專利名稱：用于摩擦焊接接合的固定元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固定元件，其具有形成摩擦表面的同心端面，并在端面上 還具有多個(gè)徑向取向的脊，所述摩擦表面用于通過由固定元件向平坦部件 施加的旋轉(zhuǎn)力及軸向力而摩擦焊接接合至該部件。
背景技術(shù)：
在設(shè)計(jì)成如DE 201 09 359 Ul中描述的輕質(zhì)金屬螺栓的固定元件中， 螺栓的同心端面已經(jīng)設(shè)置有用于摩擦焊接的徑向取向的脊，這些脊起星形 切割邊緣的作用，并且因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)，能夠機(jī)械地切割通過形成在金屬板 上的氧化層，由此可在輕質(zhì)金屬螺栓與鋁板之間形成穩(wěn)固的摩擦焊接接 合。根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，被設(shè)計(jì)為銑軋刀具狀切割邊緣的脊將存在于板上 的氧化層與因摩擦焊接處理而塑化的材料一起向外輸送離開環(huán)形脊中的接 合區(qū)域。由此，作為污染物的氧化物與塑化的螺栓材料混合在一起，并向 外輸送至環(huán)形脊，在該位置，滲入污染物的螺栓材料對(duì)環(huán)形脊形式的螺栓 焊接接合部而言影響穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)際的接合區(qū)域?qū)τ谠诼菟ǘ嗣娴膮^(qū)域 中的螺栓焊接接合而言不對(duì)任何螺栓材料進(jìn)行處置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對(duì)上述在其端面上設(shè)置有多個(gè)徑向取向脊的固定元 件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得一方面在摩擦焊接過程中安全地去除污染物，但另一方 面優(yōu)選地利用固定元件以及將固定至其的部件的被塑化的材料來形成摩擦 焊接接合。根據(jù)本發(fā)明，通過以下設(shè)置實(shí)現(xiàn)了上述目的，即通過引入摩擦 表面內(nèi)的前側(cè)槽來對(duì)脊進(jìn)行限界，脊僅在軸向上略微高出摩擦表面，并設(shè) 置有刮擦表面，刮擦表面在摩擦焊接處理過程中將廢料推入前側(cè)槽中。
在固定元件的端面上，在各個(gè)脊的前側(cè)形成前側(cè)槽，使得將前側(cè)槽引入摩擦表面內(nèi)，并且脊僅在軸向上略高于摩擦表面，使得刮擦表面首先刮 去污染物(具體如氧化物)，其在摩擦焊接過程中被脊推入前側(cè)槽，但因 為脊略高于摩擦表面，故其在焊接螺栓的過程中會(huì)迅速磨損，由此固定元 件的摩擦表面會(huì)非常迅速地與部件表面發(fā)生直接接觸，非常迅速地導(dǎo)致摩 擦動(dòng)作，由此使固定元件及部件兩者的材料塑化，實(shí)際上所有這些材料都 可隨后用于在固定元件的整個(gè)端面上形成摩擦焊接接合。由此，基于給定 的尺寸，在固定元件與部件之間形成極為穩(wěn)固的接合，其也可在自動(dòng)制造 處于中迅速完成。在設(shè)計(jì)摩擦表面時(shí)，也可通過由前側(cè)槽及后側(cè)槽在旋轉(zhuǎn) 方向上的兩側(cè)對(duì)各個(gè)脊進(jìn)行限界，使被摩擦表面刮去的相關(guān)脊的殘余材料 通過塑性變形被推入后側(cè)槽。除了前側(cè)槽之外，通過還設(shè)置后側(cè)槽，使得 后側(cè)槽也可容納在摩擦焊接過程中被刮去的相關(guān)脊的殘余材料，由此殘余 材料不會(huì)被推入摩擦焊接接頭，否則會(huì)導(dǎo)致問題。在摩擦表面上具有前側(cè) 槽及后側(cè)槽的固定元件的設(shè)計(jì)還使得能夠沿任一方向來旋轉(zhuǎn)固定元件以進(jìn) 行摩擦焊接。
可以基于平坦部件的材料來適當(dāng)?shù)剡x擇脊的設(shè)計(jì)。如果平坦部件是鋼 部件，則在刮擦表面上的任一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置鋒利邊緣對(duì)于去除氧化物而言 是有利的。就相關(guān)固定元件的制造工程而言，兩側(cè)的鋒利邊緣是非常有利 的。但是，如果使用相對(duì)柔軟的材料(例如鋁)作為平坦部件，則設(shè)置與 脊匯合的被倒圓的刮擦表面就己足夠。
