ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ФРИКЦИОННОЙ ДИСКОВОЙ СВАРКИ

Область техники
Полезная модель относится к технологическим процессам сварки, более конкретно к области сварки трением (фрикционной сварки), и может использоваться в различных областях машиностроения и строительства для создания соединений большой протяженности из разнородных материалов, преимущественно алюминиевых сплавов и сталей, а также других конструкционных материалов.
Уровень техники
Известен способ сварки трением (патент РФ №2173619 С1 от 2001 г. - прототип) по которому дисковый инструмент, вращающийся вокруг своей оси, погружают через прорезь обжимающего шов дополнительного устройства в стык соединяемых деталей - прототип. При трении вращающегося инструмента (диска) о материал заготовок последний пластифицируется и переносится в зону позади инструмента, где формируется сварной шов.
Также известен способ и устройство для сварки трением (патент Украины №69459 С2 от 2004 г.), где сварка производится дисковым инструментом с ребордами. Предлагаемый инструмент имеет форму диска состоящего из ступицы и тонкого рабочего обода. При этом как рабочий обод, так и внешняя поверхность ступицы участвуют в процессе трения. Такая конструкция инструмента позволяет несколько уменьшить зону сварки.
Известен способ фрикционной сварки вращающимся дисковым инструментом (Патент РФ №2314902 от 2008 г.), по которому сварка производится с обжатием соединяемых кромок путем прокатки околошовной зоны свободно вращающимися валками, установленными по обеим сторонам от гладкого дискового инструмента. При этом возможно размещение валков на отдельных оправках позади дискового инструмента с целью прокатки не только околошовной зоны, но и самого шва с заданным рельефом контактной поверхности.
Общим недостатком описанных способов является значительное выделение теплоты при трении боковых поверхностей дискового инструмента о заготовки. Тепловыделение на этих поверхностях никак не способствует улучшению процесса сварки, т.к. они находятся на удалении от непосредственно зоны сварки. В то же время выделение тепла на боковых поверхностях дискового инструмента приводит к дополнительному нагреву заготовок и, следовательно, к увеличению остаточных напряжений и деформаций в сварном соединении.
Сущность полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции дискового инструмента, обеспечивающей локализацию тепла в зоне сварки и устранение возможности перегрева инструмента и соединяемых деталей, а также снижение остаточных напряжений и деформации в соединении при сварке различных конструкционных материалов толщиной более 2 мм.
Поставленная задача решается тем, что инструмент имеет конструкцию диска толщиной S и диаметром D, включающего в себя три части (фиг.1, фиг.2): 1 - рабочую кромку, 2 - кольцевую выемку, 3 - несущую часть. При этом глубина кольцевой выемки составляет a=0,1·S÷0,2·S, но не более 0,5 мм. Рабочая кромка инструмента имеет высоту b=0,9·S÷1,1·S. Ширина кольцевой выемки c=0,1·D÷0,2·D.
Такая конструктивная особенность инструмента предотвращает паразитное трение боковой поверхности диска о заготовки и, следовательно, тепло выделяется только на поверхности инструмента, расположенной вблизи зоны сварки на периферии дискового инструмента.
Предлагаемый способ поясняется рисунками, на которых:
Фиг.1 - показывает внешний вид предлагаемого дискового инструмента;
Фиг.2 - показывает поперечное сечение предлагаемого дискового инструмента;
Фиг.3 - осуществление сварки с помощью предлагаемого инструмента. Обозначения на чертежах:
1 - рабочая кромка диска;
2 - кольцевая выемка;
3 - несущая часть диска;
4 и 4' - соединяемые заготовки;
5 - дисковый инструмент;
w - скорость вращения дискового инструмента;
D - диаметр дискового инструмента;
S - толщина рабочей кромки и несущей части дискового инструмента;
a - глубина занижения кольцевой выемки относительно рабочей части инструмента;
b - высота рабочей части дискового инструмента;
c - ширина кольцевой выемки дискового инструмента.
Осуществление полезной модели.
В соответствии с полезной моделью, инструмент для фрикционной дисковой сварки выполнен в виде диска с толщиной S и диаметром D,
Диск имеет полотно, заданной толщины с несущей частью 3, снабженную посадочным отверстием, и рабочей кромкой 1, выполненной по периферии диска (См. фиг.1, фиг.2).
Полотно диска выполнено с двусторонними симметричными кольцевыми выемками - 2, расположенными между рабочей кромкой и несущей частью диска.
При этом глубина кольцевой выемки составляет a=0,1·S÷0,2·S, но не более 0,5 мм, ширина кольцевой выемки составляет c=0,1·D÷0,2·D., a рабочая кромка инструмента имеет высоту b=0,9·S÷1,1·S, где D - внешний диаметр диска, а S - толщина диска.
Инструмент предлагаемой конструкции используется также как и обыкновенный дисковый инструмент и может применяться как для выполнения фрикционной дисковой сварки, так и для выполнения комбинированной фрикционной сварки:
д
д
д
д
д
Заготовки 4 и 4' (фиг.3) собираются под сварку или непосредственно на каретке станка и прижимаются к ней стандартными болтами-молоточками или в сборочно-сварочном приспособлении с прижимными планками, жестко закрепленном на каретке станка. В стык между свариваемыми заготовками погружают на глубину h вращающийся со скоростью ω(200÷1500 об/мин) дисковый инструмент 5, включающий в себя три части: 1 - рабочую кромку; 2 - кольцевую выемку и 3 - несущую часть с размерами, описанными выше. После этого инструмент 5, продолжая вращать, перемещают со скоростью V(100÷2000 мм/мин) вдоль линии стыка свариваемых заготовок при трении торца инструмента о заготовки выделяется тепло. Соединяемые заготовки нагреваются, их материал пластифицируется, после чего они соединяются между собой вращающимся дисковым инструментом. При этом большая скорость вращения ω, меньшая скорость сварки V применяются для сварки материалов с относительно высокой температурой пластификации и наоборот.
Технико-экономические преимущества предлагаемой полезной модели:
1. Предлагаемая конструкция инструмента позволит уменьшить остаточные напряжения и деформации путем снижения тепловложения в процессе сварки;
2. Улучшается формирование шва за счет более концентрированного источника нагрева, приближенного непосредственно к зоне сварки.