder whose generator is parallel to the longitudinal axis of the base 30 and whose guide curve is formed of two segments of a circle: a first segment of radius 10 mm and centered on the longitudinal axis of the base 30, so that the side wall of the pin 32 is in the extension of the base 30, and a second segment of radius 6 mm and centered on an axis parallel to the axis of the base 30 and extending about 7 mm thereof. The free end of the pin 32 ends with a bearing surface 34 substantially flat parallel to the opposite axial end of the base 30 where the bore 36 opens. This free end is circular in shape. end 34 which is intended to come into contact with the sheets to be welded. Preferably, a slightly curved shape may be given to this surface 34, for example with a radius of curvature of about 40 mm to promote the docking of the electrode on the sheet.

Cette face d'appui 34 présente un diamètre de 6 mm et a pour caractéristique de venir directement tangenter le bord latéral de l'embase cylindrique 30, cf. la figure 2. La jonction entre la face d'appui 34 et les parois longitudinales du téton, à l'exclusion de celles inscrites dans le prolongement de l'embase cylindrique 30 est opérée par un bord rayonné 33 de rayon 3 mm. Ce bord rayonné s'étend donc dans la partie du cylindre formant le téton 32 qui est associée au segment circulaire de rayon 6 mm de la courbe directrice. La forme du bord rayonnée peut être de type à rayon tangent ou encore à rayon sécant, voire même à l'extrême conique. Compte tenu du caractère dissymétrique de l'embout, il est nécessaire de l'indexer en position sur le porte-électrode. Pour cela une rainure 35 s'étendant parallèlement à l'axe de l'embase 30 est usinée sur le bord de l'embase cylindrique 30 pour assurer l'indexation en position de l'embout sur le porte-électrode. De préférence cette rainure est disposée au point de tangence entre la surface 34 et la paroi latérale de l'embase cylindrique 30. Un tel embout d'électrode de soudage est donc destiné à équiper une pince de soudage par exemple du type comportant deux bras articulés l'un à l'autre, l'un étant fixe tandis que le second est mobile par rapport au premier. Ces bras sont disposés à l'extrémité d'un axe de robot. Ce robot est programmé pour actionner les axes de façon à amener la pince en position vis-à-vis des tôles à souder puis à serrer les deux bras de la pince pour disposer les électrodes coaxialement l'une à l'autre de part et d'autre des tôles en enserrant les tôles puis à faire passer le courant électrique avec une durée et une intensité adaptées. This bearing face 34 has a diameter of 6 mm and has the characteristic of coming directly tangent the lateral edge of the cylindrical base 30, cf. Figure 2. The junction between the bearing face 34 and the longitudinal walls of the stud, excluding those inscribed in the extension of the cylindrical base 30 is operated by a radiated edge 33 of radius 3 mm. This radiated edge therefore extends in the part of the cylinder forming the pin 32 which is associated with the circular segment of radius 6 mm of the guide curve. The shape of the radiated edge may be of tangential radius type or secant radius, or even the conical end. Given the asymmetrical nature of the tip, it is necessary to index it in position on the electrode holder. For this a groove 35 extending parallel to the axis of the base 30 is machined on the edge of the cylindrical base 30 to ensure the indexing in position of the tip on the electrode holder. Preferably this groove is disposed at the point of tangency between the surface 34 and the side wall of the cylindrical base 30. Such a welding electrode tip is therefore intended to equip a welding clamp for example of the type comprising two articulated arms one to the other, one being fixed while the second is mobile with respect to the first. These arms are arranged at the end of a robot axis. This robot is programmed to actuate the axes so as to bring the clamp in position vis-à-vis the sheets to be welded then to tighten the two arms of the clamp to dispose the electrodes coaxially to each other on both sides. other sheets by enclosing the sheets and then to pass the electric current with a suitable duration and intensity.

Conformément à la figure 1, on voit que grâce à la forme donnée à l'embout de soudage la surface d'appui 34 peut venir au plus prêt de la tôle 1 et opérer ainsi un point de soudage sur un bord extrêmement réduit réunissant les tôles 1 et 2. According to FIG. 1, it can be seen that, thanks to the shape given to the welding tip, the bearing surface 34 can come closest to the sheet 1 and thus operate a welding point on an extremely small edge joining the sheets 1 and 2.

