RO122957B1

RO122957B1 - Ultrasonic welding and riveting process

Info

Publication number: RO122957B1
Application number: ROA200700466A
Authority: RO
Inventors: Doru Virgil Păuşan
Original assignee: Doru Virgil Păuşan
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2010-05-28

Abstract

The invention relates to an ultrasonic welding and riveting process used for joining by overlapping two or several flat pieces or pieces whose cross-sections have various geometric shapes. According to the invention, the process consists in positioning some upper or lower pieces (1 and 2) to be joined, introducing a cylindrical bolt (3) having a lower taper end located in a hole previously cut in the upper piece (1), followed by pressing the cylindrical bolt (3) with a force (Ps) applied by means of a sonotrode (4) so as the lower end is deformed and is simultaneously welded to the lower piece (2), there resulting a welding point (S) between the lower piece (2) and the lower end of the cylindrical bolt (3), simultaneously with the plastic deformation of the upper end of the cylindrical bolt (3) thereby leading to the achievement of the desired shape of the cylindrical bolt head (3), a shape conjugated to the cavity in the extremity of the sonotrode (4).

Description

Invenția se referă la un procedeu de sudare și nituire cu ultrasunete, pentru îmbinarea, prin suprapunere, a două sau mai multe piese plate.The invention relates to a process of ultrasonic welding and riveting, for joining, by overlap, two or more flat pieces.

Sunt cunoscute procedee de sudare cu ultrasunete, folosite pentru îmbinarea, prin suprapunere, a două sau mai multe piese plate sau cu diverse tipuri de secțiuni transversale.Ultrasonic welding processes are known, used for joining, by overlap, two or more flat parts or with various types of cross sections.

Sunt cunoscute de asemenea procedee de nituire, folosite pentru îmbinarea, prin suprapunere, a două sau mai multe piese plate sau cu diverse tipuri de secțiuni transversale, care folosesc energia mecanică în vederea deformării capetelor unor nituri introduse prin găurile realizate anterior în piese, în poziții convenabile.Also known are processes of riveting, used for joining, by overlapping, two or more flat pieces or with various types of cross sections, which use mechanical energy to deform the ends of rivets inserted through the holes previously made in pieces, in positions convenient.

Procedeele de nituire prezintă dezavantajul că asigură realizarea îmbinării doar prin nituire, în special în cazul tablelor groase, sau doar prin sudare, prin puncte de sudură mici, în cazul pieselor subțiri, dar în cazul componentelor de îmbinat mai groase, eventual din materiale diferite, nu realizează o rezistență satisfăcătoare.The riveting procedures have the disadvantage that they ensure the jointing only by riveting, especially in the case of thick boards, or only by welding, through small welding points, in the case of thin parts, but in the case of thicker joints, possibly from different materials, does not achieve satisfactory strength.

Mai sunt cunoscute procedee de nituire cu ultrasunete, care îmbină două piese plate din același material sau diferite, și care într-o suprafață a sonotrodei realizează forma dorită, tronconică sau sferică, pentru capul de nit.Also known are ultrasonic riveting processes, which combine two flat pieces of the same or different material, and which in a sonotrode surface achieve the desired shape, truncated or spherical, for the nit head.

Acestea prezintă dezavantajul că nu asigură o rezistență satisfăcătoare.They have the disadvantage that they do not provide satisfactory strength.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei îmbinări prin sudare și simultan prin nituire cu ultrasunete, care asigură o rezistență mecanică satisfăcătoare și în cazul îmbinării unor componente mai groase, chiar din materiale diferite.The problem solved by the invention is to make a joint by welding and simultaneously by ultrasonic riveting, which ensures satisfactory mechanical resistance even in the case of thicker components, even from different materials.

Procedeul de sudare și nituire cu ultrasunete, conform invenției, rezolvă problema propusă, prin aceea că acesta cuprinde următoarele faze: îmbinarea unei componente superioare cu alta inferioară, din materiale eventual diferite, introducerea unui bolț cilindric, într-o gaură prevăzută anterior în piesa superioară, urmată de presarea bolțului și prin presare bolțul cilindric cu capătul inferior conic se deformează și se sudează cel puțin față de piesa inferioară, rezultând o sudură între piesa de îmbinat inferioară și capătul bolțului, și simultan are loc o deformare plastică a capătului superior al bolțului cilindric, care conduce la realizarea unei forme a capătului superior al bolțului, conjugată cu forma unei cavității din extremitatea sonotrodei.The ultrasonic welding and riveting process, according to the invention, solves the proposed problem, in that it comprises the following phases: the joining of an upper component with a lower one, possibly of different materials, the insertion of a cylindrical bolt, in a hole provided previously in the upper part , followed by the pressing of the bolt and by pressing the cylindrical bolt with the lower conical end deforms and welds at least relative to the lower part, resulting in a weld between the lower joint and the end of the bolt, and simultaneously a plastic deformation of the upper end of the bolt occurs. cylindrical, which leads to a shape of the upper end of the bolt, conjugated to the shape of a cavity at the end of the sonotrode.

