PL184386B1 - Sposób i urządzenie do spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich - Google Patents

Abstract

1. Sposób spajania laczonych ze soba na zakladke wy- robów plaskich metalowych, zwlaszcza w postaci tasm, blach i wykrojów z blachy, które wprowadza sie zbieznie wzgledem siebie pod katem ostrym w szczeline miedzy walcami i dociska do siebie w tej szczelinie, po tym, jak co najmniej jeden z wyro- bów plaskich zostanie nagrzany na powierzchni lezacej w obsza- rze zlacza zakladkowego, bezposrednio przed jego fizycznym kontaktem z drugim wyrobem plaskim, przy czym material macierzysty pozostawia sie niestopiony, natomiast korzystnie stapia sie niskotopliwe powloki, zwlaszcza cynk, znamienny tym, ze docisk powierzchniowy w szczelinie miedzy walcami (1, 2) wywiera sie na wyroby plaskie (3, 4) tylko w obszarze zlacza zakladkowego. 7. Urzadzenie do spajania laczonych ze soba na zaklad- ke wyrobów plaskich metalowych, zwlaszcza w postaci tasm, blach i wykrojów z blachy, zawierajace dwa walce i skierowane w szczeline miedzy walcami zródlo promieniowania cieplnego, znam ienne tym, ze boczna powierzchnia jednego z dwóch walców (1, 2), pomiedzy którymi znajduje sie szczelina dla wyrobów plaskich (3, 4) jest w swym dociskowym obszarze roboczym krótsza w kierunku osiowym niz calkowita osiowa dlugosc walców (1,2). F ig.1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich metalowych, zwłaszcza w postaci taśm, blach i wykrojów z blachy, które wprowadza się zbieżnie względem siebie pod kątem ostrym w szczelinę między walcami i dociska do siebie w tej szczelinie, po tym, jak co najmniej jeden z wyrobów płaskich zostanie nagrzany na powierzchni leżącej w obszarze złącza zakładkowego, bezpośrednio przed jego fizycznym kontaktem z drugim wyrobem płaskim, przy czym materiał macierzysty pozostawia się niestopiony, natomiast korzystnie stapia się niskotopliwe powłoki, jak na przykład cynk oraz urządzenie do spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich metalowych zawierające dwa walce i skierowane w szczelinę między walcami, źródło promieniowania cieplnego.

184 386

W znanym sposobie i znanym urządzeniu tego typu energia promieniowania jest wytwarzana przez źródło promieniowania laserowego (niemiecki opis DE 195 02 140 Cl). Przy tym nagrzewaniu można utrzymać temperaturę, w której jeszcze nie dochodzi do odparowania powłok, jak na przykład cynku, o niskiej temperaturze topnienia. Stapianie lub odparowywanie materiału powłoki byłoby bowiem niekorzystne z punktu widzenia wytrzymałości połączenia. Oba, tworzące szczelinę, walce mają wystającą z obu stron poza złącze zakładkowe, gładką na całej ich długości, cylindryczną powierzchnię boczną Aby wytworzyć docisk powierzchniowy, niezbędny do połączenia obu wyrobów płaskich, poddaje się je po ogrzaniu obróbce plastycznej o małym, w porównaniu do platerowania przez nawalcowywanie, stopniu zgniotu wynoszącym < 20%. Wymagana do tego siła walców jest znaczna, ponieważ przy nagrzewaniu, poza złączem zakładkowym, oddziaływaniu temu ulegają również nie nagrzewane obszary wyrobów płaskich. Aby zwłaszcza przy tworzywach o różnej twardości nie dochodziło do ścinania mniej twardego wyrobu płaskiego na krawędzi twardszego wyrobu płaskiego, miękki wyrób płaski podpiera się poprzez wytworzenie przeciwdocisku za pomocą podkładki w kształcie pasa lub odpowiednio kalibrowanego walca. W każdym przypadku z walcami związane jest również niepożądane zmniejszenie grubości sąsiadującego obszaru co najmniej jednego wyrobu płaskiego obok złącza zakładkowego. Z tego powodu znany sposób nie jest optymalny.

