PL227526B1 - Sposób łączenia w stanie stałym dwóch odlewanych półczasz aluminiowej kuli zaworów zwrotnych - Google Patents

Abstract

Sposób polega na tym, że łączy się w stanie stałym dwie odlewane półczasze (1 i 2) aluminiowej kuli, wzdłuż linii styku (3), wyznaczonej przez dosunięcie płasko przygotowanych powierzchni styku półczasz (1 i 2) i wprowadza się obracające narzędzie (4) z penetratorem (5) w obszar zgrzewania, przy czym oś obrotu narzędzia (Zn) przesunięta jest względem osi obrotu (Z) dosuniętych półczasz (1, 2) w kierunku ruchu narzędzia o od 0,4 do 2,0 krotności średnicy penetratora (5), przy czym penetrator (5)ma długość mniejszą niż 0,5 grubości ścianki półczasz (1 i 2), następnie obracające się narzędzie (4) z penetratorem (5) przemieszcza się wzdłuż linii styku (3) półczasz (1 i 2) względem osi obrotu (X), o kąt większy niż 360°, a materiał obszaru zgrzewania nagrzewa się, uplastycznia i zestala za narzędziem (4), po czym następuje wyprowadzenie narzędzia z obszaru łączenia.

Description

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób łączenia w stanie stałym dwóch odlewanych półczasz aluminiowej kuli zaworów zwrotnych.

Znane są kule zaworów zwrotnych wytworzone z elementów półczaszy przez ich zespawanie w obszarze styku, np. metodą MIG/TIG lub przez zaciskanie, gdzie stosuje się specjalne występy i odpowiadające im wybrania, a utworzone złącze unieruchamia półczasze kuli zaworu.

Znany jest również z opisu patentu US nr 5 979 873 sposób wytwarzania zaworu kulowego, obejmujący etapy kucia dwóch symetrycznych połówek zaworu tak, że każda posiada sferycznie zakrzywioną zewnętrzną ścianę i cylindryczną wewnętrzną ścianę. Następnie, prowadzi się z wysoką prędkością obrotową tarciowe zgrzewanie przylegających powierzchni elementów z wewnętrzną strukturą, tworzącą po złączeniu kanał przepływowy wody. W operacji wykańczającej usuwa się stemplem element żebrowy wewnątrz kanału, a powierzchnię zewnętrzną zaworu kulowego poddaje obróbce narzędziami tokarskimi.

Wyżej opisane sposoby są pracochłonne i wymagają stosowania dodatkowych zabiegów technologicznych związanych z przygotowaniem metalu w obszarze styku półczasz oraz zabiegi obróbki skrawaniem po wykonaniu łączenia. W przypadku zaciskania wymagane jest dodatkowe nagrzewanie jednego z elementów.

Z publikacji wynalazku WO nr 93/10 935 znana jest metoda zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny penetratorem (Friction Stir Welding (FSW), z przeznaczeniem do tworzenia zgrzein czołowych, złączy zakładkowych, itp. z elementów płytowych (blach). Podczas zgrzewania unieruchamia się i dociska do siebie podłużnie rozciągające się łączone elementy za pomocą powszechnie znanych uchwytów lub szczęk mocujących. Obracający się penetrator przemieszcza się wzdłuż linii zgrzewania, i powoduje wytwarzanie ciepła wskutek tarcia, tworząc obszar uplastyczniony w materiale obydwu sąsiadujących elementów. Mieszany materiał jest transportowany w kierunku przeciwnym do ruchu penetratora wzdłuż linii styku łączonych elementów i schłodzony tworzy między nimi złącze w stanie stałym. Natomiast nietopliwy penetrator zawiera obrotowy cylindryczny korpus, część górną połączoną ze źródłem mocy i część dolną wyposażoną w kołek. Część dolna penetratora posiada wklęsłą lub kołnierzową powierzchnię, która kształtuje powierzchnię zgrzeiny, zaś przymocowany do niej kołek jest częścią wymienialną, mającą zewnętrzną powierzchnię gwintowaną.

Z opisu patentu US nr 8 317 080 B2 (publ. US nr 2012 058 359 A1) znany jest sposób wytwarzania zamkniętej wydrążonej struktury metodą spawania FSW. Sposób jest prowadzony dla wytworzenia struktury z wydrążoną sferą, która składa się z połączonych dwóch cylindrów mających półsferyczne wydrążenie na końcach. Ponadto, na granicy pomiędzy dwoma końcami cylindrów ma metalowy perforowany dysk wzmacniający. Obydwa cylindry są łączone za pomocą zgrzewania tarciowego z mieszaniem narzędziem obrotowym w celu utworzenia wewnętrznej sfery z dyskiem wzmacniającym, a następnie poddane obróbce dla uzyskania zewnętrznej kulistej powierzchni, która jest wyśrodkowana wokół wewnętrznej sfery. Narzędzie obrotowe jest przesuwane wzdłuż wspólnej linii zgrzewania, a uplastyczniony materiał przepływa wokół jego sworznia.

