ITTO941067A1

ITTO941067A1 - Metodo di unione per saldatura tra elementi diversi.

Info

Publication number: ITTO941067A1
Application number: IT94TO001067A
Authority: IT
Inventors: Re Mario Da
Original assignee: Fiat Auto Spa
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1996-06-23
Also published as: ITTO941067A0; DE69509201T2; IT1267357B1; DE69509201D1; EP0718068B1; EP0718068A1

Abstract

Metodo di giunzione che permette di utilizzare i tradizionali sistemi di saldatura elettrica quali quelli normalmente usati per l'accoppiamento di lamiere d'acciaio; il metodo consente di congiungere materiali diversi tra loro, per esempio lamiera d'acciaio e compositi polimerici, mediante la realizzazione di elementi d'acciaio in forma di scodellini di diametro opportuno e con profondità pari allo spessore del materiale polimerico interessato, nel quale gli scodellini vengono appositamente inseriti. In questo modo è possibile generare il contatto tra gli aderenti che, essendo entrambi metallici, consentono il passaggio della corrente elettrica.(Figure 1 e 2)

Description

D E S C R I Z I O N E

di Brevetto per Invenzione Industriale,

La presente invenzione si riferisce ad un metodo di unione per saldatura che permette di saldare elettricamente a punti, per esempio con i medesimi impianti usati per parti in lamiera metallica, elementi strutturali realizzati in un materiale indifferentemente identico o diverso.

E' noto che le carrozzerie dei veicoli vengono attualmente realizzate mediante unione per saldatura elettrica a punti di elementi strutturali differenti realizzati per stampaggio in una lamiera d'acciaio. Tuttavia, l'acciaio quale materiale per la realizzazione di elementi di carrozzeria presenta due gravi inconvenienti: in primo luogo un peso relativamente elevato e, in secondo luogo, una scarsa resistenza alla corrosione, il che espone la carrozzeria al rischio della ruggine. Per superare entrambi i suddetti inconvenienti è stato proposto di sostituire gli elementi strutturali in acciaio, o almeno alcuni di essi, con elementi simili realizzati con altri materiali, tipicamente alluminio (od una lega leggera) oppure materiale sintetico termoplastico o termoindur etite. Per esempio, sono stati fatti tentativi per sostituire con elementi stampati in una materia plastica alcune parti esterne della carrozzeria (portelloni, cofani, parafanghi, eccetera) , ma con scarsi o deludenti risultati.

Attualmente, vi sarebbe pertanto la tendenza, almeno nell'industria automobilistica, a sostituire con parti in plastica solamente quegli elementi interni, non in vista, della carrozzeria, che ne formano l'ossatura, mantenendo viceversa la parte esterna della carrozzeria realizzata in lamiera metallica. Sono note infine anche carrozzerie realizzate interamente (o in larga misura) in alluminio o sue leghe. Tuttavia, gli elementi realizzati sia in leghe di alluminio, sia in materiali plastici sintetici sono di difficile o impossibile unione tra loro e/o con elementi tradizionali in acciaio mediante i processi di saldatura elettrica per punti comunemente usati. Questo implica la necessità di adottare diversi sistemi di unione, meno affidabili e/o economici della saldatura (per esempio mediante incollaggio) e, comunque, di non poter più utilizzare le linee attuali di saldatura usate per le carrozzerie in lamiera d'acciaio, linee che sono generalmente altamente robotizzate e che, quindi, rappresentano Una parte non indifferente del patrimonio aziendale.

Scopo del trovato è quello di fornire un metodo di unione per saldatura che consenta di assemblare per saldatura, in particolare utilizzando gli stessi procedimenti di saldatura elettrica per punti oggi noti, elementi di carrozzeria realizzati in materiali diversi, tipicamente in acciaio ed in un materia plastica sintetica. E' anche uno scopo del trovato quello di fornire un metodo di unione per saldatura che sia utilizzabile per unire per puntatura elettrica elementi diversi senza riguardo al materiale in cui essi sono realizzati.

In base all'invenzione viene pertanto fornito un metodo di unione per saldatura, in particolare per saldatura elettrica a punti, tra elementi diversi, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto di comprendere le seguenti fasi:

- realizzazione, su almeno un primo elemento da saldare, di almeno una sede per un primo inserto di riporto;

- realizzazione del detto primo inserto di riporto con un materiale scelto nel gruppo consistente in: un materiale facilmente saldabile con un materiale identico; un materiale facilmente saldabile con quello con cui è realizzato un secondo elemento da saldare; un materiale facilmente saldabile con un secondo materiale prefissato;

- montaggio stabile del detto inserto nella detta sede; - accoppiamento a sovrapposizione di una porzione del primo elemento da saldare provvista di detto primo inserto con una corrispondente porzione del secondo elemento da saldare; e

- saldatura del detto primo inserto di riporto direttamente alla detta corrispondente porzione del secondo elemento da saldare, oppure ad un corrispondente secondo inserto di riporto portato in posizione coniugata dal secondo elemento da saldare e realizzato con il medesimo materiale del detto primo inserto o con il detto secondo materiale prefissato.

