具有径向锯齿式焊接面的焊接电极以及形成和重新形成焊接面的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月11日提交的并且标题为“具有径向锯齿式焊接面的焊接电极以及形成和重新形成焊接面的方法”的美国临时专利申请序列号no.62/570,840的权益，该美国临时专利申请的全部公开内容通过参引并入本文。

本公开总体上涉及用于电阻焊接的焊接电极以及用于形成和重新形成焊接电极的焊接面的修整工具。更具体地，本公开涉及由于形成在焊接面中的径向锯齿而在焊接电极与焊接表面之间提供改良的导电性的改进的焊接电极、以及用于形成该径向锯齿的修整工具。

背景技术：

本部分提供与本公开有关的背景信息，该背景信息不一定为现有技术。

包括车辆部件比如门、行李箱盖和升降门的制造的铝点焊应用通常使用内金属板面板和外金属板面板形成。面板形成为各种形状、比如复杂的曲率，并且面板在内金属面板与外金属面板之间包括电线和/或硬件。形成的面板通常在外周边缘处具有用于附接的凸缘。内金属面板抵靠外金属面板和其他金属部分、比如工件定位以用于附接。工件定位成用于沿着凸缘形成一系列电阻焊点。组装的面板可以定位在固定基座式焊接机的焊接臂之间。组装的面板还可以处于固定位置，以用于使焊接枪围绕工件和凸缘移动以形成焊点。焊接设备对焊接电极提供焊接电流以将凸缘和工件的位于电极之间的金属层短暂地熔化并形成焊点熔核，从而使这些金属层结合。因此，电阻焊接可以用来将一个或更多个内金属板面板和外金属板面板与工件附接。

焊接电极的焊接面(或焊接电极帽)可以用于在金属工件中形成点焊，比如用于焊接像铝合金或镁合金板材的轻金属工件。高导电性和高导热性与通常自然地形成在合金的表面上的氧化物结合在一起会导致关于点焊的问题。例如，氧化膜会增加焊接电极的温度，这会降低焊接电极的使用寿命并且防止焊接电极与焊接表面之间的强导电性。如果不提供强导电性，则焊接面可能无法正常地接合并刺穿多层的金属面板。焊接电极的预期寿命和在工件上形成焊点熔核的过程与焊接电极与焊接表面之间的导电性相关。该导电性与氧化膜的状态、比如氧化膜的厚度和化学成分直接相关。

焊接面可以被设计成在焊接过程期间刺穿氧化膜，使得可以实现强导电性。用来改进焊接过程的一些技术包括使用具有有着随机定位的凹槽或锯齿的焊接面的焊接电极。锯齿用来穿透工件表面上的氧化膜并且减少焊接电极与焊接材料的接触表面处的过热。然而，在若干次点焊后，焊接面通常由于工件材料的腐蚀或积聚而改变。焊接面的改变妨碍焊接电极正常工作并阻止焊接电极提供一致的焊点(比如熔核大小和位置一致的焊点)。当焊接电极不能正常工作时(例如，未破坏氧化膜)，已知的是，停止制造过程以便对焊接面进行清理、重新成形、重新修整或替换。

技术实现要素：

本部分提供了本公开的总体概述而并非本公开的全部范围或本公开的所有特征、方面和目标的全面公开。

因此，本发明的目的是提供一种可靠且一致地提供焊接操作的焊接电极。

本发明的另一目的是提供一种在焊接面上磨损或积聚氧化物之后可以容易地重整的焊接电极。

本发明的另一目的是提供一种简单且有效的电阻焊接的方法。

本发明的另一目的是提供一种简单且有效的电阻焊接的方法。

本发明的另一目的是提供一种简单、有效且可重复的在焊接面上形成锯齿的方法。

根据这些目的及其他目的，提供了一种用于电阻焊接过程的焊接电极。该焊接电极包括本体，该本体沿着中心轴线延伸并且在轴向上终止于用于接触工件的焊接面处。焊接面限定沿着轴线的中心并且限定与该中心径向间隔的外边缘。沿着焊接面限定有多个锯齿。锯齿中的每个锯齿远离焊接面轴向地突出并且从中心轴线径向地延伸至焊接面的外边缘。相比于靠近焊接面的外周缘，在靠近中心轴线处形成有较高密度的所述多个锯齿。

