WO2013171355A1 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones - Google Patents

Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones Download PDF

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José María AGUIRRE ARTIEDA
Julián BAIGORRI HERMOSO
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    • B23K2101/18—Sheet panels

Definitions

  • the present specification refers, as its title indicates, to an electromagnet with axial force control for friction welding and other applications, of the type used industrially for automated welding of metal plates and for machining by chip removal, characterized in that it integrates in the body of the electromagnet a force sensor, related to the tool by means of an axially movable internal axis, and which, by means of an electromechanical actuator, allows to adjust in real time and locally the height of the tool on the material to welding, maintaining a constant and controlled force during the process.
  • Friction or beating welding known by its acronym in English (FSW - Friction Stir Welding) is a two-piece joining process, which is carried out in a solid state and in which a cylindrical tool, with a pin at its end , is introduced into the joint between the two pieces to be welded.
  • a cylindrical tool with a pin at its end
  • the material will begin to soften! acquiring a plastic state, said tool will penetrate the joint.
  • the tool will begin to move along the joint by moving the material that was on the front face of the pin to the rear face through the rotational movement of said tool, when the material cools, it will go back to a solid state producing the union of both parts by welding.
  • the energy balance of this process compared to the arc processes (TIG and MIG) is of the order of 500% lower.
  • FSW welds type FSW can be done in a single pass in industrial machines, eliminating the need for multi-pass welding in arc welding, with all the savings of inspection and rectification between passes. FSW welding does not require any protection gas, with the consequent savings in gas acquisition and storage and all that this entails in environmental safety.
  • the welds by FSW do not have the porosity and cracking problems associated with fusion welding techniques, nor do they affect the variations between castings in the supply material.
  • the FSW is cleaner in terms of fumes and projections common to fusion welded joints.
  • FSW type joints also exhibit minor distortions after manufacturing.
  • This system is intended to increase the speed of work with the necessary quality to compete with conventional welding. This implies large speeds of force correction that are impossible to achieve with the movement of the entire machine, due to the enormous masses to move or accelerate and the frequencies that are generated for this purpose.
  • the dynamics depend directly on the rigidity and agility of response, so the current systems are very heavy (CNC machines) or very weak (articulated robots).
  • the electromagnet has been devised with axial force control for friction welding and other applications object of the present invention, which integrates in the body of A force sensor, related to the tool by means of an axially movable internal axis, and which, by means of an electromechanical actuator, allows to adjust in real time and locally the height of the tool on the material to be welded, maintaining a constant force which causes a weld without imperfections.
  • This axially displaceable internal axis is located coaxially inside the axis of rotation integral with the rotor of the electromagnet motor.
  • the force sensor is located in the part of the electro-mandrel opposite the tool, not forcing it to extend its axis of rotation and eliminating problems of lack of rigidity.
  • the electromandrino has a tool tie that allows the automatic change of the same allowing its use and compatibility for other functions such as machining in addition to friction welding, for example milling.
  • This electromagnet with axial force control for friction welding and other applications presented provides multiple advantages over the systems currently available, the most important being the one that allows to achieve a height correction based on the force, automatically in the electromandrino itself, with much greater precision and speed, getting a more uniform welding and without irregularities.
  • Another important advantage is the integration of the control system in the electromagnet thus making the height control of the friction welding machine independent. With this height control and an internal sensor, dynamic adjustment of the force applied during the welding process is achieved.
  • Another important advantage is to combine the height control system with a quick tool change system to maintain the industrial concept of the system.
  • figure -1 - shows a simplified schematic view of the elements of the electro-borer, with the tool holder mounted.
  • Figure -2- shows a simplified schematic view of the elements of the electromandrino, with the tool holder removed.
  • Figure -3- shows a side view of an example of an electromechanical actuator (9) formed by a motor and three spindles connected by belts.
  • Figure -4- shows a detail of a top view of an example of an electromechanical actuator (9) formed by a motor and three spindles connected by belts.