為了容納因摩擦焊接處理而產(chǎn)生的磨損材料(其也沿徑向向外行 進(jìn))，在端面的外側(cè)區(qū)域中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置同心周向環(huán)形槽。該環(huán)形槽可方便 地容納在脊的前側(cè)被沿徑向推動(dòng)的材料。在已經(jīng)完全焊接上固定元件之 后，環(huán)形槽在外側(cè)被徑向密封，由此被推入環(huán)形槽內(nèi)的材料被安全地封 閉，而不會(huì)造成任何污染。
固定元件自身可被具體設(shè)計(jì)為螺栓；但為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，也可
使用螺母作為固定元件。
固定元件的摩擦表面可形成為具有錐角a=160度至178度的平錐面。 如果使用凸錐面，則具有以下優(yōu)點(diǎn)，即通過施加極高的壓力，在摩擦焊接 處理過程中，摩擦表面首先通過其錐面尖端與部件發(fā)生接觸，當(dāng)兩個(gè)部件要接合熔化時(shí)錐面向外流動(dòng)，由此逐漸覆蓋整個(gè)摩擦表面。但是，也可設(shè) 計(jì)凹摩擦表面作為平錐面。在此情況下，當(dāng)固定元件壓靠部件時(shí)，摩擦表 面的外邊緣首先進(jìn)行接觸，然后摩擦表面在摩擦焊接處理過程中使塑化材 料陷入其內(nèi)部而不允許其散逸至外部。


在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中
圖la示出了設(shè)計(jì)成螺栓的固定元件的立體圖，其在摩擦表面上具有三 個(gè)徑向脊，每個(gè)脊都具有一個(gè)前側(cè)槽；
圖lb示出了圖la中視圖的一部分，使圖la中脊的設(shè)計(jì)更明晰；
圖2示出了設(shè)計(jì)作為固定元件的螺栓，其包括在兩側(cè)被槽(即，前側(cè)
槽及后側(cè)槽)包圍的三個(gè)脊；
圖3示出了與圖la類似的螺栓，其包括額外的同心周向環(huán)形槽；
圖4示出了沿圖1中的剖面線IV-IV所取的剖視圖，為摩擦表面及刮
擦表面兩者均設(shè)置了共軸錐面及a^l60度至178度的錐角；
圖5示出了與圖4類似的剖視圖，但在該固定元件中，摩擦表面及刮
擦表面均為平坦式設(shè)計(jì)；
圖6示出了與圖4類似的設(shè)計(jì)，但其具有錐狀摩擦表面及平坦刮擦表
面；
圖7示出了設(shè)計(jì)成螺母的固定元件；
圖8示出了沿圖7中的剖面線vm-vm所取的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖la示出了設(shè)計(jì)成螺栓的固定元件1，其具有桿2及螺栓頭部3，在 此示例中頭部3被設(shè)計(jì)成六角形以卡入驅(qū)動(dòng)元件。頭部3在面向背離桿2 的一側(cè)具有被設(shè)計(jì)成摩擦表面4的端面。沿徑向向外延伸的三個(gè)脊5、 6 及7從摩擦表面突起，對(duì)于繪出旋轉(zhuǎn)箭頭所示的旋轉(zhuǎn)方向(即，在順時(shí)針 方向上)，在各個(gè)脊的前側(cè)設(shè)置前側(cè)槽8及9 (IO不可見)設(shè)置，這些槽 在旋轉(zhuǎn)方向上對(duì)脊5、 6及7進(jìn)行限界。脊5、 6及7略高于摩擦表面4，并分別在其背離摩擦表面4的一側(cè)具有刮擦表面(見圖la中的脊5)，圖 lb更清楚地顯示出刮擦表面，將在以下進(jìn)行更詳細(xì)的描述。脊5、 6及7 在軸向的突起高度(即，刮擦表面11在軸向的突起高度)略小于 l.Omm。優(yōu)選地對(duì)脊5、 6及7硬化處理。
