RS60370B1 - Uređaj i postupak za zavarivanje dva dela za spajanje posredstvom zavarivanja trenjem sa mešanjem usled kojih, odn. usled kojeg, ne dolazi ni do kakve kontaminacije delova za spajanje ostacima od zavarivanja - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na uređaj i postupak zavarivanja dva dela za spajanje posredstvom zavarivanja trenjem sa mešanjem prema preambuli zahteva 1 i 6, usled kojih odn. kojeg, ne dolazi ni do kakve kontaminacije delova za zavarivanje ostacima od zavarivanja.

[0002] Prilikom zavarivanja trenjem sa mešanjem se u području spajanja materijala koji se zavaruju posredstvom trenja između rotirajuće, istovremeno translatorno pomeranog i pritiskom pokrenutog alata generiše toplota koja materijale koji treba da se zavare dovodi u plastifikovano stanje. Alat se pritom pomera duž područja spajanja i meša plastifikovani deo u unutrašnjosti šava materijala koji treba da se spoje i udaraju jedan u drugi. Na kraju ovog šava se alat izvlači iz područja spoja i šav zavarivanja se može direktno opteretiti.

Iz stanja tehnike je na temu zavarivanja trenjem sa mešanjem između ostalog poznata prethodno objavljena publikacija samog podnosioca prijave, DE 102015 005 763 U1, koja se odnosi na uređaj za homogeno zavarivanje struktura zakrivljenih površina zavarivanjem trenjem sa mešanjem. Sa uređajem poznatim iz te publikacije se može postići rezultat zavarivanja koji zadovoljava visoke zahteve kvaliteta, ali pritom ne može da se u potpunosti isključi da se pri izvlačenju osovinice za zavarivanje u toku završavanja postupka zavarivanja pojave manje neravnine.

Osim toga mora da se računa sa tim da ivice struktura koje treba da se zavare ne naležu jedna na drugu bez zazora, već da imaju manje neravnine koje u toku procesa zavarivanja u cilju postizanja ravne površine čini neophodnim dovod „materijala za ispunu“.

Osim toga su iz publikacije DE 102012 010 836 B3 (stanje tehnike), koja takođe pripada podnosiocu zahteva, poznat postupak i uređaj za poboljšanje kvaliteta šava zavarivanja pri zavarivanju trenjem sa mešanjem. U ovoj publikaciji je opisan zadatak produžavanja veka trajanja alata za zavarivanje trenjem sa mešanjem od oko 2 sata na 15 sati da bi se tako poboljšao kvalitet spojnog šava tako da nije potrebna naknadna obrada.

[0003] Ovaj zadatak se rešava pomoću uređaja sa sledećim karakteristikama:

a) prihvatnom pločom (1) sa pogonskom glavom (2) i ležajem vretena (4) za prihvat vrha za Reib zavarivanje (9), pri čemu u ležaju vretena (4) spiralno izvedeni transportni puž (6) koji služi za uklanjanje nepotrebnog sloja materijala, ulazi u otvore (8) koji koso vode prema spolja,

b) uzdužna osa ležaja vretena (4) je nagnuta u odnosu na vertikalu pod uglom od 2,8 do 3,2 stepena,

c) klizna površina rotirajućeg vretena sastoji se od ravne klizne površine (10) i posebno za zavarivanje zakrivljenih šavova od po jedne, na dve suprotne strane nastavljajuće, u odnosu na kliznu površinu (11) pod oštrim uglom nagnute zakrivljene klizne površina (11),

d) vrh za Reib zavarivanje (9) ima oblik zarubljenog konusa, kod kojeg je pokrivna površina u sredini izdignuta, a površina omotača zarubljenog konusa formira šest delova površine trapeznog oblika, od kojih su tri dela površine ravnomerno raspoređena po obodu pod uglom od 120 stepeni i zauzimaju veći deo od 1/6 obima kruga.