  • the electromagnet with axial force control for friction welding and other applications object of the present invention basically comprises, as can be seen in the annexed plane, in the body (1) of the electromandrine, a rotation shaft (3) integral with the rotor (1 1) which together with the stator (12), make up the rotation motor of the electromandrino, having this axis (3) of rotation of a tool holder (2), interchangeable by means of an automatic mooring (10), and also being equipped the axis (3) of an axial displacement relative to the rotor (1 1) that relates it to a force sensor (7) located in the opposite part of the tool holder (2) and subject to an axial electromechanical system (9)
  • control circuit (8) associated with the force sensor (7) which in turn regulates, in real time, by means of an axial electromechanical system (9), the axis (3) on the material to be welded.
  • the axial electromechanical system (9) is preferably formed by at least one motor (13) which, by means of a main belt (14) and a secondary belt (15), transmits the rotation to several pulleys (16) which in turn , by means of spindles (17) axially displace the shaft (3) of the electromandrino.
  • the number of spindles (17) will preferably be three, to facilitate a smooth and precise axial displacement of the electro-mandrel.
  • the electromechanical system (9) may be formed by at least one motor and one or more spindles, or be made by means of a piezoelectric type electromechanical actuator (9).
  • the axial movement of the rotating shaft (3) with respect to the rotating rotor (1 1) is achieved by means of a rolling cage or by means of adjusting bushings interposed between them.
  • This friction welding electro-borer involves a friction welding procedure formed by a first phase of tool placement, followed by a second phase of insertion of the tool into material, followed by a third welding phase with automatic force regulation .
  • the first phase of placement consists of the automatic hitching in the mooring (10) of a tool holder (2) equipped with cylindrical tool (5) with pin (6).
  • the second phase of introduction consists in the joint rotation at high revolutions of the rotor (1 1), the axis (3), the axis (4), and through the clamp (8), of the tool (5) cylindrical with pin (6), resting pin (6) on the junction of the materials to be welded until the material melts, leaving pin (6) rotating buried in the material.
  • the third welding phase consists, incessantly of the revolutions, in the longitudinal advance 5 of the electromandrino along the line of union of the materials, propitiated by the machine associated to the electromandrino, with an automatic regulation of the force in the electromandrino made by means of the axial electromechanical system (9) based on the signals coming from the control circuit (8) that continuously measures the force applied to the tool (5) io by axial displacement of the axis (3) as a function of the irregularities of the surface to be welded and its measurement using the force sensor (7).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

ELECTROMANDRINO CON CONTROL DE FUERZA AXIAL PARA SOLDADURA POR FRICCIÓN Y OTRAS APLICACIONES
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, del tipo de los utilizados industrialmente para la soldadura automatizada de planchas metálicas y para el mecanizado por arranque de viruta, caracterizado porque integra en el cuerpo del electromandrino un sensor de fuerza, relacionado con la herramienta mediante un eje interno desplazable axialmente, y que, mediante un actuador electromecánico, permite regular en tiempo real y de manera local la altura de la herramienta sobre el material a soldar, consiguiendo mantener una fuerza constante y controlada durante el proceso.
Campo de la invención
La soldadura por fricción o por batido, conocida por sus siglas en ingés (FSW - Friction Stir Welding) es un proceso de unión de dos piezas, que se realiza en estado sólido y en el que una herramienta cilindrica, con un pin en su extremo, se introduce en la junta entre las dos piezas que se van a soldar. Una vez que la herramienta con la fuerza necesaria sobre el producto a soldar, ha adquirido la velocidad apropiada y ha calentado el material debido a la fricción, el material empezará a ablandarse! adquiriendo un estado plástico, dicha herramienta penetrará en la unión. En ese momento la herramienta empezará a moverse a lo largo de la unión desplazando el material que se encontraba en la cara anterior del pin a la cara posterior a través del movimiento de rotación de dicha herramienta, cuando el material se enfríe, pasará de nuevo a un estado sólido produciéndose la unión de ambas partes por soldadura.
Estado del Arte
La utilización de la tecnología de soldadura por fricción encierra indudables ventajas sobre los procesos habituales de soldadura, como podemos comprobar a continuación.
Emisión nula de gases y humos. Los procesos habituales TIG, MIG utilizados emiten una serie de humos tóxicos, que en el mejor de los casos se emiten a la naturaleza y en el peor son inhalados por los operarios.
Mejora del balance energético. El balance energético, de este proceso comparado con los procesos al arco (TIG y MIG) es del orden de un 500% inferior.
Incremento de la productividad del orden del 500% respecto a los procesos tradicionales de soldado.