W sposobie według wynalazku US nr 8 317 080 B2, dodatkowy zabieg obróbki skrawaniem wykonywany jest na powierzchni, która w części została utwardzona podczas łączenia. Dodatkowe odkształcenia plastyczne mogą powodować drobne pęknięcia i chropowatość powierzchni, co wpływa na korozję i szybsze zużycie zaworu.

Ponadto, osiowe prowadzenie narzędzia wywołuje naprężenia ściskające w obszarze zgrzewania przed i za narzędziem, co może wpływać na strukturalne przemiany materiału poza strefą zgrzewania, w której parametry są niższe od parametrów materiału rodzimego.

Sposób łączenia w stanie stałym dwóch odlewanych półczasz aluminiowej kuli zaworów zwrotnych wykonanych metodą odlewniczą połączonych wzdłuż linii styku, wyznaczonej przez dosunięcie płasko przygotowanych powierzchni styku półczasz, a materiał obszaru zgrzewania nagrzewa się, uplastycznia i zestala, charakteryzuje się tym, że w obszar zgrzewania wprowadza się obracające narzędzie z penetratorem, przy czym oś obrotu narzędzia Zn przesunięta jest względem osi obrotu Z dosuniętych półczasz w kierunku ruchu narzędzia o 0,4 do 2,0-krotności średnicy penetratora, przy czym penetrator ma długość mniejszą niż 0,5 grubości ścianki półczasz, następnie obracające się narzędzie z penetratorem przemieszcza się wzdłuż linii styku półczasz względem osi obrotu X, o kąt większy niż 360°, tak, że uplastyczniony materiał obszaru zgrzewania zestala się za narzędziem, po czym wyprowadza się narzędzie z obszaru łączenia.

PL 227 526 B1

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok kuli wykonanej metodą łączenia w stanie stałym dwóch odlewanych półczasz, a fig. 2

- widok kuli z penetratorem.

Sposobem według wynalazku łączy się w stanie stałym dwie odlewane półczasze 1, 2 kuli zaworów zwrotnych, wykonane z aluminium metodą odlewniczą. Półczasze 1, 2 są połączone wzdłuż linii styku 3, wyznaczonej przez dosunięcie płasko przygotowanych powierzchni styku. W postępowaniu według sposobu wprowadza się obracające narzędzie 4 z penetratorem 5 w obszar zgrzewania, przy czym oś obrotu narzędzia Zn przesunięta jest względem osi obrotu Z dosuniętych półczasz 1, 2 w kierunku ruchu narzędzia o 0,4 do 2,0-krotności średnicy penetratora 5. Natomiast penetrator 5 ma długość mniejszą niż 0,5 grubości ścianki półczasz 1 i 2, co umożliwia zakończenie zgrzewania bez pozostawiania otworu przelotowego. Następnie, obracające się narzędzie 4 z penetratorem 5 przemieszcza się wzdłuż linii styku 3 półczasz 1 i 2 względem osi obrotu X, o kąt większy niż 360°, co pozwala na łączenie półczasz w jednym przejściu. Materiał obszaru zgrzewania nagrzewa się, uplastycznia i zestala za narzędziem 4, po czym następuje wyprowadzenie narzędzia z obszaru łączenia.

Claims (1)

1. Sposób łączenia w stanie stałym dwóch odlewanych półczasz aluminiowej kuli zaworów zwrotnych wykonanych metodą odlewniczą i połączonych wzdłuż linii styku, wyznaczonej przez do- sunięcie płasko przygotowanych powierzchni styku półczasz, a materiał obszaru zgrzewania nagrzewa się, uplastycznia i zestala, znamienny tym, że wprowadza się obracające narzędzie (4) z penetratorem (5) w obszar zgrzewania, przy czym oś obrotu narzędzia Zn przesunięta jest względem osi obrotu Z dosuniętych półczasz (1, 2) w kierunku ruchu narzędzia o 0,4 do 2,0-krotności średnicy penetratora (5), przy czym penetrator (5) ma długość mniejszą niż 0,5 grubości ścianki półczasz (1, 2), następnie obracające się narzędzie (4) z penetratorem (5) przemieszcza się wzdłuż linii styku półczasz (1, 2) względem osi obrotu X, o kąt większy niż 360°C, tak, że uplastyczniony materiał obszaru zgrzewania zestala się za narzędziem (4), po czym wyprowadza się narzędzie (4) z obszaru łączenia.