另外，根据前述及其他目的，提供了一种用于使用焊接电极以用于在工件上进行电阻焊接的方法。该焊接电极包括本体，该本体围绕并沿着轴线延伸并且在轴向上终止于焊接面处，该焊接面具有用于接触工件的多个锯齿。相比于靠近所述焊接面的边缘，在靠近所述焊接面的中心处形成有较高密度的锯齿。该方法包括使焊接面轴向地压靠工件以使锯齿被驱动至工件中，从而破坏工件上的氧化膜。该方法还包括利用焊接电极在工件上形成电阻焊点。

另外，根据前述及其他目的，提供了一种用于形成焊接电极的焊接面的系统。该系统包括修整工具，该修整工具能够围绕轴线旋转并且具有刀片，该刀片构造成用于覆盖在电极的焊接面上。致动器与修整工具联接并且构造成对修整工具施加沿围绕轴线的旋转方向的旋转力，并且所述致动器构造成在修整工具上施加轴向力以使刀片在焊接面上接合并在焊接面上形成锯齿。

另外，根据前述及其他目的，提供了一种用于在焊接电极的焊接面中形成或重新形成径向锯齿形状的方法。焊接电极围绕并沿着轴线延伸并且在轴向上终止于焊接面处。该方法包括使修整工具围绕轴线旋转以使修整工具围绕焊接电极旋转。该方法还包括使修整工具轴向地压靠工件以驱动修整工具抵靠工件，从而在焊接面上形成锯齿。

附图说明

在结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本公开。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征未按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。

图1是在焊接面上具有第一实施方式的径向锯齿的焊接电极的立体图；

图2是在焊接面上具有第二实施方式的径向锯齿的焊接电极的立体图；

图2a是第一实施方式的径向锯齿的截面图；

图2b是第三实施方式的径向锯齿的截面图；

图2c是第四实施方式的径向锯齿的截面图；

图3a是包括第五实施方式的径向锯齿的焊接电极的俯视图；

图3b是从邻近于焊接面的中心截取的图3a的第五实施方式的径向锯齿的截面图；

图4a是包括第六实施方式的径向锯齿的焊接电极的俯视图；

图4b是从邻近于焊接面的边缘截取的图4a的第六实施方式的径向锯齿的截面图；

图5是用于形成或重新形成焊接电极的径向锯齿式焊接面的修整工具的立体图；

图6是图示了形成电阻焊点的方法的流程图；以及

图7是图示了在焊接电极的焊接面上形成或重新形成径向锯齿的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的并且不意在于本公开的应用或用途方面限制本公开。为了清楚起见的目的，在说明书和附图中使用相同的附图标记以标识类似的元件。

图1图示了用于电阻焊接应用的焊接电极100。焊接电极100具有大致筒形的本体102，本体102围绕且沿着轴线a延伸并且在轴向上终止于焊接面106处。焊接面106在轴向上为球形冠状的。焊接面106限定沿着轴线a的中心107以及与该中心107径向间隔的外边缘109。根据示例实施方式，焊接面106是圆形的，并且因此外边缘109是焊接面106的外周缘。在本体102与焊接面106之间轴向地限定渐缩头部103。渐缩头部103在本体102与焊接面106之间轴向地延伸并且径向地向内渐缩，使得本体102的第一直径d1大于焊接面106的第二直径d2。应当理解的是，可以使用各种直径，但是本体102的第一直径d1应当至少等于或大于焊接面106的第二直径d2。焊接电极100的本体102由高强度材料制成，使得本体102足够坚固以承受在焊接过程期间施加至焊接电极100的焊接力。渐缩头部或头部104可以是锥形的，直到该头部104被切割以形成用于焊接过程的焊接面106为止。一旦形成，焊接面106就具有有着径向齿或锯齿108的径向锯齿式表面，径向齿或锯齿108从焊接面106轴向地突出并且从中心107径向地延伸至焊接面106的外边缘109。如将在下面更详细地描述的，锯齿108具有用于与焊接材料或工件101(在图1中示意性地示出)形成连接的特定形状和接触区域。