Las aplicaciones de FSW disponibles actualmente se hacen a tope o solape sin necesidad de mecanizar el perfil de la junta.
Las soldaduras tipo FSW se pueden hacer en una pasada simple en máquinas industriales, eliminando la necesidad de realizar soldaduras multi-pasada en soldaduras por arco, con todo el ahorro que supone de inspección y rectificación entre pasadas. La soldadura FSW no requiere gas de protección alguno, con el consiguiente ahorro de adquisición y almacenamiento de gases y todo lo que esto supone de segundad ambiental.
Como corresponde a un proceso en estado sólido, las soldaduras por FSW no tienen los problemas de porosidad y agrietamiento asociados a las técnicas de soldadura por fusión, y tampoco afectan tanto las variaciones entre coladas en el material de suministro.
Como resultado de ser una soldadura en estado sólido, el FSW es más limpio en cuanto a humos y proyecciones comunes a las uniones soldadas por fusión. Además las uniones tipo FSW también exhiben menores distorsiones después de la fabricación.
En los procesos industriales de soldadura no existe una precisión dimensional en las piezas a soldar. Se ha comprobado el excesivo cambio que existe entre la cota teórica de la pieza de soldadura y la cota real. Pequeñas desviaciones dimensionales provocan grandes cambios de fuerza y por lo tanto en cambios de temperatura en el proceso, con lo que la soldadura no es controlada correctamente. Las dilataciones, apoyos y deformaciones también provocan esos cambios de altura durante el proceso de soldadura.
Para corregir las irregularidades de la superficie, que causan este problema, en los procesos actuales o no se tiene en cuenta y se realizan soldaduras de baja calidad, o se desarrollan sistemas externos de medición de fuerza con los que la maquina corrige la posición. Esto implica el desplazamiento de toda la máquina para conseguir la corrección y por lo tanto una velocidad de corrección reducida.
Para conseguir una precisión correcta, se han diseñado y fabricado distintos sistemas hidráulicos para el control de posición. Se ha podido comprobar la falta de sensibilidad y control de estos sistemas debido a las juntas de obturación necesarias que provocan excesiva fricción en el proceso de control.
El problema viene de la necesidad actual de aumentar la velocidad de soldadura para competir con soldaduras convencionales en velocidad y mejorando la sensibilidad de los sistemas hidráulicos. Esto implica gran velocidad de corrección de fuerza que son imposibles de conseguir con un movimiento de máquina! debido a las grandes masas a mover y las frecuencias necesarias de alcanzar. La dinámica depende directamente de la rigidez y de la masa, por lo que los sistemas actuales resultan muy pesados (maquinas CNC) o muy débiles (robots articulados).
Antecedentes de la invención
En los procesos industriales de soldadura no existe una precisión dimensional en las piezas a soldar. Se ha comprobado el excesivo cambio que existe entre la cota teórica de la pieza de soldadura y la cota real. Pequeñas desviaciones dimensionales provocan grandes cambios de fuerza entre la herramienta y el material a soldar y por lo tanto generan grandes cambios de temperatura en el proceso, lo cual hace que la soldadura obtenida no sea correcta. Las dilataciones, apoyos y deformaciones también provocan esos cambios de altura durante el proceso de soldadura.
Para compensar las irregularidades de la superficie que causan este problema, en los procesos actuales o no se tiene en cuenta y se realizan soldaduras de baja calidad, o se desarrollan sistemas externos de medición de fuerza con los que la máquina corrige la posición actuando toda ella con la consiguiente limitación que supone el acelerar toda su masa dando como resultado velocidades de trabajo muy reducidas.
Para conseguir la precisión correcta, se ha experimentado con distintos sistemas hidráulicos para el control de posición pero se ha podido comprobar la falta de sensibilidad de estos sistemas debido a las juntas de obturación necesarias que provocan excesiva fricción en el proceso de control.
Con este sistema se pretende aumentar la velocidad de trabajo con la calidad necesaria para poder competir con soldaduras convencionales. Esto implica grandes velocidades de corrección de fuerza que son imposibles de conseguir con el movimiento de toda la máquina, debido a las enormes masas a mover o acelerar y las frecuencias que se generan para este fin. La dinámica depende directamente de la rigidez y agilidad de respuesta, por lo que los sistemas actuales resultan muy pesados (maquinas CNC) o muy débiles (robots articulados).