In questo modo è evidente che è possibile saldare elettricamente per punti un elemento in plastica provvisto di una pluralità dei citati inserti realizzati in lamiera d'acciaio ad un elemento strutturale tradizionale realizzato per stampaggio in lamiera d'acciaio, oppure che è possibile realizzare l'unione per saldatura elettrica per punti tra due elementi interamente in plastica, purché entrambi siano muniti in posizioni corrispondenti dei citati inserti in lamiera d'acciaio. Similmente è possibile unire tra loro per saldatura a punti elementi realizzati in un qualsiasi materiale, per esempio acciaio con alluminio, alluminio con plastica, alluminio con alluminio, eccetera. Questo significa poter realizzare le carrozzerie di veicoli con la massima libertà possibile in fatto di scelta dei materiali, eseguendone poi con rapidità e semplicità l'assemblaggio, in modo tradizionale, sulle linee e con i robot già esistenti e soprattutto, con la massima affidabilità.

A questo scopo, i detti inserti sono realizzati in forma di scodellini in lamiera di materiale ferroso aventi dimensioni interne maggiori di quelle di ingombro delle pinze di saldatura impiegabili per eseguire l'operazione di saldatura vera e propria, e presentanti una parete di fondo piana e, da banda opposta, mezzi di spallamento assiale conformati a flangia.

Preferibilmente, detti inserti sono alloggiati nelle rispettive dette sedi con gioco prefissato e sono trattenuti stàbilmente nelle stesse ad interferenza, per interposizione tra inserto e sede di un elemento di ritenuta elasticamente deformabile, per esempio definito da un oring.

In questo modo, si riescono anche a compénsare le eventuali dilatazioni termiche differenziali tra gli elementi uniti tra loro per saldatura secondo il metodo dell'invenzione, qualora gli stessi siano realizzati in materiale aventi coefficiente di dilatazione termica sensibilmente diversi, come per esempio accade ne^ caso di plastica ed acciaio.

E' infine evidente che è possibile operare secondo il metodo dell'invenzione utilizzando all'occorrenza tecniche di saldatura alternative alla saldatura elettrica a punti; per esempio, nel caso in cui sia possibile l'approccio di utensili da un solo lato della giunzione, sarà utile l'utilizzo di sorgenti LASER, mentre in altri casi potrà venire vantaggiosamente impiegata la nota tecnica di "clinciatura" , utilizzando comunque la metodologia descritta.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato appariranno chiari dalla descrizione che segue di due suoi esèmpi non limitativi di attuazione con riferimento alle figure del disegno annesso, nel quale:

- la figura 1 illustra una fase del metodo dell'invenzione, secondo un primo esempio di realizzazione dello stesso:

- la figura 2 illustra una fase successiva del metodo dell'invenzione secondo l'esempio illustrato in figura 1; e

I

- la figura 3, (a) e (b), illustra in sequenza le<1 >medesime due fasi di figure 1 e 2 del metodo dell'invenzione secondo un diverso esempio di realizzazione dello stesso.

Con riferimento alle figure 1 e 2, sono indicati con 1 e 2 due diversi elementi strutturali da collegare tra loro per saldatura; in particolare, gli elementi 1 e 2 sono realizzati in materiali diversi: l'elemento 1 in una lamiera d'acciaio e l'elemento 2 in una materia plastica sintetica stampata. Gli elementi 1 e 2 sono preferibilmente elementi strutturali di carrozzeria di un autoveicolo e possono avere forma e dimensioni qualsiasi; l'elemento 1 definisce preferibilmente parte di una "pelle" esterna della carrozzeria, mentre l'elemento in plastica 2 ne definisce una ossatura interna, la quale deve venire unita all'elemento 1 lungo una linea ideale di giunzione 3, generalmente disposta non in vista a carrozzeria assemblata.

Secondo il metodo dell'invenzione, la giunzione lungo la linea 3 viene effettuata per saldatura, in particolare saldatura elettrica a punti eseguita mediante elettrodi 4, noti, di una pistola per saldatura nota e non illustrata per semplicità, facente a sua volta parte di un impianto robotizzato noto e non illustrato per semplicità di assemblaggio e saldatura di elementi di carrozzeria di veicoli.