Celem wynalazku jest opracowanie wymagającego niewielkich nakładów, sposobu spajania łączonych ze sobą na zakładkę płaskich wyrobów metalowych, zwłaszcza różnych metali lub ich stopów, nie dających się w ogóle lub bardzo trudno łączyć ze sobą za pomocą spawania, lub materiałów o różnej twardości, na przykład stal/związki aluminium, a także stal/miedź, stal/tytan lub stal/stal stopowa, oraz urządzenia nadającego się do realizacji tego sposobu.

Sposób spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich metalowych, które wprowadza się zbieżnie względem siebie pod kątem ostrym w szczelinę między walcami i dociska do siebie w tej szczelinie, po tym, jak co najmniej jeden z wyrobów płaskich zostanie nagrzany na powierzchni leżącej w obszarze złączą zakładkowego, polega według wynalazku na tym, że docisk powierzchniowy w szczelinie między walcami wywiera się na wyroby płaskie tylko w obszarze złącza zakładkowego.

Korzystnie, nagrzewa się oba wyroby płaskie, a przy różnej twardości materiału obu wyrobów płaskich, szerokość złączą zakładkowego jest co najmniej równa 1,5-krotnej grubości wyrobu płaskiego z materiału mniej twardego.

Korzystnie, docisk powierzchniowy w szczelinie między walcami wywiera się z równoczesnym zmniejszeniem wypływu materiału co najmniej jednego wyrobu płaskiego w kierunku wzdłużnym złącza zakładkowego, przy czym do zmniejszenia wypływu materiału stosuje się kształtowe wyprofilowanie powierzchni jednego z dwóch walców lub kształtowe wyprofilowanie na powierzchni co najmniej jednego wyrobu płaskiego, zwłaszcza w postaci rowków przebiegających w kierunku wzdłużnym złącza zakładkowego.

Urządzenie do spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich metalowych, zawierające dwa walce i skierowane w szczelinę między walcami źródło promieniowani cieplnego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że boczna powierzchnia jednego z dwóch walców, pomiędzy którymi znajduje się szczelina dla wyrobów płaskich jest w swym dociskowym obszarze roboczym krótsza w kierunku osiowym niż całkowita osiowa długość walców.

Obszar roboczy walca może mieć postać obwodowego wzniesionego obszaru dociskowego wyposażonego w przebiegające wzdłuż obwodu rowki lub obwodowego wzniesionego obszaru dociskowego o kształcie stożkowym.

W rozwiązaniu według wynalazku, poprzez ograniczenie docisku powierzchniowego w szczelinie między walcami do obszaru złącza zakładkowego, zwłaszcza w połączeniu z oddziaływaniem ograniczającym płynięcie materiału, spajanie można przeprowadzić przy użyciu mniejszej siły walców niż w analogicznym sposobie, w którym działanie walców obejmuje również obszar nienagrzany. Jeżeli porówna się wymaganą siłę docisku walców przy połączeniu St14Z/ AlMoSi, wówczas uzyskuje się zmniejszenie siły z 60 kN dla paska

184 386 aluminiowego o szerokości 25 mm dla sposobu konwencjonalnego do 5 kN dla sposobu według wynalazku, przy szerokości zakładki wynoszącej 9 mm. W odniesieniu do wprowadzonej energii promieniowania uzyskuje się zatem optymalny stopień zgniotu. Dzięki temu z kolei wymagane urządzenia mogą mieć Lżejszą konstrukcję. Ograniczenie do stosunkowo wąskiego obszaru, gdzie zachodzi docisk powierzchniowy, ułatwia również spajanie wykrojów z blachy o określonym kształcie, na przykład tak zwanych Tailored Blanks, w którym złącze często nie jest proste, lecz krzywoliniowe. Właśnie w przypadku elementów, składanych z różnych wyrobów płaskich, których wymiary są uzależnione od ich obciążenia w czasie eksploatacji, jednak nie tylko w przypadku takich elementów, istotne jest, aby obszary elementów, sąsiadujące ze złączem zakładkowym, nie były naruszane podczas spajania. Ponieważ w sposobie według wynalazku nagrzewanie i odkształcanie pozostaje ograniczone do złącza zakładkowego, z jednej strony strefa podlegająca wpływom cieplnym jest możliwie mała, z drugiej zaś zachowana zostaje pełna grubość produktu w sąsiednich obszarach wyrobów płaskich, co nie było możliwe w znanym sposobie obróbki plastycznej za pomocą walców.