Uno de los puntos débiles de las máquinas de soldadura por fricción actuales es su falta de sensibilidad a los cambios de altura en la trayectoria de la soldadura. Debido a tolerancias dimensionales de la pieza, deformaciones por temperatura, apoyos incorrectos o deformaciones por esfuerzos propios de la soldadura que cambian la trayectoria teórica.
Algunos dispositivos simplemente no tienen en cuenta esta problemática, como por ejemplo los descritos en la Patente WO2012019210 "Dispositivo para soldadura por fricción" o en la Patente US8141764 "Aparato, sistema y método de soldadura por fricción".
Se han realizado diversos esfuerzos a nivel teórico y práctico, aplicado a máquinas herramientas y robots articulados, para intentar compensar las desviaciones que se producen. Todas estas compensaciones se basan en cambios en el posicionamiento de la máquina de soldadura o robot. En este campo existen diversos sistemas de control y compensación que implican el movimiento de toda o parte de la máquina para corrección de la posición y con ello la fuerza. Un ejemplo de esta técnica lo encontramos descrito en la Patente US201 10079339 "Técnicas de control, sistemas y métodos de control de la fuerza en un electromandrino para soldadura por fricción". Se han intentado otras técnicas, como la descrita en la Patente US8164021 "Soldadura por fricción eléctricamente asistida" que realiza una medida mediante un circuito resistivo creado entre el electromandrino y el material a soldar, o la Patente CN101929892 "Sistema de test online para soldadura por fricción" que mide la fuerza mediante medida de temperatura y detección de vibraciones.
Asimismo ha habido algún intento de intercalar un sensor de fuerza entre el electromandrino y la herramienta de soldadura, por su parte inferior, pero ello obliga a un eje de giro más largo, lo cual implica menor rigidez durante la soldadura que origina una importante pérdida de precisión, no siendo de aplicación práctica.
Hay que hacer notar, además, que los electromandrinos utilizados actualmente para soldadura por fricción disponen de herramienta únicamente para ese uso, no siendo posible otra aplicación.
Descripción de la invención
Para solventar la problemática existente en la actualidad acerca de la regulación de la altura para compensar las irregularidades de las superficies se ha ideado el electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones objeto de la presente invención, el cual integra en el cuerpo del electromandrino un sensor de fuerza, relacionado con la herramienta mediante un eje interno desplazable axialmente, y que, mediante un actuador electromecánico, permite regular en tiempo real y de manera local la altura de la herramienta sobre el material a soldar, consiguiendo mantener una fuerza constante que origina una soldadura sin imperfecciones.
Este eje interno desplazable axialmente se encuentra ubicado de forma coaxial en el interior del eje de giro solidario con el rotor del motor del electromandrino.
El sensor de fuerza se encuentra ubicado en la parte del electromandrino opuesta a la herramienta, no obligando a alargar su eje de giro y eliminando los problemas de falta de rigidez.
Además el electromandrino dispone de un amarrador de herramientas que permite el cambio automático de las mismas posibilitando su utilización y compatibilidad para otras funciones como la de mecanizado además de la soldadura por fricción, por ejemplo fresado.
Ventajas de la invención
Este electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad, siendo la más importante la que permite conseguir una corrección de la altura en función de la fuerza, de manera automática en el propio electromandrino, con mucha mayor precisión y rapidez, consiguiendo una soldadura más uniforme y sin irregularidades.
Otra importante ventaja es la integración del sistema de control en el electromandrino haciendo así independiente el control de altura de la máquina de soldadura por fricción. Con este control de altura y una sensorización interna se consigue hacer una regulación dinámica de la fuerza aplicada durante el proceso de soldadura.
Es importante destacar la mejora en el control de la corrección de posición de la punta de la herramienta que se obtiene al ser un control local y unidireccional exactamente en la dirección de la herramienta.
También es importante citar la mejora de la velocidad de corrección de la posición de la herramienta, ya que al ser únicamente movido el eje del electromandrino, puede reducirse la masa móvil y por lo tanto conseguir una dinámica mucho mayor. Hay que destacar también que al introducir un sensor dentro del propio electromandrino se consigue poder controlar la fuerza exactamente en la zona de aplicación de la misma.