多個(gè)刮擦表面11可一起設(shè)置在平面上，但是，如圖4、 5及6所示， 其也能以共軸錐面的形式來設(shè)置(以下將結(jié)合圖4及5進(jìn)行更詳細(xì)的描 述)。固定元件1壓靠平坦部件以進(jìn)行摩擦焊接并被置于進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)首先使得因刮擦表面11與平坦部件之間的接觸而使該部件的 表面被刮擦，由此對(duì)表面進(jìn)行清潔以進(jìn)行后續(xù)的實(shí)際摩擦焊接處理。被刮 離表面的材料(例如，污染物、氧化物等)被脊5、 6及7沿旋轉(zhuǎn)方向推 動(dòng)，由此到達(dá)相鄰的前側(cè)槽8、 9及10，在該位置，被去除的材料不會(huì)干 擾后續(xù)的摩擦焊接處理。通過相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件1并使結(jié)構(gòu)構(gòu)件1壓靠 部件，在摩擦焊接過程中以公知的方式使得在一起摩擦的表面因摩擦而被 加熱，被壓在一起的部件的材料最終軟化，由此完成摩擦焊接處理。來自 脊5、 6及7的材料也被大量地推入前側(cè)槽8、 9及10，由此其不會(huì)影響摩 擦焊接接頭。
圖la所示的固定元件在其軸心具有同心孔28，脊5、 6及7和前側(cè)槽 8、 9及IO在該位置終結(jié)。
圖lb示出了圖la局部的立體圖，清楚地示出了脊5的橫截面，其在 軸向上的外側(cè)被刮擦表面11限界，并具有位于脊5的旋轉(zhuǎn)方向上的前側(cè) 的前側(cè)槽8，前側(cè)槽用于容納脊5的磨損材料及剩余材料。
圖2示出了圖1所示設(shè)計(jì)的改變示例，再次示出了被設(shè)計(jì)成具有與圖 la類似設(shè)計(jì)的螺栓的固定元件1。但是，在本實(shí)施例中，除了摩擦表面4 中的三個(gè)脊12、 13及14之外，固定元件1還具有前側(cè)槽15、 16及17以 及后側(cè)槽18、 19及20，由此相較于僅具有脊12、 13及14的設(shè)計(jì)提高了 材料容納能力，此外還使得能夠沿順時(shí)針方向及逆時(shí)針方向來安裝固定元 件l。因此，也參考圖la及圖lb進(jìn)行描述。
圖3再次示出了被設(shè)計(jì)成螺栓的固定元件1，其與圖1總體類似，但 在其摩擦表面21的區(qū)域內(nèi)具有同心周向環(huán)形槽22。該環(huán)形槽用于容納將會(huì)被脊23、 24及25沿徑向推動(dòng)的任何材料。
圖4示出了沿圖la中的剖面線IV-IV所取的剖視圖，其示出了摩擦表 面26及刮擦表面27兩者均被成形為共軸平錐面(g卩，具有a=175度的角 度的錐面)的情況，注意，該角度可處于160度至178度的范圍內(nèi)。摩擦 表面26及刮擦表面27兩者均傾斜相同的角度。因此，當(dāng)固定元件1壓靠 部件時(shí)，固定元件的端面的中央?yún)^(qū)域與部件發(fā)生接觸，首先是刮擦表面發(fā) 生此情況的接觸，隨后是摩擦表面發(fā)生此情況的接觸。當(dāng)利用該具體實(shí)施 例時(shí)，在頭部3的中心會(huì)發(fā)生磨損及摩擦焊接，隨后刮擦及摩擦焊接作用 沿著徑向向外擴(kuò)展，并擴(kuò)展到頭部3的整個(gè)端面。
圖5示出了圖4所示實(shí)施例的改變示例，刮擦表面29及摩擦表面30 相對(duì)于部件1的縱軸成直角布置。在該具體實(shí)施例中，刮擦表面29在與 部件發(fā)生接觸時(shí)在其整個(gè)長(zhǎng)度上壓靠部件，隨后摩擦表面30也與部件在 其整體表面上發(fā)生接觸。
圖6示出了圖4所示實(shí)施例的另一改變示例，刮擦表面31如圖3所示 那樣整體平坦，而摩擦表面32成形為平錐面。
對(duì)于圖4、 5及6所示的固定元件，應(yīng)當(dāng)注意，這里所示的螺栓在其 桿2上分別設(shè)置有螺紋，這僅用于表示在摩擦焊接之后，相應(yīng)的螺栓可以 自然地設(shè)置有螺紋連接，以用于擰在任何附加的部件上或用于其他目的。
圖7示出了固定元件33的立體圖，該固定元件被設(shè)計(jì)成六角形螺 母，并在其一個(gè)端面上具有摩擦表面34。與圖la所示的設(shè)計(jì)類似，三個(gè) 脊35、 36及37設(shè)置在摩擦表面34中，這些脊與在其前側(cè)設(shè)置的前側(cè)槽一 起以與圖la所示相同的方式來容納被刮離或以其他方式被去除的材料。
圖8沿剖面線VIII-VIII示出了固定元件33的剖視圖，示出在此情況 下，摩擦表面34成形為凹錐面，使得當(dāng)該固定元件布置到位時(shí)，摩擦表 面34的外邊緣首先與部件的表面發(fā)生接觸，由此使得從外向內(nèi)進(jìn)行摩擦 焊接處理。
權(quán)利要求