Wspomniane zmniejszenie wypływania materiału wyrobu płaskiego wzdłuż złącza zakładkowego można osiągnąć za pomocą różnych rozwiązań konstrukcyjnych. Istotny w tych postaciach wykonania wynalazku jest fakt, że materiał może wpływać w przestrzenie części uczestniczących w docisku powierzchniowym. Jeżeli wyprofilowanie powierzchni składa się przy tym z rowków obwodowych lub wzdłużnych to rowki umożliwiają wystarczająco silny docisk powierzchniowy, z drugiej jednak strony utrudniają płynięcie materiału wzdłuż złącza zakładkowego, ponieważ materiał wpływa w te rowki. Poza tym rowki służą do prowadzenia wyrobów płaskich w kierunku złącza zakładkowego. Najlepiej jeśli rowkowany walec działa na mniej twardy materiał macierzysty. Jeżeli rowkowanie umieszcza się w materiale macierzystym, wówczas wybiera się materiał twardszy.

Inne zalety sposobu według wynalazku polegają na tym, że poza strefą zakładkową wyrób płaski nie jest umacniany na zimno i/lub nie podlega działaniu ciepła, zaś wykonane połączenie nadaje się do obróbki plastycznej na zimno. Umożliwia to również przygotowanie krawędzi drugiego wyrobu płaskiego, na przykład ich zaokrąglenie, co ma także korzystny wpływ na późniejszą obróbkę plastyczną na zimno.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym kolejne figury przedstawiają: fig. - 1 urządzenie do spajania dwóch taśm lub blach w pionowym przekroju wzdłużnym, fig. 2 - urządzenie z fig. 1 w przekroju wzdłuż linii I-I na fig. 1, fig. 3 - urządzenie z fig. 1 w odmiennym przykładzie wykonania w przekroju wzdłuż 5 linii I-I na fig. 1, zaś fig. 4 - urządzenie z fig. 1 w kolejnym przykładzie wykonania w przekroju wzdłuż linii I-I na fig. 1.

Urządzenie przedstawione na fig. 1 ma dwa walce 1, 2, z których jeden walec 1 ma cylindryczną powierzchnię boczną, zaś drugi walec 2 ma powierzchnię boczną z roboczym obszarem w postaci obwodowego wzniesionego obszaru dociskowego 2a. Obszar dociskowy 2a powierzchni bocznej tworzy wraz z cylindryczną powierzchnią boczną walca 1 szczelinę, w którą wprowadza się dwa wyroby płaskie 3,4, doprowadzane na zakładkę i ustawione względem siebie pod kątem ostrym, korzystnie mniejszym niż 15°, zwłaszcza 10°. Obie zwrócone ku sobie powierzchnie wyrobów płaskich 3,4 nagrzewa się na wlocie do szczeliny między walcami za pomocą promienia 5a źródła promieniowania laserowego 5 tylko na szerokości złącza zakładkowego, nie osiągając przy tym temperatury topnienia materiału macierzystego wyrobów płaskich 3, 4. W obszarze szczeliny między walcami 1, 2 zachodzi wówczas, poprzez docisk powierzchniowy w obszarze złącza zakładkowego, do połączenia obydwu wyrobów płaskich 3, 4. Szczegóły realizacji docisku powierzchniowego są uwidocznione na fig. 3 i 4.

W pierwszym przykładzie wykonania, ukazanym na fig. 2, wzniesiony obszar dociskowy 2a powierzchni bocznej walca 2 jest ograniczony do szerokości złącza zakładkowego. Ponadto wzniesiony obszary dociskowy jest kilkukrotnie rowkowany w kierunku obwodowym.