Otra importante ventaja consiste en conseguir combinar el sistema de control de altura con un sistema de cambio rápido de herramienta para mantener el concepto industrial del sistema.
Destacar asimismo la mejora en la compensación de fuerza que se consigue y por lo tanto en el proceso, por lo que la incorporación de un sensor de fuerza integrado en el electromandrino propicia un aumento de velocidad de trabajo y de control del proceso, con la consecuente mejora en la rentabilidad económica de su aplicación industrial. Descripción de las figuras
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado una realización práctica preferencial de un electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones . En dicho plano la figura -1 - muestra una vista esquemática simplificada de los elementos del electromandrino, con el portaherramientas montado.
La figura -2- muestra una vista esquemática simplificada de los elementos del electromandrino, con el portaherramientas desmontado.
La figura -3- muestra una vista lateral de un ejemplo de actuador electromecánico (9) formado por un motor y tres husillos conectados mediante correas.
La figura -4- muestra un detalle de una vista superior de un ejemplo de actuador electromecánico (9) formado por un motor y tres husillos conectados mediante correas.
Realización preferente de la invención
El electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones objeto de la presente invención, comprende básicamente, como puede apreciarse en el plano anexo, en el cuerpo (1 ) del electromandrino, un eje (3) de giro solidario con el rotor (1 1 ) que junto con el estator (12), conforman el motor de giro del electromandrino, disponiendo este eje (3) de giro de un portaherramientas (2), intercambiable mediante un amarrador (10) automático, y estando asimismo dotado el eje (3) de un desplazamiento axial respecto al rotor (1 1 ) que lo relaciona con un sensor de fuerza (7) ubicado en la parte opuesta al portaherramientas (2) y sujeto a un sistema electromecánico axial (9)
Asimismo comprende un circuito de control (8) asociado al sensor de fuerza (7) que a su vez regula en tiempo real, mediante un sistema electromecánico axial (9), el eje (3) sobre el material a soldar.
El sistema electromecánico axial (9) está formado, de manera preferente, por al menos un motor (13) que mediante una correa principal (14) y una correa secundaria (15) transmite el giro a varias poleas (16) que a su vez, mediante unos husillos (17) desplazan axialmente el eje (3) del electromandrino. El número de husillos (17) será preferentemente de tres, para facilitar un suave y preciso desplazamiento axial del electromandrino.
Está previsto que, de forma alternativa, el sistema electromecánico (9) pueda estar formado por al menos un motor y uno o varios husillos, o bien realizado mediante un actuador electromecánico (9) de tipo piezoeléctrico.
El movimiento axial del eje (3) giratorio respecto del rotor (1 1 ) giratorio se consigue mediante una jaula de elementos rodantes o bien mediante casquillos de ajuste interpuestos entre ambos.
Este electromandrino para soldadura por fricción comporta un procedimiento de soldadura por fricción formado por una primera fase de colocación de la herramienta, seguido de una segunda fase de introducción de la herramienta en material, seguida de una tercera fase de soldadura con regulación automática de la fuerza.
La primera fase de colocación consiste en el enganche automático en el amarrador (10) de un portaherramientas (2) dotado de herramienta (5) cilindrica con pin (6). La segunda fase de introducción consiste en el giro conjunto a altas revoluciones del rotor (1 1 ), el eje (3), el eje (4), y a través del amarrador (8), de la herramienta (5) cilindrica con pin (6), apoyando el pin (6) sobre la unión de los matenales a soldar hasta que se produzca la fusión del material, quedando el pin (6) girando enterrado en el material.
La tercera fase de soldadura consiste, sin cesar las revoluciones, en el avance 5 longitudinal del electromandrino a lo largo de la línea de unión de los materiales, propiciado por la máquina asociada al electromandrino, con una regulación automática de la fuerza en el electromandrino realizada mediante el sistema electromecánico axial (9) en función de las señales provenientes del circuito de control (8) que mide de manera continua la fuerza aplicada en la herramienta (5) i o mediante el desplazamiento axial del eje (3) en función de las irregularidades de la superficie a soldar y su medida mediante el sensor de fuerza (7).

