專利名稱：兩個相互疊置的平面部件的摩擦焊接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦焊接頭，該摩擦焊接頭包括相互疊置的多個平面部 件，該多個平面部件通過連接體結(jié)合在一起，所述連接體通過凸緣支撐在上 部部件上。
背景技術(shù)：
該種類型的摩擦焊接頭由DE 196 20 814 Al公開。通過該公知的摩擦焊 接頭，可以將相互疊置的、由同種材料(例如鋁或鋁合金)制成的兩個平面 部件結(jié)合在一起。用于該目的的摩擦焊接頭通過以下方式形成將設(shè)計為平 錐體或具有鋸齒槽的連接體的封閉前端放置在上部部件上，并在壓力作用下 通過旋轉(zhuǎn)穿入該上部部件內(nèi)。該上部部件發(fā)生塑化，并且產(chǎn)生的熔化材料將 兩個部件相互連接起來。
根據(jù)該方法，上部部件的材料在穿入該上部部件的連接體的整個橫截面 上必須被熔化或進行機械加工，但是并不清楚切屑是如何清除的。如果使得 上部部件的相關(guān)區(qū)域熔化，這需要大量的能量。因而，由該出版物公開的、 用于在相互疊置的兩個部件之間形成摩擦焊接頭的方法涉及重大的技術(shù)問 題。
在PCT公開號WO 98/04381中公開了一種用于在相互疊置的兩個薄片 之間形成摩擦焊接頭的類似方法。在該方法中，將圓沖頭用作具有徑向切割 平坦前端的摩擦件，該圓沖頭通過旋轉(zhuǎn)和壓力壓穿上部薄板，從而該上部薄 板熔化。進而，該沖頭以相對短的長度穿入下部薄板，從而下部薄板也熔化， 由此產(chǎn)生一個熔化區(qū)，該熔化區(qū)在一定程度上呈圓柱形地包圍所述沖頭，通 過該方法將兩個薄板結(jié)合在一起。然后，將所述沖頭從所述熔化區(qū)中退出。同樣，在該方法中，下部薄板的熔化材料，特別是上部薄板的相對更多 量的熔化材料流到何處，這仍然是不清楚的。無論如何，這不能從公開文件 中獲知。
已經(jīng)認識到在連接體穿透相互疊置的兩個部件中的上部部件時，必須將 因此熔化的材料以某種方式容納以避免干擾，鑒于設(shè)計相互疊置的兩個平面
部件的摩擦焊接頭的這一現(xiàn)有需要，上述認識顯然導致了 EP 1 230 062 Bl 中描述的方法的產(chǎn)生，大體上，該方法的實施類似于WO 98/04381中描述的 方法，但是，所述沖頭帶有間隙地圍繞有套筒，該套筒擠壓在上部部件上， 并用于在該套筒的內(nèi)表面和沖頭之間額外地形成有空間，當上部部件和下部 部件的材料熔化時，該上部部件和下部部件的材料可以流進該空間內(nèi)，因此， 沖頭將該材料壓入該中空空間內(nèi)至一定程度，然后，該材料從該中空空間內(nèi) 流回它之前被從中壓出的上部部件和下部部件的區(qū)域內(nèi)，從而，通過液態(tài)材 料重新填充與所述上部部件和下部部件中的沖頭穿過區(qū)域相對應的相對大 的區(qū)域，進而，該液態(tài)材料在所述上部部件和下部部件之間形成連接。
從技術(shù)的觀點來看，這是一種不容易實施的方法，在該方法中，首先需 要大量的熱量，因為僅僅使所述上部部件和下部部件的材料發(fā)生塑化并不足 以使熔化材料流動；而是，該材料必須被熔化到具有相對高的粘性，以使得 該材料能夠流入所述套筒和所述沖頭之間的環(huán)形空間內(nèi)，并進而流回該材料 之前被從中排出的空間內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是形成一種相互疊置的多個平面部件的摩擦焊接頭，其 中，在接觸區(qū)的區(qū)域內(nèi)形成集中的旋轉(zhuǎn)摩擦焊接區(qū)，所述接觸區(qū)嚴密地限制 在環(huán)繞連接體的空間內(nèi)，并且必須從相互疊置的平面部件上去除的材料可以 得以收集，從而使得在位于連接體和相互疊置的多個部件之間的摩擦焊接頭完全裝配時，該材料不會形成干擾。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過以下方式實現(xiàn)所述連接體設(shè)計為管件，并且 所述上部部件由前端具有環(huán)形刀刃的所述連接體通過旋轉(zhuǎn)和壓力而穿入，其 中，在通過所述連接體的前端穿透所述上部部件并將該上部部件的切除材料 容納在該連接體的中空空間中后，該連接體與所述下部部件一起形成摩擦焊 接區(qū)，該摩擦焊接區(qū)通過所述連接體的旋轉(zhuǎn)和壓力而產(chǎn)生。
