Инструмент для фрикционной дисковой сварки
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. 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.
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:
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 hд вращающийся со скоростью 
д(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 Vд(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 д, меньшая скорость сварки Vд 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.
Инструмент для фрикционной дисковой сварки, выполненный в виде диска, включающего полотно диска заданной толщины с несущей частью, снабженной посадочным отверстием, и рабочей кромкой, выполненной по периферии диска, отличающийся тем, что полотно диска выполнено с двусторонними симметричными кольцевыми выемками, расположенными между рабочей кромкой и несущей частью диска, при этом глубина кольцевой выемки составляет a=0,1·S÷0,2·S, причем не более 0,5 мм, ширина кольцевой выемки составляет c=0,1·D÷0,2·D, а рабочая кромка инструмента имеет высоту b=0,9·S÷1,1·S, где D - внешний диаметр диска, a S - толщина полотна диска.