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, caracterizado por comprender en el cuerpo (1 ) del electromandrino, un eje (3) de giro solidario en rotación con el rotor (1 1 ) que, junto con el estator (12), conforman el motor de giro del electromandrino, disponiendo este eje (3) de giro de un portaherramientas (2), intercambiable mediante un amarrador (10) automático, y estando asimismo dotado el eje (3) de giro de un desplazamiento axial respecto al rotor (1 1 ) que lo relaciona con un sensor de fuerza (7), siendo dicho sensor de fuerza solidario a un sistema electromecánico axial (9) que controla la posición del eje (3) de giro axialmente mediante el sensor de fuerza (7) solidario al eje (3) así como a la herramienta (2), para la corrección de la posición y fuerza axial en el proceso de trabajo.
2 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende un circuito de control (8) asociado al sensor de fuerza (7) que a su vez regula en tiempo real, mediante un sistema electromecánico (9), la altura del eje (3) con el correspondiente portaherramientas sobre el material a soldar.
3 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema electromecánico axial (9) comprende al menos un motor (13) que mediante una correa principal (14) y una correa secundaria (15) transmite el giro a varias poleas (16) que a su vez, mediante unos husillos (17) desplazan axialmente el cuerpo (1 ) del electromandrino.
4 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema electromecánico axial (9) comprende al menos un motor y uno o varios husillos.
5 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema electromecánico axial (9) comprende al menos un motor lineal.
6 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema electromecánico axial (9) comprende al menos un motor y una o varias cremalleras. 7 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema electromecánico axial (9) es de tipo piezoeléctrico.
8 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sensor de fuerza (7) axial solidario al eje (3) es un dispositivo piezoeléctrico.
9 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sensor de fuerza (7) axial solidario al eje (3) es un dispositivo con células de carga.
10 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , en el que el movimiento axial del eje (3) giratorio respecto del rotor (1 1 ) giratorio se consigue a través de elementos rodantes. 1 1 - Electromandrino con control de fuerza axial para soldadura por fricción y otras aplicaciones, según la reivindicación 1 , en el que el movimiento axial del eje (3) giratorio respecto del rotor (1 1 ) giratorio se consigue a través de casquillos de ajuste.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160005709A1 (en) * 2013-12-17 2016-01-07 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Methods of operating bonding machines for bonding semiconductor elements, and bonding machines
US20240293889A1 (en) * 2021-02-08 2024-09-05 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir tool control method and friction stir device

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014208989A1 (de) 2014-05-13 2015-11-19 Deprag Schulz Gmbh U. Co Verfahren zum Direktverschrauben von Bauteilen, insbesondere zum Fließlochschrauben sowie Vorrichtung zum Direktverschrauben von Bauteilen
DE102015105338A1 (de) * 2015-04-08 2016-10-27 Lti Motion Gmbh Werkzeugantrieb mit Spindelwelle und Betriebsverfahren
CN107755875A (zh) * 2016-08-23 2018-03-06 南京航空航天大学 一种摩擦塞焊的焊接设备
DE102017213717A1 (de) * 2017-08-07 2019-02-07 Lufthansa Technik Ag Bearbeitungsvorrichtung für ein Luftfahrzeug
AT522421A1 (de) * 2019-02-25 2020-10-15 Stirtec Gmbh Verfahren zum Fügen oder Zerspanen sowie Vorrichtung hierzu
CN110193657A (zh) * 2019-05-06 2019-09-03 上海发那科机器人有限公司 一种适用于工业机器人的两自由度摩擦焊主轴机构
US11698309B2 (en) 2020-03-05 2023-07-11 Delta Electronics, Inc. Linear actuator

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000002704A1 (en) * 1998-07-09 2000-01-20 Mts Systems Corporation Control system for friction stir welding
US6497355B1 (en) * 1999-10-13 2002-12-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration System for controlling the stirring pin of a friction stir welding apparatus
EP2168708A2 (en) * 2008-09-25 2010-03-31 EMBRAER - Empresa Brasileira de Aeronáutica S.A. Friction stir welding spindle downforce and other control techniques, systems and methods
CN101929892A (zh) 2010-09-26 2010-12-29 南京航空航天大学 搅拌摩擦焊在线测试系统