1.一種固定元件(1)，所述固定元件具有形成摩擦表面(4)的同心端面以用于通過由所述固定元件施加至平坦部件的旋轉(zhuǎn)力及軸向力而摩擦焊接接合至所述部件，所述固定元件還具有多個(gè)徑向脊(5、6、7)，其特征在于，所述脊(5、6、7)在旋轉(zhuǎn)方向上限界于引入所述摩擦表面(4)內(nèi)的前側(cè)槽(8、9)，所述脊(5、6、7)在軸向上僅略高于所述摩擦表面(4)，并設(shè)置有刮擦表面(11)，所述刮擦表面(11)在所述摩擦焊接處理過程中將刮掉的材料推入所述前側(cè)槽(8、9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述脊(12、 13、 14)中的每一者在旋轉(zhuǎn)方向的兩側(cè)分別限界于所述 摩擦表面(4)內(nèi)的前側(cè)槽(15、 16、 17)和后側(cè)槽，被所述摩擦表面(4)磨損的相關(guān)的所述脊的殘余材料被推入所述后側(cè)槽(18、 19、 20)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于， 所述刮擦表面(11)在一側(cè)設(shè)置有鋒利邊緣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固定元件，其特征在于， 所述脊在兩側(cè)均設(shè)置有鋒利邊緣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于， 被倒圓的所述刮擦表面與所述脊匯合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述端面在其外側(cè)區(qū)域中具有同心周向環(huán)形槽(22)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述端面設(shè)置有同心孔(28)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述固定元件被設(shè)計(jì)成螺栓(2)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述固定元件被設(shè)計(jì)成螺母(33)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于，所述摩擦表面具有平坦設(shè)計(jì)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于，所述摩擦表面(26)形成為具有錐角a^60度至178度的共軸錐面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述刮擦表面具有平坦設(shè)計(jì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述刮擦表面(27)形成具有錐角3=160度至178度的共軸錐面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固定元件，其特征在于， 所述錐面形成凸摩擦表面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固定元件，其特征在于， 所述錐面形成凹摩擦表面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的固定元件，其特征在于， 所述脊被硬化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固定元件，具有同心端面，其形成摩擦表面，用于通過由所述固定元件施加至平坦部件的旋轉(zhuǎn)力及軸向力而摩擦焊接接合至所述部件，所述固定元件還具有多個(gè)徑向脊。所述脊在旋轉(zhuǎn)方向上受到引入所述摩擦表面的前側(cè)槽的限制，所述脊沿軸向僅略高出所述摩擦表面，并設(shè)置有刮擦表面，所述刮擦表面在所述摩擦焊接處理過程中將刮掉的材料推入所述前側(cè)槽。
文檔編號(hào)B23K20/12GK101541467SQ200780035036
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者埃伯哈·克里斯特 申請(qǐng)人:Ejot合資有限公司