Przykład wykonania z fig. 3 różni się od przykładu wykonania z fig. 2 jedynie tym, że wzniesiony obszar dociskowy 2, a nie jest rowkowany. Zamiast tego jeden z obu wyrobów płaskich, mianowicie wyrób płaski 4, jest zaopatrzony w kilka rowków przebiegających

184 386 w kierunku wzdłużnym złącza zakładkowego. Zaleca się wykonanie rowków w twardszym materiale.

W obu przykładach wykonania, wskutek obecności wzniesionego obszaru dociskowego 2a w szczelinie między walcami 1, 2, docisk jest ograniczony do obszaru złącza zakładkowego. To ograniczenie docisku powierzchniowego gwarantuje, że odkształcenie obu wyrobów płaskich 3, 4 będzie miało miejsce wyłącznie w obszarze tego złącza zakładkowego. Obecność rowków zapobiega płynięciu materiału wzdłuż złącza zakładkowego. Materiał może bowiem wchodzić w rowki. Poza tym rowki maja korzystny wpływ na prowadzenie wyrobów płaskich 3,4 wzdłuż złącza zakładkowego.

Kolejny przykład wykonania ukazany jest na fig. 4, przy czym powierzchnia zewnętrzna wzniesionego obszaru dociskowego 2a ma kształt stożka w postaci kalibrowanej stożkowo powierzchni obwodowej walca 2. W tym przykładzie wykonania ułatwione jest płynięcie materiału w kierunku poprzecznym i utrudnione w kierunku wzdłużnym.

184 386

Fig.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich metalowych, zwłaszcza w postaci taśm, blach i wykrojów z blachy, które wprowadza się zbieżnie względem siebie pod kątem ostrym w szczelinę między walcami i dociska do siebie w tej szczelinie, po tym, jak co najmniej jeden z wyrobów płaskich zostanie nagrzany na powierzchni leżącej w obszarze złącza zakładkowego, bezpośrednio przed jego fizycznym kontaktem z drugim wyrobem płaskim, przy czym materiał macierzysty pozostawia się niestopiony, natomiast korzystnie stapia się niskotopliwe powłoki, zwłaszcza cynk, znamienny tym, że docisk powierzchniowy w szczelinie między walcami (1, 2) wywiera się na wyroby płaskie (3, 4) tylko w obszarze złącza zakładkowego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nagrzewa się oba wyroby płaskie (3,4).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przy różnej twardości materiału obu wyrobów płaskich (3, 4) szerokość złącza zakładkowego jest co najmniej równa 1,5-krotnej grubości wyrobu płaskiego z materiału o mniejszej twardości.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że docisk powierzchniowy w szczelinie między walcami (1, 2) wywiera się z równoczesnym zmniejszeniem wypływu materiału co najmniej jednego wyrobu płaskiego (3,4) w kierunku wzdłużnym złącza zakładkowego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że do zmniejszenia wypływu materiału stosuje się kształtowe wyprofilowanie powierzchni jednego z dwóch walców (1,2).
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że do zmniejszenia wypływu materiału stosuje się kształtowe wyprofilowanie na powierzchni co najmniej jednego wyrobu płaskiego (3, 4), korzystnie w postaci rowków przebiegających w kierunku wzdłużnym złącza zakładkowego.
7. 7. Urządzenie do spajania łączonych ze sobą na zakładkę wyrobów płaskich metalowych, zwłaszcza w postaci taśm, blach i wykrojów z blachy, zawierające dwa walce i skierowane w szczelinę między walcami źródło promieniowania cieplnego, znamienne tym, że boczna powierzchnia jednego z dwóch walców (1, 2), pomiędzy którymi znajduje się szczelina dla wyrobów płaskich (3, 4) jest w swym dociskowym obszarze roboczym krótsza w kierunku osiowym niż całkowita osiowa długość walców (1, 2).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że obszar roboczy walca (2) ma postać obwodowego wzniesionego obszaru dociskowego (2a) wyposażonego w przebiegające wzdłuż obwodu rowki.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że obszar roboczy walca (2) ma postać obwodowego wzniesionego obszaru dociskowego (2a) o powierzchni zewnętrznej w kształcie stożka.