In particolare, il metodo dell'invenzione prevede, prima di tutto, di realizzare sull'elemento 2 in plastica, ovvero sull'elemento da unire che è realizzato in un materiale non saldabile con gli elettrodi 4, una pluralità di sedi 5 (figura 1), per esempio definite da fori Circolari praticati passanti attraverso una porzione 6 dell'elemento 2 disposta lungo la linea di giunzione prevista 3. Tali sedi 5 possono indifferentemente venire ottenute direttamente insieme all'elemento 2, per esempio mediante anime opportunamente disposte nello stampo durante una fase di stampaggio ad iniezione dello stesso, oppure essere ricavate a posteriori per lavorazione meccanica, per* esempio per foratura.

Unitamente alla realizzazione delle sedi 5, il metodo dell'invenzione prevede inoltre la realizzazióne, per esempio per tranciatura e stampaggio o con un qualsiasi altro metodo noto, di una pluralità di inserti 8 atti a venire alloggiati nelle sedi 6 e realizzati in unà lamiera metallica, nella fattispecie in una lamiera di materiale ferroso; in questo modo gli inserti 8 risultano realizzati nel medesimo materiale (nel senso che si tratta in entrambi i casi di leghe ferro-carbonio, ancorché di composizione dissimile e/o con diversi elementi leganti aggiuntivi) dell'elemento 1 e, comunque, in un materiale fàcilmente saldabile con esso, in particolare per saldatura elettrica a punti.

Secondo una preferita forma di attuazione, gli inserti 8 sono realizzati in forma di scodellini cilindrici ottenuti per imbutitura e tranciatura da una lamiera di materiale ferroso in modo da avere dimensioni interne maggiori di quelle di ingombro delle rispettive pinze di saldatura 4, che possono conseguentemente essere iptrodotte all'interno della concavità degli scodellini 8, come illustrato.

Nel dettaglio, ciascun scodellino 8 presenta una parete di fondo piana 9 e, da banda opposta, rispettivi mezzi di spallamento assiale costituiti da una flangia perimetrale circolare esterna 10; la profondità di imbutitura con cui vengono realizzati gli scodellini 8 è sostanzialmente pari alla profondità della sede 5 in cui devono essere montati (nella fattispecie pari allo spessore dell'elemento 2).

Secondo una ulteriore fase del procedimento di unione per saldatura secondo l'invenzione, dopo aver ottenuto le sedi 5 e gli scodellini 8 si procede ad un montaggio stabile, ad interferenza, di questi ultimi nelle rispettive sedi 5 nel modo illustrato in figura 2, in modo che la parete di fondo 9 risulti disposta sostanzialmente a filo di una faccia 11 della porzione 6 dell'elemento 2 destinata a venire in contatto con l'altro elemento da saldare 1, in particolare con una corrispondente porzione 12 di questo pure disposta lungo la linea di giunzione 3; il corretto posizionamento della parete di fondo 9 è ottenuto mediante la flangia 10, che, all'inserimento dello scodellino 8 nella sede 5, va in battuta contro una faccia 13, opposta alla 11, dell'elemento 2 (figura 2).

Il metodo di unione per saldatura secondo il trovato, comprende infine le ulteriori fasi di accoppiare a sovrapposizione le porzioni 6 e 12 lungo la linea di giunzione 3, in modo che le facce 9 risultino affacciate ed in contatto con l'elemento in lamiera 1; e di saldare élettricamente a punti, in modo noto mediante le pinze 4, ciascun inserto 8 portato dalla porzione 6 (nella fattispecie la sua parete di fondo 9) direttamente con la corrispondente porzione 12 dell'elemento 1 accoppiata a sovrapposizione alla porzione 6.

In questo modo, parete 9 ed elemento 1, che sono realizzati in materiali identici o comunque compatibili, vengono localmente fusi e generano un punto di saldatura 20, che assicura stabilmente l'inserto 8 all'elemento 1; l'elemento 2 viene di conseguenza fissato stabilmente anch'esso all'elemento 1, sia in quanto porta l'inserto 8 solidale, sia in quanto rimane, dopo la saldatura, serrato a pacco tra la porzione 12 dell'elemento 1 e la flangia 10 dell'inserto 8 (figura 2), che, ormai, fa corpo unico con l'elemento 1.