[0004] U pogledu stanja tehnike, dalje se upućuje na EP 2561 948 A1, koji se odnosi na postupak i sistem za proizvodnju elementa prirubnica-cev-prirubnica posredstvom zavarivanja trenjem sa mešanjem. Cilj takvog sistema je pojednostavljenje centriranja prirubnice i cevi i da se osiguravanje kupke materijala za zavarivanje pored podupiranja područja omekšanog zavarivanjem trenjem sa mešanjem, koristi i za apsorbovanje sila zaptivanja pri zavarivanju trenjem sa mešanjem i centriranje cevi duž uzdužne ose prirubnica, eliminišući potrebu za postupcima merenja i postavljanja uz istovremeno skraćenje vremena izrade, uz uštedu materijala i osiguravanje ekonomske koristi. U tu svrhu se tvrdi da je osiguranje kupke materijala za zavarivanje konstruisano kao pneumatski zatezni i potporni disk sa mogućnošću zatezanja i otpuštanja za centriranje cevi na osu rotacije prirubnica i za apsorpciju sila zaptivanja prilikom zavarivanja trenjem sa mešanjem, kao i da je predviđen senzor za skeniranje spojeva između cevi i prirubnice i da je osim toga predviđen uređaj za primicanje i odmicanje kalupnog klina poravnato sa tangencijalnom ravni koja leži horizontalno iznad ose rotacije i proteže se kroz spoj, pri čemu je senzor i uređaj za primicanje i odmicanje kalupnog klina povezan sa upravljačkim delom.

[0005] Iz publikacije JP 2007029979 A poznat je dvostruki rotacioni alat za zavarivanje trenjem sa mešanjem, pri čemu se materijal strugotine odvozi pužem ili kliznim točkom, koji nije integrisan u glavi alata.

[0006] Konačno, u publikaciji JP 2004337860 A objavljeni su uređaj i postupak zavarivanja trenjem sa mešanjem, pri čemu kontrolisani porast temperature na šavu zavarivanja može biti realizovan pomoću senzora temperature u zvonu alata.

[0007] Pronalazak se zasniva na postizanju daljeg unapređenja postupka i uređaja za zavarivanje dva dela za spajanje posredstvom zavarivanja trenjem sa mešanjem.

[0008] Prema ovom pronalasku, ovaj cilj je u pogledu uređaja postignut preko svojstava iz patentnog zahteva 1,a u pogledu postupka merama iz patentnog zahteva 6.

[0009] Dodatna poželjna izvođenja pronalaska su naznačena u podzahtevima.

[0010] Aparatura prema ovom pronalasku detaljnije je opisana u nastavku:

Konkretno slika:

Sl.1 daje prikaz u perspektivi glave za zavarivanje;

Sl.2 prikazuje presek glave za zavarivanje iz sl.1;

Sl.3a prikazuje presek zvona alata;

Sl.3b prikazuje presek donjeg dela zvona alata;

Sl.3c daje prikaz u perspektivi donjeg dela zvona alata bez stopice za zavarivanje i zaglađivanje 10;

Sl.4a prikazuje presek donjeg dela zvona alata sa reznim listom 17 koji se nalazi gore;

Sl. 4b prikazuje presek donjeg dela zvona alata sa reznim listom 17 koji se nalazi dole;

Sl.4c prikazuje presek donjeg dela zvona alata sa reznim listom 17 koji se nalazi u području tela osovinice;

Sl.5 prikazuje presek kroz jedinicu 7 za aksijalno pomeranje zvona alata;

Sl.6 daje prikaz u perspektivi aksijalnog pomeranja 7;

Sl.7a prikazuje presek procesa čišćenja sa hodom odozgo;

Sl.7b prikazuje presek procesa čišćenja putem hoda odozdo; i

Sl. 8 prikazuje presek zvona alata sa prikazom više funkcija.

[0011] Sl.1 daje prikaz u perspektivi u celini glave za zavarivanje prema ovom pronalasku.