由于將所述連接體設(shè)計為管件，因此所述連接體內(nèi)的中空空間形成為用 于容納來自平面部件的材料，這些材料在所述連接體受到壓力作用并旋轉(zhuǎn)時 必須從連接體上去除，以在所述管狀連接體的前端區(qū)域內(nèi)最終形成必需的摩 擦焊接區(qū)。將所述連接體設(shè)計為管件使得能夠?qū)⒃摴芗那岸擞米鳝h(huán)形刀 刃，該環(huán)形刀刃僅需在與所述平面部件接觸的相對狹窄的區(qū)域內(nèi)從所述平面 部件上去除僅僅是相對小量的材料并使該相對小量的材料塑化，這對于提供 用于加熱材料的必需的能量是重要的。連接于所述連接體的凸緣用于將所述 平面部件固定到一起，并且該連接體通過該凸緣支撐在所述上部部件上，并 將該上部部件壓靠在下部部件上，該下部部件通過所述摩擦焊接區(qū)連接于所 述連接體的前端和所述上部部件的下邊緣，從而在相互疊置的平面部件之間 形成持久、耐用的連接。這可以優(yōu)選地包括相互疊置的兩個部件，同時，也 可以通過該方式將多個平面部件相互連接。
當將所述連接體設(shè)計為中空螺栓時可以形成所述連接體的適當?shù)脑O(shè)計。 但是，也可以將所述連接體設(shè)計為螺母。
所述上部部件可以優(yōu)選由輕金屬制成。但是，該上部部件也可以設(shè)計為 由塑料制成。
所述下部部件可以具有相似的選擇，可以由例如金屬或塑料制成。 所述連接體采用的材料也具有多種選擇。優(yōu)選實施方式是，所述連接體 由金屬制成。但是，所述連接體也可以設(shè)計為由塑料制成。為了優(yōu)化設(shè)計通過旋轉(zhuǎn)和壓力穿入相互疊置的平面部件內(nèi)的所述連接 體的環(huán)形刀刃，有關(guān)該環(huán)形刀刃的功能，優(yōu)選地，在設(shè)計成管件的連接體上， 所述管件設(shè)置有鋒利的外邊緣，該管件的前端以漏斗的形狀與所述中空空間 結(jié)合，所述漏斗使得更容易容納來自于所述平面部件的熔化材料。
所述外邊緣可以具有刀刃形式的封閉外周，同時，所述外邊緣上還可以 設(shè)置有齒。
為了在所述上部部件的方向上使凸緣具有所需要的持續(xù)預張力，在所述 凸緣和所述上部部件之間適當?shù)卦O(shè)置有對所述上部部件施加壓力的彈簧件。 為使得彈簧件具有所需要的預張力，在形成旋轉(zhuǎn)摩擦焊接區(qū)后，所述凸緣在 靜止狀態(tài)下對所述上部部件施加壓力。這可以在所述連接體處于靜止狀態(tài) 時，通過在所述凸緣上施加軸向壓縮力來適當?shù)貙崿F(xiàn)。
為防止來自于所述平面部件的烙化材料沿所述凸緣的方向流出并環(huán)繞 所述管件自行流到外部，所述凸緣的面向所述上部部件的一側(cè)上適當?shù)卦O(shè) 置有環(huán)形隆起，該環(huán)形隆起在一定程度上起到在徑向方向上對外部密封的 作用。由于所形成的高表面壓力，所述環(huán)形隆起被壓入所述上部部件內(nèi)。


附圖中顯示本發(fā)明的典型實施方式，其中 圖1顯示設(shè)計為中空螺栓的連接體；
圖2顯示兩個平面部件之間的摩擦焊接頭，該兩個平面部件通過根據(jù)圖 1的連接體結(jié)合在一起；
圖3顯示根據(jù)圖1的連接體的一種變型，其中螺栓設(shè)置有外螺紋； 圖4顯示設(shè)計為螺母的連接體； 圖5顯示具有彈簧件的連接體； 圖6顯示凸緣上具有環(huán)形隆起(ridge)的連接體。
具體實施例方式
圖1顯示連接體1，該連接體1被設(shè)計為管狀的中空螺栓，該連接體1
包括管件2，該管件2的前端3設(shè)置有環(huán)形刀刃4。管件2的材料從環(huán)形刀 刃4開始，以漏斗5的形式與連接體1的中空空間6結(jié)合。
連接體1具有位于前端3的相對側(cè)的凸緣7，該凸緣7被繪制為部分剖 視，并且該凸緣7在其背向前端3的一側(cè)與六角體8結(jié)合。六角體8用來容 納于旋轉(zhuǎn)機器的任意類型的卡盤中。