图2至图2c示出了焊接电极100以及形成在焊接面106中的径向锯齿108的截面图。如所示的，因为锯齿108从中心107径向地延伸至焊接面106的外边缘109，因此相比于靠近焊接面106的外边缘109，在靠近中心107处形成有较高密度的锯齿108。如进一步示出的，多个锯齿108中的每个锯齿通过轴向地延伸到焊接面106中的多个谷部111中的一个谷部而彼此分开。更具体地，锯齿108中的每个锯齿由一对谷部111部分地限定并且位于所述一对谷部111之间。

如图2a至2c、图3b和图4b中的锯齿108a至108e所示出的，锯齿108可以具有不同的形状或图案。例如，锯齿108a各自具有从焊接面106向上突出的成角度的表面113和与焊接电极100的轴线a大致平行的竖向表面115。锯齿108b各自具有两个倾斜的侧部117，侧部117围绕焊接面106例如以下述锯齿图案形成峰部119和谷部111：其中，峰部119和谷部111为“v”形形状。除了峰部119和谷部111是“平坦的”或“u”形的以及图案类似于正弦曲线形状之外，锯齿108c与锯齿108b类似。如将在下面更详细地讨论的，焊接面106中的锯齿108的形状、图案和密度可以基于工件101和工件101上的氧化膜121(在图1中示意性地示出)的性质和条件来选择性地选取和形成。

在电阻焊接过程期间，焊接电极100接触焊接面106。此外，焊接面106被轴向地按压抵靠工件101以破坏工件101上的氧化膜121并在焊接电极100与工件101之间提供改进的导电性。更具体地，第一致动器123(在图2中示意性地示出)对焊接电极100施加第一轴向力p1以驱动焊接面106轴向地抵靠氧化膜121和工件101。此外，第一致动器123对焊接电极100施加第一旋转力v1以使锯齿108进一步驱动至氧化膜121中从而进一步破坏氧化膜121。应当理解的是，第一旋转力v1和第一轴向力p1可以在与彼此相同或不同的时间下施加并且可以施加相同或不同的预定时间间隔，以提供工件101上的氧化膜121的期望的破坏。此外，第一旋转力v1和第一轴向力p1可以处于各种范围内。

应当理解的是，被破坏的氧化膜121的面积取决于锯齿108的密度。因为相比于焊接面106的边缘109处，在焊接面106的中心107处形成了较高密度的锯齿108，所以相比于边缘109处，在靠近中心107处被破坏了较大面积的氧化膜121。在焊接面106的中心区域110中增加的焊接电流密度允许集中且坚固的焊点熔核靠近中心区域110地形成在工件101上。应当理解的是，由于锯齿108的径向延伸的布置结构，焊接面106的中心107包括与焊接面106的边缘109相同数目的锯齿108。另外，相比于在边缘109处，邻近于中心107的锯齿108在周向上更窄。形成在中心区域110中的锯齿108的密度越高，位于靠近该中心区域110的被破坏的膜的面积就越大。该面积将传导较高密度的焊接电流并使熔核芯定位。另外，较高的导电性减少了进入焊接电极100中的吸附氧化物。吸附氧化物会损坏焊接面106。导电性越好，存在的电阻将越小，从而致使该区域中产生较低的热量分布。较低的热量分布致使焊接电极100的使用寿命增加。

应当理解的是，锯齿108可以具有尖锐的边缘、平坦的表面或者具有尖锐的边缘和平坦的表面这二者，以破坏氧化膜121并形成焊点。例如，如果氧化膜是致密的，则焊接面106在中心区域110中具有较高密度的锯齿108b。锯齿108可以包括附加的和/或更少的图案且不限于图2a至图2c、图3b或图4b中图示的那些图案。