[0012] Pojam "u celini" izabran je zato što je celokupno evidentiranje procesnih podataka i upravljanje procesom integrisano u glavi za zavarivanje. Vreteno je na izvestan način "rotirajući držač alata", pri čemu se glava za zavarivanje može integrisati u bilo koje mašine. Na desnoj strani se na toj Sl.1 mogu prepoznati upravljački vod i vod za napajanje energijom 2 za pogonsku jedinicu vretena, pri čemu cela glava za zavarivanje na primer može biti vođena robotom 3 i prenosni mehanizam vretena 4 na svojoj donjoj strani ima montažnu prirubnicu 5. Ispod montažne prirubnice 5 postavljen je prsten senzora 6 koji na primer nosi senzore za merenje sile, merenje direktnih parametara procesa i/ili za merenje vibracija. Za direktno merenje vibracija koje nastaju na ramenu, između vretena i glave za zavarivanje su raspoređene merne glave. To rezultuje sa manjim efektima grešaka na primer usled neravnoteže u vretenu.

Ispod prstena senzora 6 uležištena je jedinica 7 za aksijalno pomeranje zvona alata. Ona omogućava precizno premeštanje zvona alata u aksijalnom smeru-.Zatim slede zatezni sistem 8 za alat za zavarivanje sa zvonom alata 9 i stopicom za zavarivanje i zaglađivanje 10 i osovinicom za zavarivanje 11.

Sl.2 prikazuje presek glave za zavarivanje iz Sl.1.

Ovde su u gornjem desnom području prikazani prenosni mehanizam vretena 4 koji se prostire preko poprečnog preseka i montažna prirubnica 5 iz Sl.1 koja se prostire poprečno u odnosu na navoj vretena. Ispod montažne prirubnice 5 može se prepoznati unutrašnje područje prstena senzora 6, dok se raspoređeni ispod njega u poprečnom preseku mogu videti komponente jedinice 7 za aksijalno pomeranje. Centralno uležišteno zvono alata 9 obuhvaćeno je zateznim sistemom 8 za alat za zavarivanje. U obrtnoj osi zvona alata 9 uležišteno je vreteno 12 koje u svom produžetku prolazi kroz telo alata 13 u zvonu alata 9 i na svom kraju nosi osovinicu za zavarivanje 11. Osovinica za zavarivanje 11 se vodi u stopici za zavarivanje i zaglađivanje 10.

U stopici za zavarivanje i zaglađivanje 10 je na području leve strane naznačen uređaj 14 za usitnjavanje, odn. za skidanje strugotine tokom procesa zavarivanja trenjem sa mešanjem. Sl.3a prikazuje presek zvona alata.

[0013] Pored zvona alata 9 sa telom alata 13 unutra i osovinice za zavarivanje 11 sa njegovim vrhom osovinice 15 su ovde u stopici za zavarivanje i zaglađivanje 10 na ovde prikazanoj levoj i desnoj strani stopice za zavarivanje i zaglađivanje 10 prikazani takozvani donji ulazni kanali 18 za fluid. Ti donji ulazni kanali 18 naravno mogu biti raspodeljeni oko celog oboda stopice za zavarivanje i zaglađivanje 10 i služe za dovod fluida za ispiranje strugotine ili viška procesnog materijala koji je nastao u toku procesa zavarivanja trenjem sa mešanjem. Ti ulazni kanali 18 prikazani su samo šematski i kao primer. Ulazni kanali 18 na stopici za zavarivanje i zaglađivanje 10 imaju i funkciju davanja protoka za fluid koji ulazi.

Na Sl.2 prikazana aparatura 14 za mlevenje, odn. skidanje, tačnije za usitnjavanje, te strugotine na ovoj Sl.3a označena držačem reznog lista 16 ove aparature sa pripadajućim reznim listom 17. Aparature za dovod fluida u ulaznim kanalima ili sami ulazni kanali 18 ovde iz razloga jasnoće ilustracije ovde nisu prikazani.