Poiché normalmente gli inserti 8 sono realizzati in lamiera d'acciaio e gli elementi 2, invece, in materiale plastico, cioè in due materiali che presentano coefficienti di dilatazione termica sensibilmente differenti, potrebbero sorgere in uso, a montaggio e saldatura avvenuta, delle dilatazioni termiche differenziali che potrebbero creare tensioni interne tali da indebolire, a lungo andare, l'unione ottenuta. Allo scopo di evitare un tale inconveniente, gli inserti 8, secondo una ulteriore caratteristica del metodo dell'invenzione, vengono alloggiati nelle rispettive sedi 5 con un gioco laterale prefissato 21 (figura 2) e tale da consentire, appunto, tali dilatazioni termiche differenziali; il trattenimento ad interferenza degli inserti 8 nelle sedi 5 è pertanto effettuato, secondo l'invenzione, per interposizione tra inserto 8 e sede 5 di un elemento di ritenuta elasticamente deformabile 30.

Nella fattispecie, l'elemento 30 è costituito da un o-ring di tipo noto, alloggiato in una scanalatura anulare 31 ricavata intorno alla sede 5 da banda opposta alla faccia 11, in posizione tale da rimanere, ad inserto 8 inserito nella sede 5, affacciata ai mezzi di spallamento a flangia 10 portati dall'inserto 8. A montaggio e saldatura avvenuti, pertanto, l'o-ring 30 rimane coperto e protetto dalla flangia 10 e contenuto assialmente tra questa e la parete di fondo della scanalatura 31; questa è sagomata a gradino, in modo da contenere l'o-ring 30 anche circonferenzialmente, sull'esterno dello stesso; pertanto l'o-ring 30 può esercitare la propria elasticità solo verso la parete laterale dello scodellino 8, sulla quale risulta calzato in contatto e che non è, viceversa, a contatto con la parete laterale della sede 5, grazie alla presenza del gioco 21.

Di conseguenza, pur assicurando l'impossibilità di rimozione accidentale dello scodellino 8 dall'elemento 2 prima della esecuzione della fase di saldatura, si assicura al contempo anche una certa possibilità,di movimento relativo tra scodellino 8 ed elemento 2. Eventualmente, per maggior sicurezza, dell'adesivo può essere interposto tra flangia 10 ed elemento 2, in modo da evitare anche qualsiasi possibilità di sfilamento assiale dalla sede 5.

Con riferimento alla figura 3, in essa sono illustrate le medesime due fasi di figure 1 e 2, ma nel caso in cui gli elementi da unire siano un elemento 2 e, al posto dell'elemento 1 in lamiera, un elemento 100 pure realizzato in un materiale non saldabile elettricamente per punti, per esempio una materia plastica sintetica di uguale o anche completamente diversa natura chimica di quella costituente l'elemento 2. In questo caso, entrambi gli eiementi da saldare sono provvisti di sedi 5 realizzate lungo la linea di giunzione 3 delle rispettive porzioni 6 e 12, ed entrambi portano montati solidali entro tali sedi 5, una pluralità di identici inserti 8 definiti da scodellini in lamiera di lega ferrosa, in particolare nel medesimo modo illustrato precedentemente, ovvero inseriti nelle sedi 5 con gioco laterale 21 e trattenuti in esse elasticamente ad interferenza da o-ring 30 alloggiati in rispettive scanalature 31 delle sedi 5 e contenuti in esse dalle flange 10.

Gli scodellini 8 sono montati in posizioni coniugate sulle porzioni 6 e 12, con le pareti di fondo 9 rispettivamente a filo di opposte facce 11 e 110 degli elementi 2 e 100, destinate in uso a venire a contatto, a porzioni 6 e 12 accoppiate a sovrapposizione. Pertanto, come unica differenza a quanto già visto, durante la fase di·saldatura gli inserti 8 dell'elemento 2 verranno saldati elettricamente con un punto di saldatura 20 agli inserti 8 dell'elemento 100, anziché direttamente a quest'ùltimo; i punti 20 vengono formati congiungendo reciprocamente le opposte pareti di fondo 9 degli inserti 8 portati in posizione corrispondente dagli elementi 2 e 100, le guali, in base a quanto descritto, si trovano a contatto difetto tra loro. La conseguenza rimane comunque la realizzazione dell'unione degli elementi 2 e 100, in quanto,entrambi rimangono serrati a pacco tra le opposte flange 10 degli opposti scodellini 8 disposti in posizione coniugata e che risultano uniti in un pezzo solo dai rispettivi punti 20.