如在图6中最佳呈现的，提供了一种使用这种焊接电极100以用于在工件101上进行电阻焊接的方法。该方法包括步骤500：使焊接面106轴向地按压抵靠工件101以驱动锯齿108抵靠工件101。这种按压可以由利用致动器123在焊接电极100上施加的第一轴向力p1提供。该方法还包括步骤502：使焊接电极围绕轴线a旋转。这种旋转可以由利用致动器123在焊接电极100上施加的第一旋转力v1提供。该方法还包括步骤504：利用焊接电极100在工件101上形成电阻焊点。另外，在焊接面106经受磨损或在焊接面106上积聚氧化物的情况下，该方法包括步骤506：在焊接面106上重新形成锯齿108(在下面进一步详细地讨论)。

图5图示了用于形成焊接电极100的径向锯齿式焊接面106的系统，该焊接面106在靠近焊接电极100的中心处具有较高密度的锯齿108。该系统包括修整工具114，修整工具114包括切割刀片116、例如定形刀片。修整工具114能够围绕焊接电极100的轴线a旋转，使得修整工具114可以围绕焊接电极100旋转，其中，切割刀片116在整个旋转过程中覆盖在焊接面106上。在该旋转期间，切割刀片的末端端部121与焊接面106的中心107沿轴向大致对准地定位，使得可以围绕焊接面106周向地制成均匀的切口。

该系统还包括第二致动器125，第二致动器125用于在修整工具114上提供第二轴向力p2以驱动刀片116轴向地抵靠焊接面106，从而形成锯齿108。第二致动器125还构造成在修整工具114上提供第二旋转力v2以使修整工具114围绕焊接电极100旋转。应当理解的是，第一致动器123和第二致动器125可以是各种类型的致动器，包括但不限于比如旋钮或控制杆的手动(无动力)致动器、电动马达、气动马达、液压致动器等。

因此，本主题系统提供了带锯齿108的焊接面106的形成及重新形成。应当理解的是，不同的修整工具114和/或刀片116可以用来提供具有不同尺寸的锯齿。还应当理解的是，第二旋转力v2和第二轴向力p2可以改变，并且可以在与彼此相同或不同的时间下施加且可以施加相同或不同的预定时间间隔，从而提供期望的锯齿的布置结构。如此，本主题系统可以有利地提供可重复的或不同形状的锯齿108。为了延长焊接电极100的寿命时间，修整工具114的旋转的起始点确定成使得可以使用相同(同步)的锯齿来完成焊接电极108的重复修整和重新修整。

如图5中所图示的，在操作期间，修整工具114例如在头部104、焊接面106和本体102的一部分处接触焊接电极100，使得切割刀片116接触焊接面106。切割刀片116由于第二旋转力v2而围绕焊接电极100旋转，并且切割刀片116由于第二轴向力p2而被驱动至焊接面106中以在焊接面106上切割出并形成锯齿108。

应当理解的是，在焊接电极100的广泛使用之后，可能必须重新形成焊接面106。具体地，焊接面106可能退化或包括沉积的材料的积聚，并因此在去除氧化膜121方面不那么有效。因此，本主题系统包括在焊接面106退化之后比如通过使用前述修整工具114在该焊接面106上重新形成锯齿的步骤。

鉴于前文，提供了一种用于在焊接电极100的焊接面106中形成或重新形成径向锯齿形状的方法。该方法包括步骤508：将修整工具114轴向地按压抵靠焊接面106。这种按压可以由来自第二致动器125的第二轴向力p2提供。该方法还包括步骤510：使修整工具114围绕焊接电极100旋转。这种旋转可以通过由第二致动器125提供的第二旋转力v2提供。如上面所讨论的，应当理解的是，修整工具的轴向运动和旋转运动可以以在各种时间间隔下的脉冲提供，并且可以在与彼此相同或不同的时间提供。

尽管已经结合某些实施方式描述了本公开，但是应当理解的是，本公开不限于所公开的实施方式，而是相反地，本公开意在覆盖包括在所附权利要求书的范围内的各种改型和等效布置结构，所附权利要求书的范围应当符合最宽泛的解释，以便涵盖按照法律所允许的所有此类改型和等效结构。