Na levoj strani zvona alata 9 mogu se prepoznati usisni kanal 19 za fluid i gornji ulazni kanal 20 za fluid.

Sl.3b prikazuje presek donjeg dela zvona alata u uvećanoj razmeri. I ovde je u gornjem delu naznačeno zvono alata 9 sa telom alata 13 unutra i centralno vođenom osovinicom za zavarivanje 11 i njegovim vrhom osovinice 15. Takođe na Sl.3a prikazana oba ulazna kanala 18 za fluid su ovde još jasnije prikazana. Posebno jasno se na ovoj Sl.3b mogu prepoznati držač reznog lista 16 sa njegovim reznim listom 17. U donjem delu prikazane osovinice za zavarivanje 11 se na Sl.3b u stopici za zavarivanje i zaglađivanje 10 na levoj strani može videti procep 21 za materijal strugotine.

Sl.3c daje prikaz u perspektivi donjeg dela zvona alata bez ometajućeg pogleda na stopicu za zavarivanje i zaglađivanje 10. Na osovinici za zavarivanje 11 prstenasto postavljeni držač reznog lista 16 sa u njemu držanim odn. uležištenim reznim listom 17 aparature za mlevenje, odn. skidanje, ili uopšteno govoreći, usitnjavanje strugotine koja nastaje u toku Reib zavarivanja ovde se jasno vidi.

Slike 4a, 4b i 4c prikazuju razne mogućnosti rasporeda reznog lista 17 u području stopice za zavarivanje i zaglađivanje. Oblik reznog lista 17 ovde je prikazan samo kao primer, on može biti i trouglast, kvadratni ili proizvoljnog geometrijskog oblika.

Sl.4a prikazuje presek donjeg dela zvona alata sa reznim listom 17 gore u držaču reznog lista 16.

Sl. 4b prikazuje presek donjeg dela zvona alata sa reznim listom 17 dole u držaču reznog lista 16.

Sl.4c prikazuje presek donjeg dela zvona alata sa reznim listom 17 dole u području tela osovinice.

Svi prikazani položaji sečenja se mogu proizvoljno međusobno kombinovati. Usled toga su moguće i kombinacije između aksijalnog i radijalnog sečenja ili usitnjavanja.

Sl.5 prikazuje presek jedinice 7 za aksijalno pomeranje zvona alata. Na srednjoj osi pogonske jedinice glave za zavarivanje u celini može se prepoznati osa vretena 12 u telu alata 13 unutar gornjeg dela zvona alata 9. Rotaciono simetrično u odnosu na vreteno 12 se na levoj i desnoj gornjoj strani Sl.5 može prepoznati montažna prirubnica 5 poznata iz gornjeg dela Sl.2 koja povezuje prenosni mehanizam vretena 4 sa prstenom senzora 6, pri čemu je prsten senzora 6 ovde naznačen na desnoj strani. Zatezni sistem za zvono alata 9 je prikazan rotaciono simetrično u odnosu na zvono alata 9 na levoj i desnoj strani u preseku. Takođe rotaciono simetrično na levoj i desnoj strani zateznog sistema 8 za alat za zavarivanje se mogu prepoznati dva, u preseku vidljiva, dela jedne navrtke za pomeranje 24 za hod aksijalnog pomeranja 7, pri čemu su na levoj strani na ove strane navrtke za pomeranje 24 prikazana dva vodeća elementa 25, od kojih postoje najmanje dva. Elementi za prednaprezanje 23 koji su u preseku raspoređeni pored vodećih elemenata 25 omogućavaju kontinualnu promenu hoda za aksijalno pomeranje zvona alata. Precizniji detalji se mogu videti na prikazu Sl.6. Na desnoj strani je prikazan kablovski kanal 22 sa snabdevanje signalom senzora koji vode do alata. Sl.6 daje prikaz u perspektivi aksijalnog pomeranja 7. Ovde je aksijalno pomeranje 7 sa svojim položajem izdvojeno prikazano unutar celokupne konstrukcije glave za zavarivanje prema ovom pronalasku. U desnom prednjem planu se može videti vodeći element 25, od kojih zbog njihove funkcije vođenja moraju postojati najmanje dva. Ti vodeći elementi 25 na izvestan način ispunjavaju funkciju navoja, dok prstenasti karakter navrtke za pomeranje 24 u ovoj ilustraciji postaje jasan. Osim toga su u prikazu na Sl.6 vidljiva tri elementa za prednaprezanje 23, od kojih je označeno ono na levoj strani. Kao pogon za celokupno aksijalno pomeranje 7 služi pogon za pomeranje 26.