圖2顯示摩擦焊接頭，該摩擦焊接頭包括根據(jù)圖1的連接體。該圖顯示 相互疊置的兩個平面部件，即上部部件9和下部部件10，該上部部件9和下 部部件IO相互貼靠。通過連接體1的旋轉(zhuǎn)和壓力，管件2已經(jīng)穿入上部部 件9，直至到達下部部件10，這使得排出的材料11被從上部部件9壓出并 進入管件2內(nèi)的中空空間6中。從而，在最終的摩擦焊接頭中，因為摩擦焊 接區(qū)12已經(jīng)在管件2的前端形成并將部件IO可靠地固定于連接體1，因此 該排出的材料11被可靠地容納在管件2中，并且不能從管件2中離開。該 摩擦焊接區(qū)12與排出的材料11至少在表面上結(jié)合，并將該排出的材料11 固定在適當?shù)奈恢谩Ｔ谶B接體1的另一側(cè)，連接體1將其凸緣7壓靠在上部 部件9上，從而使得上部部件9在一定程度上被夾緊在凸緣7和下部部件10 之間。另外，可以用三個或多個平面部件來代替兩個部件9， 10，該三個或 多個平面部件也可以設(shè)置有該連接體。
此外，還可以使用圖3所示的連接體來代替根據(jù)圖1的連接體，在該情 形中，圖3所示的連接體由中空螺栓13形成。在該中空螺栓13上切削形成 有螺紋14，該螺紋14使得能夠通過任何螺母將另外的部件連接于該中空螺 栓13上。該中空螺栓13具有通孔15，該通孔15在前端3 (對應于根據(jù)圖1 的前端3)的區(qū)域內(nèi)設(shè)計成類似于中空空間6，而在螺紋14的區(qū)域內(nèi)則具有 較狹窄的通孔15，該較狹窄的通孔15終止于中空螺栓13的背向前端3的一側(cè)的六角形插孔16中。該六角形插孔16用于容納旋轉(zhuǎn)機器的工具，通過該 旋轉(zhuǎn)機器的工具，連接體13可以旋轉(zhuǎn)并對相互疊置的平面部件施壓。有關(guān) 連接體13的功能的進一步細節(jié)，可以參考圖1和圖2的闡述。
圖4顯示連接體的另一種變型，其中，連接體為螺母17。該螺母17具 有管狀結(jié)構(gòu)，該管狀結(jié)構(gòu)意味著螺母17具有中空的貫通空間18，該中空的 貫通空間18用于容納從上部部件上切除的材料。如同使用螺母的通常情形， 連接體17設(shè)置有六角體，以被可靠地夾入驅(qū)動工具內(nèi)。
有關(guān)所述特定連接體的前端3的功能，請再次參照圖1和圖2，其中， 連接體l， 13在各自的前端3上設(shè)置有刀刃4，該刀刃4沿前端3的外邊緣 以環(huán)形方式延伸(run)，并形成有朝向內(nèi)部的漏斗5，通過該漏斗5，從上 部平面部件9上切除的材料可以被輸送到中空空間6中。
在根據(jù)圖4的形成為螺母的連接體17的實施方式中，前端20沿其外邊 緣21設(shè)置有齒22，從而，在將連接體17放置在上部部件上時，該齒22以 銑刀的方式從所述上部部件上切除材料，該材料進而以上述方式被輸送到相 應連接體的中空空間18或6中。
圖5顯示根據(jù)圖1的連接體l，其中，該根據(jù)圖5的連接體還另外設(shè)置 有碟形彈簧23。該碟形彈簧23被推置在凸緣7下方的管件2上，如圖2所 示，在有效狀態(tài)下，該碟形彈簧23用于在特定的彈簧壓力作用下對上部部 件9施加壓力，從而，即使旋轉(zhuǎn)摩擦焊接區(qū)12 (參見圖2)未能使得連接體 1貼靠在上部部件9上，該上部部件9仍然會因正處于張緊狀態(tài)的碟形彈簧 23而具有由凸緣7施加給它的壓力。
圖6顯示連接體的設(shè)計的一種變型，在該情形中，所述連接體在位于凸 緣7區(qū)域內(nèi)的朝向上部部件9的一側(cè)上還設(shè)置有環(huán)形隆起24。該環(huán)形隆起 24沿凸緣7的外邊緣連續(xù)設(shè)置，并且在該環(huán)形隆起24壓靠在上部部件9的 表面上時，該環(huán)形隆起24能夠在一定程度上形成密封，從而，當因形成摩擦焊接區(qū)12而熔化的材料沿著凸緣7的方向在管件2的外部被從部件9， 10 中擠壓出來時，該材料也將在凸緣7的下方流動，從而通過環(huán)形隆起24防 止材料流到外部。