Si on considère le jeu J qui doit être respecté entre les parois latérales l'embout 2 vis-à-vis de la tôle 1, jeu J d'environ 1 mm, pour éviter tout arc électrique entre la tôle 1 et l'électrode 3, on peut assurer un point de soudage correcte de diamètre 6 mm avec une largeur de bord Lb réduite, la côte sur plat CSP et le recouvrement Rvt étant alors de respectivement de l'ordre de 9 mm. Les embouts de soudage se polluent et s'usent en fonction du nombre de points réalisés. Pour retrouver un profil initial, ils sont rodés périodiquement en automatique par une fraise de forme. Le positionnement des embouts montés sur la pince vis-à-vis de l'outil de rodage est réalisé par le robot. Grâce au fut cylindrique du téton 32 et aux surfaces de raccordement rayonnées 33 s'étendant sur plus de la moitié de la périphérie du téton 32, on obtient un excellent centrage de l'embout dans l'outil de rodage et par là la suppression de tout phénomène de glissement dans l'outil de rodage et donc de recentrage de la face d'appui 34 au fur et à mesure des opérations de rodage, inconvénient rencontré jusqu'à présent avec les embouts excentrés connus et qui en limitait l'application puisqu'au bout de quelque rodage la face d'appui se trouvait décalée par rapport au bord à souder. Les pinces à souder n'offrent en effet qu'une rigidité relative lors du rodage et peuvent être soumises à des phénomènes vibratoires qui en l'absence de bord rayonné 33 provoquent le glissement de l'extrémité à roder de l'électrode. Il en résulte donc que la portance de l'embout 3 définit par la surface 34, demeure constante rodage après rodage. On garde ainsi la même excentration sans déport de la face active ce qui permet de travailler sur des feuillures réduites. La présence du plan incliné 31 facilite les opérations de rodage et évite toute interférence avec l'outil de coupe. L'embout selon l'invention permet de transmettre un effort de soudage entre 150 et 700 daN et de préférence entre 200 et 600 daN et de distribuer un courant de soudage compris entre 8 000 et 20 000 A et de préférence entre 10 000 et 15 000 A. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour l'homme du métier. Ainsi les côtes données ci-dessus n'ont été données qu'à titre d'illustration d'un mode particulier de réalisation, on peut en déduire notamment par homothétie un embout excentré pour feuillures réduites présentant une surface d'appui de 8 mm de diamètre, pour des tôles plus épaisses par exemple. Ainsi l'alliage de cuivre peut être remplacé par tout matériau équivalent permettant d'obtenir une dureté correspondante. De même, l'embout mono matière peut être réalisé en bi-matière, le téton 32 étant alors rapporté sur l'embase cylindrique 30. If we consider the clearance J which must be respected between the side walls the tip 2 vis-à-vis the sheet 1, clearance J of about 1 mm, to avoid any electric arc between the sheet 1 and the electrode 3 , it is possible to ensure a correct welding point of diameter 6 mm with a reduced edge width Lb, the flat edge CSP and the covering Rvt then being respectively of the order of 9 mm. The welding tips are polluted and wear depending on the number of points made. To find an initial profile, they are periodically ground in automatic by a form of strawberry. The positioning of the tips mounted on the clamp vis-à-vis the lapping tool is performed by the robot. Thanks to the cylindrical pin 32 and radiating connection surfaces 33 extending over more than half of the periphery of the pin 32, an excellent centering of the tip in the lapping tool and thereby the removal of any slip phenomenon in the lapping tool and therefore refocusing of the bearing face 34 as and break-in operations, disadvantage encountered so far with the known eccentric tips and limiting its application asqu after some break-in the support face was offset from the edge to be welded. The welding tongs in fact offer only relative rigidity during lapping and may be subjected to vibration phenomena which, in the absence of a radially rim 33, cause the end of the electrode to lapse. It follows therefore that the lift of the nozzle 3 defines by the surface 34, remains constant break-in after running-in. We keep the same eccentricity without offset of the active side which allows to work on reduced rebates. The presence of the inclined plane 31 facilitates lapping operations and avoids any interference with the cutting tool. The tip according to the invention makes it possible to transmit a welding force between 150 and 700 daN and preferably between 200 and 600 daN and to distribute a welding current of between 8000 and 20 000 A and preferably between 10 000 and 15 000. The present invention is not limited to the embodiment described above but extends to any modification and variation obvious to those skilled in the art. Thus the ribs given above have been given by way of illustration of a particular embodiment, it can be deduced in particular by homothety an eccentric tip for reduced rabbets having a bearing surface of 8 mm of diameter, for thicker sheets for example. Thus the copper alloy can be replaced by any equivalent material to obtain a corresponding hardness. Similarly, the mono material tip can be made of two-material, the pin 32 then being attached to the cylindrical base 30.

Claims

A welding electrode tip (3) having a cylindrical base of revolution (30) in which a blind conical bore (36) is formed, said base (30) being extended by an eccentric pin (32), characterized in that that on the one hand, the free end (34) of said pin (32) is substantially circular in shape and tangent the cylinder of revolution of the base (30) and in that on the other hand, on a part of the periphery of said free end (34) the connection of said free end with the side walls of the pin (32) is effected by an evolutionary connecting surface (33).

2. welding electrode tip (3) according to claim 1, characterized in that said connecting surface (33) is of radiated type.

3. Welding electrode tip (3) according to any one of claims 1 to 2, characterized in that said pin (32) projects from a bevelled face of said base (30), said face extending opposite the face of the base (30) where opens said bore (36).

4. welding electrode tip (3) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said pin (32) substantially in the shape of a cylindrical whose guide curve is formed by two segments of a circle .

Welding electrode tip (3) according to claim 4, characterized in that said first circle segment is tangent with the cylinder of the base (30).

Welding electrode tip (3) according to claim 4, characterized in that said evolving connecting surface (33) extends substantially in the extension of said second circle segment.

Welding electrode tip (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that said circular end surface of said pin (32) is flat or curved.

8. welding electrode tip (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that said base (30) comprises at its periphery a groove for indexing in position said pin (32). 10

Welding electrode tip (3) according to claim 2, characterized in that the diameter of the base (30) is approximately 20 mm, the diameter of the free end of the pin (32) is about 6 mm and the connection radius of about 3 mm.

10. Welding electrode tip (3) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said pin (32) is attached to said base (30).

11. welding electrode tip (3) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it made integrally copper alloy.