Slike 7 prikazuju kombinaciju aksijalnih i radijalnih sečiva.

Sl.7a prikazuje presek postupka čišćenja sa hodom odozgo. Pored obuhvatne stopice za zavarivanje i zaglađivanje 10 i u njoj uležištenog vrha osovinice 15, ovde se može videti držač reznog lista 16 sa svojim reznim listom 17. Na levoj strani držača reznog lista 16 prikazan je uski procep, procep 21 za materijal strugotine, odn. uopšteno rečeno, usitnjeni procesni materijal, koji deluje tako da taj materijal preko jednog procepa 18 posredstvom podiznog delovanja u gornjem delu može da izađe napolje. Odvoženjem usitnjenog materijala u procepu 21 se upravlja preko geometrijskih oblika koji utiču na, odn. stvaraju protok, koji se nalaze na unutrašnjoj strani zvona i na spoljnoj strani prihvata za frikcionu osovinicu i držaču reznog lista.

Sl.7b prikazuje presek postupka čišćenja posredstvom hoda odozdo. U tom slučaju se spuštanje zvona alata postiže da nastali procesni materijal od osovinice za zavarivanje može da se pomeri prema gore, a time i da preko jednog ili više prikazanih procepa izađe napolje. Sl. 8 prikazuje presek zvona alata sa ilustracijom više funkcija. Pored zvona alata 9 sa telom alata 13, osovinicom za zavarivanje 11 i reznim listom 17 sa procepom 21 za materijal strugotine ovde se na levoj strani u zvonu alata 9 mogu videti dva ulazna kanala za fluid, i to ulazni kanal 20 u gornjem delu i ulazni kanal 18 u donjem delu. Veće dimenzionisani usisni kanal 19 zaokružuje ovu instalaciju. Ovaj raspored ne služi samo za regulaciju transporta strugotine, već i za to da se sveukupno radna temperatura celog procesa u toku zavarivanja trenjem sa mešanjem reguliše pomoću prikazanog senzora temperature 27. U skladu sa pronalaskom je predviđeno dodatno upravljanje strujanjem fluida i raspodelom fluida putem geometrija koje utiču na protok i nalaze se na spoljnoj strani i u unutrašnjosti komponenata kao što su zvono alata, prihvat za osovinicu, stopica za zavarivanje i zaglađivanje, znači na svim komponentama koje dolaze u dodir sa fluidom.

Spisak referentnih brojeva

[0014]

1

Pogonska jedinica za vreteno 12

2

Upravljački vod i energetski vod za napajanje

3

Robot

4

Prenosni mehanizam vretena

5

Montažna prirubnica

6

Prsten senzora (merenje sile, merenje vibracija)

7

Jedinica za aksijalno pomeranje zvona alata

8

Zatezni sistem za alat za zavarivanje

Zvono alata

Stopica za zavarivanje i zaglađivanje

Osovinica za zavarivanje

Vreteno

Telo alata (telo osovinice)

Aparatura za mlevenje, odn. skidanje strugotine

Vrh osovinice

Držač reznog lista aparature 14 za mlevenje, odn. skidanje, uopšteno rečeno, usitnjavanje

Rezni list

Ulazni kanal za fluid (dole)

Usisni kanal

Ulazni kanal za fluid (gore)