Procedeul de sudare și nituire cu ultrasunete, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The ultrasonic welding and riveting process according to the invention has the following advantages:

- asigură o îmbinare rezistentă, chiar și în cazul componentelor mai groase, decât cele care se sudează în mod obișnuit prin ultrasunete;- ensures a strong connection, even in the case of thicker components, than those which are usually welded by ultrasound;

- asigură o bună productivitate a procesului de îmbinare, fiind aplicabil și la îmbinarea componentelor din materiale diferite, de tipul materialelor plastice.- ensures a good productivity of the joining process, being applicable also to the combination of the components of different materials, of the type of plastics.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare procedeului de sudare și nituire cu ultrasunete, conform invenției, cu referire la fig. 1 și 2, care reprezintă:The following is an example of an embodiment of the ultrasonic welding and riveting process according to the invention, with reference to FIG. 1 and 2, representing:

-fig. 1, secțiune axială prin bolțul cilindric, înainte de sudarea propriu-zisă;FIG. 1, axial section through the cylindrical bolt, before the welding itself;

- fig. 2, secțiune axială prin îmbinarea cu nit, sudată.FIG. 2, axial section by joining with nit, welded.

Procedeul de sudare și nituire cu ultrasunete, conform invenției, cuprinde următoarele faze: poziționarea pieselor de îmbinat superioară 1 și inferioară 2, introducerea unui bolț cilindric 3 cu capătul inferior conic în gaura prevăzută anterior în piesa superioară 1, urmată de presarea bolțului 3 cu o forță statică Ps, aplicată prin intermediul unei sonotrode 4 și vibrarea acesteia în regim ultrasonor cu o amplitudine A, stabilite în funcție de natura și dimensiunile materialelor care se asamblează, astfel încât capătul inferior al bolțului cilindric 3 să se deformeze și simultan să se sudeze față de piesa inferioară, rezultând o sudură S între piesa de îmbinat inferioară 2 și capătul inferior al bolțului 3. Simultan are loc și deformarea plastică a capătului superioral bolțului 3, care conduce la realizarea formei doriteThe ultrasonic welding and riveting process according to the invention comprises the following steps: positioning the upper and lower joint parts 2, introducing a cylindrical bolt 3 with the tapered lower end into the hole provided previously in the upper part 1, followed by pressing the bolt 3 with a static force Ps, applied by means of a sonotrode 4 and its vibration in ultrasonic mode with an amplitude A, determined according to the nature and dimensions of the materials being assembled, so that the lower end of the cylindrical bolt 3 deforms and simultaneously welds the face of the lower part, resulting in a weld S between the lower joint part 2 and the lower end of the bolt 3. Simultaneously, the plastic deformation of the upper end of the bolt 3 takes place, which leads to the desired shape being achieved.

RO 122957 Β1 a capului bolțului, formă conjugată unei cavități din extremitatea sonotrodei. Piesele care 1 contribuie la realizarea îmbinării pot fi din același material, dar pot fi și din materiale diferite, inclusiv materiale plastice; lungimea bolțului 3 trebuie să fie cea rezultată prin calculul 3 geometric de egalitate a volumului bolțului 3, față de volumul final al nitului sudat la partea inferioară. Sonotroda 4 prezintă în zona de contact cu bolțul 3, adică în zona activă, o 5 cavitate care are forma conjugată capului superior al nitului, adică tronconică sau de calotă sferică. Energia acustică introdusă de sonotroda 4 în bolțul 3 se va concentra într-o primă 7 fază în zona de contact al acesteia cu componenta inferioară, producând înmuierea și apoi topirea acestei zone, conducând astfel la sudarea acestora. în următoarea fază a procesului 9 de asamblare, bolțul 3 va atinge, în zona de contact cu sonotroda 4, temperatura de înmuiere, astfel încât aceasta, sub acțiunea forței statice de apăsare Ps, va lua forma zonei 11 active a sonotrodei 4, realizându-se astfel asamblarea componentelor.RO 122957 Β1 of the head of the bolt, form conjugated to a cavity at the end of the sonotrode. The parts that contribute to the joint can be made of the same material, but they can also be of different materials, including plastics; the length of the bolt 3 must be that obtained by calculating geometrically equal volume 3 of the bolt 3, compared to the final volume of the welded rivet at the bottom. Sonotroda 4 presents in the contact area with the bolt 3, ie in the active zone, a cavity 5 which has the form conjugated to the upper head of the niche, ie truncated or spherical cap. The acoustic energy introduced by the sonotroda 4 in the bolt 3 will be concentrated in a first phase 7 in its contact area with the lower component, producing the softening and then melting of this area, thus leading to their welding. In the next phase of the assembly process 9, the bolt 3 will reach, in the contact zone with the sonotrode 4, the softening temperature, so that, under the action of the static pressing force Ps, it will take the form of the active zone 11 of the sonotrode 4, achieving thus the assembly of components.

Claims

1 Claim

3 Ultrasonic welding and riveting process for jointing by welding and plastic deformation, comprising the following phases: joining of an upper component (1)

5 with another one, lower (2), from possibly different materials, the insertion of a cylindrical bolt (3) in a hole provided previously in the upper part (1), followed by the pressing of the bolt (3) with a force

7 static (Ps) applied to the sonotrode (4) and its vibration in ultrasound regime with an amplitude established according to the nature and dimensions of the materials being assembled, characterized

9 in that, by pressing, the cylindrical bolt (3) with the lower conical end is deformed and welded at least relative to the lower part, resulting in a weld (S) between the lower joint piece 11 (2) and the end of the bolt (3) , and simultaneously a plastic deformation of the upper end of the cylindrical bolt (3) takes place, which leads to a shape of the upper end 13 of the bolt (3), conjugated to the shape of a cavity at the end of the sonotrode (4).