US20110079339A1 (en) 2008-09-25 2011-04-07 Embraer-Empresa Brasileira De Aeronautica S.A. Friction stir welding spindle downforce and other control techniques, systems and methods
WO2012019210A1 (de) 2010-08-11 2012-02-16 Stirzone Og Vorrichtung zum reibrührschweissen
US8141764B1 (en) 2010-04-06 2012-03-27 United Launch Alliance, Llc Friction stir welding apparatus, system and method
US8164021B1 (en) 2008-03-31 2012-04-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electrically assisted friction stir welding

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4025610A1 (de) * 1990-08-13 1992-02-20 Fortuna Werke Maschf Ag Hochgeschwindigkeits- bohr- oder fraesspindel
JP2002066763A (ja) * 2000-09-01 2002-03-05 Honda Motor Co Ltd 摩擦撹拌接合装置
JP3763734B2 (ja) * 2000-10-27 2006-04-05 株式会社日立製作所 パネル部材の加工方法
JP4050478B2 (ja) * 2001-03-29 2008-02-20 マツダ株式会社 摩擦撹拌を用いた加工制御方法、並びに当該方法を実行するコンピュータプログラム並びに当該コンピュータプログラムを格納した記憶媒体
US6732900B2 (en) * 2002-04-02 2004-05-11 Mts Systems Corporation Friction stir welding spindle with axially displaceable spindle shaft
DE10229134A1 (de) * 2002-06-28 2004-01-29 Grohmann, Boris Andreas, Dr. Vorrichtung und Verfahren zur Werkstückbearbeitung mit rotierenden Werkzeugen
DE102004034498A1 (de) * 2004-07-16 2006-02-16 Ejot Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Reibschweißen von Bauteilen
US7843095B2 (en) * 2005-08-19 2010-11-30 The Timken Company Friction drive spindle unit
JP2007216328A (ja) * 2006-02-15 2007-08-30 Nsk Ltd 主軸装置
EP1992436B1 (de) * 2007-05-15 2009-09-16 Hüller Hille GmbH Motorbetriebene Arbeits-Spindel für eine Werkzeug-Maschine
JP4989503B2 (ja) * 2008-02-12 2012-08-01 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造、摩擦撹拌接合装置、及び摩擦撹拌接合設備
US20090294511A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Vanderbilt University Lateral position detection for friction stir systems
US8052034B2 (en) * 2008-05-30 2011-11-08 Vanderbilt University Lateral position detection and control for friction stir systems
DE102009038697A1 (de) * 2009-08-24 2011-03-17 Ejot Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Platten
US8052029B1 (en) * 2010-09-01 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC Method of calibrating a friction stir spot welding system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000002704A1 (en) * 1998-07-09 2000-01-20 Mts Systems Corporation Control system for friction stir welding
US6497355B1 (en) * 1999-10-13 2002-12-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration System for controlling the stirring pin of a friction stir welding apparatus
US8164021B1 (en) 2008-03-31 2012-04-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electrically assisted friction stir welding
EP2168708A2 (en) * 2008-09-25 2010-03-31 EMBRAER - Empresa Brasileira de Aeronáutica S.A. Friction stir welding spindle downforce and other control techniques, systems and methods
US20110079339A1 (en) 2008-09-25 2011-04-07 Embraer-Empresa Brasileira De Aeronautica S.A. Friction stir welding spindle downforce and other control techniques, systems and methods
US8141764B1 (en) 2010-04-06 2012-03-27 United Launch Alliance, Llc Friction stir welding apparatus, system and method
WO2012019210A1 (de) 2010-08-11 2012-02-16 Stirzone Og Vorrichtung zum reibrührschweissen
CN101929892A (zh) 2010-09-26 2010-12-29 南京航空航天大学 搅拌摩擦焊在线测试系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2851153A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160005709A1 (en) * 2013-12-17 2016-01-07 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Methods of operating bonding machines for bonding semiconductor elements, and bonding machines
US9478516B2 (en) * 2013-12-17 2016-10-25 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Methods of operating bonding machines for bonding semiconductor elements, and bonding machines
US20240293889A1 (en) * 2021-02-08 2024-09-05 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir tool control method and friction stir device
US12370621B2 (en) * 2021-02-08 2025-07-29 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir tool control method and friction stir device

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Publication number Publication date
PT2851153T (pt) 2017-11-02
BR112014028314B1 (pt) 2019-01-02
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BR112014028314A2 (pt) 2017-06-27

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