Procep za materijal strugotine

Kablovski kanal za senzore koji vode do alata

Element za prednaprezanje aksijalnog pomeranja 7

Navrtka za pomeranje za hod aksijalnog pomeranja 7

Vodeći element (funkcija navoja) Pogon za pomeranje

Senzor temperature

1

Claims (7)

Patentni zahtevi

1. Uređaj za zavarivanje dva dela za spajanje putem zavarivanja trenjem sa mešanjem, posredstvom koje ne dolazi ni do kakve kontaminacije delova za spajanje ostacima od zavarivanja, sa sledećim karakteristikama:

a) glavom za zavarivanje koja se može integrisati u proizvoljne mašine u obliku jednog putem jedne pogonske jedinice (1) pogonjenog prenosnog mehanizma (4) sa montažnom prirubnicom (5) za pričvršćivanje instalacija koje potpomažu proces zavarivanja i zateznim sistemom (8) za prihvat zvona alata (9) sa stopicom za zavarivanje i zaglađivanje (10) za vođenje osovinice za zavarivanje (11),

i naznačen sledećim svojstvima:

b) u stopici za zavarivanje i zaglađivanje (10) integrisanom aparaturom (14) za usitnjavanje strugotine koja nastaje u procesu zavarivanja, pri čemu su predviđena sredstva za uklanjanje te strugotine bez kontaminacije delova za spajanje,

c) u glavi za zavarivanje integrisanim uređajem (7) za vertikalno aksijalno pomeranje zvona alata (9), i

d) u zvono alata (9) integrisanim senzorom temperature (27), pri čemu se temperatura zvona alata (9) može regulisati dovodom i odvodom fluida.

2. Uređaj prema zahtevu 1, naznačen time,

što se usitnjavanje strugotine nastale u procesu zavarivanja obavlja posredstvom držača reznog lista (16) sa na njemu pričvršćenim reznim listom (17).

3. Uređaj prema jednom od zahteva 1 ili 2, naznačen time,

što je ispod montažne prirubnice (5) postavljen prsten senzora (6), koji nosi senzore za merenje sile, merenje direktnih parametara procesa i/ili za merenje vibracija.

4. Uređaj prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time,

što se strugotina koja nastaje u procesu zavarivanja uklanja posredstvom po jednog u gornjem i/ili donjem delu zvona alata (9) postavljenog ulaznog kanala za fluid (20, 18) i jednog usisnog kanala (19).

5. Uređaj prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time,

što u glavi za zavarivanje najmanje jedan kablovski kanal (22) vodi do senzora integrisanih u glavi za zavarivanje.

6. Postupak zavarivanja dva dela za spajanje putem zavarivanja trenjem sa mešanjem, kod koje ne dolazi ni do kakve kontaminacije delova za spajanje ostacima od zavarivanja, naznačen sledećim svojstvima:

a) glavom za zavarivanje koja se može integrisati u proizvoljne mašine u obliku jednog putem jedne pogonske jedinice (1) pogonjenog prenosnog mehanizma (4) sa montažnom prirubnicom (5) za pričvršćivanje instalacija koje potpomažu proces zavarivanja i zateznim sistemom (8) za prihvat zvona alata (9) sa stopicom za zavarivanje i zaglađivanje (10) za vođenje osovinice za zavarivanje (11), se obezbeđuje da je u stopici za zavarivanje i zaglađivanje (10) predviđena integrisana aparatura (14) za usitnjavanje strugotine koja nastaje u procesu zavarivanja, i

b) strugotina koja nastaje u procesu zavarivanja se zatim uklanja posredstvom po jednog, u gornjem i/ili donjem delu zvona alata (9) raspoređenog, ulaznog kanala za fluid (20, 18) i jednog usisnog kanala (19).

7. Postupak prema zahtevu 6, naznačen time,

što se usitnjavanje strugotine nastale u procesu zavarivanja obavlja posredstvom držača reznog lista (16) sa na njemu pričvršćenog reznog lista (17).