E' ovvio infine che il materiale con cui vengono realizzati gli scodellini 8 per l'elemento 100 (ovvero l'elemento 1) può anche essere diverso da quello degli scodellini 8 dell'elemento 2, per esempio costituito da una qualsiasi lega metallica, purché facilmente saldabile con gli elettrodi 4 al materiale degli scodellini 8 dell'elemento 2. E' anche ovvio che, pur essendo il metodo dell'invenzione destinato alla realizzazione di carrozzerie di veicoli aventi ossatura in plastica e pelle esterna in lamiera d'acciaio, mediante utilizzo delle medesime linee di saldatura oggi usate per carrozzerie interamente in metallo, esso potrebbe venire usato per unire elementi qualsiasi ed utilizzando tecniche di saldatura diverse dalla saldatura elettrica a punti, per esempio saldatura LASER, eccetera. Al limite, il metodo dell'invenzione può essere usato per unire tra loro parti in plastica di composizione chimica diversa, non saldatili con le tecniche di saldatura per materie plastiche note (ultrasuoni, lama calda, eccetera), realizzando in tal caso gli inserti 8 pure in una materia plastica, ma in questo caso di composizione chimica tale che siano gli inserti 8 a risultare saldatili tra loro (o con uno degli elementi da saldare) con le tecniche suddette.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo di unione per saldatura, in particolare per saldatura elettrica a punti, tra elementi diversi, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - realizzazione, su almeno un primo elemento da saldare, di almeno una sede per un primo inserto di riporto; - realizzazione del detto primo inserto di riporto con un materiale scelto nel gruppo consistente in: un materiale facilmente saldabile con un materiale identico; un materiale facilmente saldabile con quello con cui è realizzato un secondo elemento da saldare; un materiale facilmente saldabile con un secondo materiale prefissato; - montaggio stabile del detto inserto nella detta sede; - accoppiamento a sovrapposizione di una porzione del primo elemento da saldare provvista di detto primo inserto con una corrispondente porzione del secondo elemento da saldare; e - saldatura del detto primo inserto di riporto direttamente alla detta corrispondente porzione del secondo elemento da saldare, oppure ad un corrispondente secondo inserto di riporto portato in posizione coniugata dal secondo elemento da saldare e realizzato con il medesimo materiale del detto primo inserto o con il detto secondo materiale prefissato.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto secondo elemento da saldare è realizzato in una lamiera di acciaio e dal fatto che il detto primo inserto è realizzato per tranciatura e stampaggio in una lamiera di materiale ferroso della medesima o di similare composizione chimica.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti primo e secondo elemento sono realizzati in materiali non saldabili elettricamente, e sono entrambi provvisti di una pluralità di sedi per detti inserti; il primo ed il secondo inserto essendo entrambi realizzati per tranciatura e stampaggio in lamiere di materiale ferroso della medesima o di similare composizione chimica.
4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il detto primo elemento da saldare è una ossatura interna di una parte di carrozzeria di veicolo; la detta ossatura essendo realizzata per stampaggio in un materiale plastico sintetico.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti inserti sono alloggiati nelle rispettive dette sedi con un gioco laterale prefissato e tale da consentire dilatazioni termiche differenziali tra elemento da saldare ed inserto; i detti inserti essendo trattenuti stabilmente nelle dette sedi ad interferenza, per interposizione tra inserto e sede di un elemento di ritenuta elasticamente deformabile.
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto elemento elastico di ritenuta è costituito da un o-ring alloggiato in una scanalatura di detta sede ricavata in posizione tale da rimanete affacciata, ad inserto inserito nella sede, a rispettavi mezzi di spallamento assiale conformati a flangia portati dal detto inserto.
7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti inserti sono realizzati in forma di scodellini in lamiera di materiale ferroso; ciascun detto scodellino venendo disposto nella rispettiva sede di un detto elemento da saldare cori una pròpria parete di fondo piana disposta sostanzialmente a filo di una faccia dell'elemento destinata a venire in contatto con un altro elemento da saldare; il corretto posizionamento della parete di fondo essendo ottenuta mediante rispettivi mezzi di spallamento assiale conformati a flangia ricavati sul detto scodellino da banda opposta alla detta parete di fondo.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la fase di saldatura viene effettuata per saldatura elettrica a punti, impiegando rispettive pinze di saldatura di dimensioni prefissate; e dal fatto che vengono impiegati scodellini aventi dimensioni interne maggiori di quelle di ingombro di dette pinze di saldatura, in modo che le stesse possono essere fatte penetrare all'interno degli scodellini, per interagire cón le rispettive dette pareti di fondo piane degli stessi.
9. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che la fase di saldatura viene effettuata con una tecnica richiedente l'approccio di utensili da un solo lato della giunzione, preferibilmente mediante saldatura LASER o "clinciatura".
10. Metodo di unione per saldatura, in particolare per saldatura elettrica a punti, tra elementi diversi, sostanzialmente come descritto e come illustrato nelle figure del disegno annesso