另外，參照根據(jù)圖6的連接體1擠壓在上部部件9上，以通過環(huán)形隆起 24形成上述可靠的密封。所述擠壓動作作為一個獨立過程在所述連接體旋轉(zhuǎn) 結(jié)束時，即，在連接體處于靜止狀態(tài)時，通過將來自于旋轉(zhuǎn)工具的壓力施加 到連接體1上而適當?shù)剡M行，通過該壓力可將所述連接體1壓入所述上部部 件內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種相互疊置的多個平面部件(9，10)的摩擦焊接頭，該多個平面部件(9，10)通過連接體(1，17)結(jié)合在一起，該連接體(1，17)通過凸緣(7)支撐在上部部件(9)上，其特征在于，所述連接體(1，17)設(shè)計為管件(2)，并且所述上部部件(9)由前端具有環(huán)形刀刃(4)的所述連接體(1，17)通過旋轉(zhuǎn)和壓力而穿入，在通過所述連接體的前端(3)穿透所述上部部件(9)并將該上部部件(9)的切除材料容納在該連接體的中空空間(6)中后，該連接體與下部部件(10)一起形成摩擦焊接區(qū)(12)，該摩擦焊接區(qū)(12)通過所述連接體(1，17)的旋轉(zhuǎn)和壓力而產(chǎn)生。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所述連接體(1) 設(shè)計為中空螺栓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所述連接體(17) 設(shè)計為螺母。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述上部部件(9)由輕金屬制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述上部部件(9)由塑料制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述下部部件(10)由金屬制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述下部部件(10)由塑料制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述連接體(1， 17)由金屬制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述連接體(1， 17)由塑料制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于，所 述環(huán)形刀刃(4)由所述管件(2)的鋒利的外邊緣形成，所述管件(2)的 前端(3)從該外邊緣起以漏斗的形狀與所述中空空間(6)結(jié)合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于， 所述外邊緣以封閉的外周的形式延伸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于， 所述外邊緣具有齒(22)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于， 所述凸緣(7)通過彈簧件(23)來對所述上部部件(9)施加壓力。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于， 在形成所述摩擦焊接區(qū)(12)后，所述凸緣(7)在靜止狀態(tài)下對所述上部 部件(9)施加壓力。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的摩擦焊接頭，其特征在于， 所述凸緣(7)的面向所述上部部件(9)的一側(cè)具有環(huán)形隆起(24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相互疊置的多個平面部件的摩擦焊接頭，該多個平面部件通過連接體結(jié)合在一起，所述連接體通過凸緣支撐在上部部件上。所述連接體成形為管件，并且所述上部部件由前端具有環(huán)形刀刃的所述連接體通過旋轉(zhuǎn)和壓力而穿入，其中，在通過所述連接體的前端穿透所述上部部件并將該上部部件的切除材料容納在該連接體的中空空間中后，該連接體與所述下部部件一起形成摩擦焊接區(qū)，該摩擦焊接區(qū)通過所述連接體的旋轉(zhuǎn)和壓力而產(chǎn)生。
文檔編號B23K20/12GK101557901SQ200780042386
公開日2009年10月14日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者C·埃伯哈德, G·杜比爾, J·蒂姆, T·富克斯 申請人:伊卓特有限兩合公司