專利名稱：摩擦攪拌接合方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦攪拌接合方法及裝置，是關(guān)于鐵路車輛、特別是關(guān)于適合于車體制造的接合加工方法。
在這種情況下，對接部件之間的間隙是重要的。間隙過大時(shí)，不能很好地接合。象鐵路車輛的車體那樣，長度為約20m、寬為3m時(shí)，部件的制作誤差容易變大，間隙也容易變得過大。
在特開2000-233285號(hào)公報(bào)中，在應(yīng)該接合的2個(gè)部件的對接部的間隙之間配置填補(bǔ)材料進(jìn)行摩擦攪拌接合。
另外，在特許第3014654號(hào)公報(bào)(US6050474)中，在對接部附近的各個(gè)部件上設(shè)置突部，當(dāng)摩擦攪拌接合時(shí)，以突部的金屬埋上間隙。
在應(yīng)該接合的部件之間的間隙中加入填補(bǔ)材料時(shí)，為使該填補(bǔ)材料在摩擦攪拌接合時(shí)不從縫隙間中脫離而加強(qiáng)固定是重要的。
這時(shí)，考慮在應(yīng)該接合填補(bǔ)材料的部件上通過焊接來固定，但要考慮在焊接時(shí)由于其高溫的焊接熱而使部件變形。另外，在摩擦攪拌接合后對表面不涂裝時(shí)，焊接部會(huì)留下變色狀態(tài)而影響美觀。
本發(fā)明的目的是提供一種可以得到良好的接合和美觀的外觀的摩擦攪拌接合方法及裝置。
為達(dá)到上述目的，將兩個(gè)部件對接、沿所述對接的接合線進(jìn)行切削加工并在由該切削加工得到的槽中配置填補(bǔ)材料，作為兩個(gè)部件的外面?zhèn)?，對至少一方的部件與所述填補(bǔ)材料的所述外面?zhèn)韧ㄟ^第一旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合，接著，比所述摩擦攪拌接合的接合深度深地對所述兩個(gè)部件與所述填補(bǔ)材料由第二旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合。
圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施例的加工、特別是填補(bǔ)材料的供給裝置的側(cè)視略圖。
圖3是表示

圖1中III-III的截面圖。
圖4是表示圖1、圖2中IV-IV的截面圖。
圖5是表示圖1、圖2中V-V的截面圖。
圖6是表示圖1、圖2中VI-VI的截面圖。
圖7是表示圖1、圖2中VII-VII的截面圖。
圖8是表示圖1中VIII-VIII的截面圖。
圖9是表示對對接摩擦攪拌接合部進(jìn)行平滑加工的部件接合部截面圖。
圖10是表示圖2中的X箭頭方向視圖。
圖11是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例的加工、特別是填補(bǔ)材料的供給裝置的側(cè)視略圖。
圖中10、20-部件；12、22-突部；23-突出片；25-架臺(tái)；30-填補(bǔ)材料；40-間隙；41-槽；43-摩擦攪拌接合部；50-切屑除去嘴；60-切削刀具；70-按壓輥；71-氣缸裝置；80、81-旋轉(zhuǎn)刀具；83-旋轉(zhuǎn)刀具的小直徑部；90-卷盤；91a～91c-矯正輥；92a～92f、93a～93d-送出輥；94-導(dǎo)向管；95-切屑排除板；
對本發(fā)明一實(shí)施例根據(jù)圖1～圖10進(jìn)行說明。然而，本發(fā)明方法的技術(shù)范圍并不限于以下記載的實(shí)施形態(tài)和實(shí)施例的數(shù)值，是基于這個(gè)記載的具有該技術(shù)領(lǐng)域中一般知識(shí)的人能夠容易實(shí)施的范圍。
把板狀的兩個(gè)部件10、20放到架臺(tái)25上并使部件10、20的邊緣相向地對接。以這個(gè)狀態(tài)固定部件。在對接部產(chǎn)生間隙的情況比較多。在兩個(gè)部件10、20相對的對接部的上面?zhèn)?，在部?0、20上分別設(shè)置突部12、22。另外，在部件20的對接部的下側(cè)面上，設(shè)置有向部件10的對接部的下面?zhèn)韧怀龅耐怀銎?3。
為了使所述部件10、20之間的間隙40盡量狹窄而盡可能除去間隙，即使有間隙40也為了使比規(guī)定的間隙小而對兩個(gè)部件10、20擠押、固定在架臺(tái)25上。所述規(guī)定間隙與后述的槽41相同或者比其實(shí)質(zhì)上更小。
部件10、20是鋁合金的擠出型材。將兩個(gè)部件10、20的對接部(面)稱為接合線。后述的填補(bǔ)材料30的材質(zhì)與部件10、20的材質(zhì)一致。
摩擦攪拌接合裝置，由圖1和圖2的機(jī)器(除去部件10、20和架臺(tái)25。包括填補(bǔ)材料30的供給裝置。)構(gòu)成，設(shè)置為行走體，相對于固定部件10、20的架臺(tái)25，以規(guī)定的速度移動(dòng)。在圖1中從右側(cè)向左側(cè)移動(dòng)(由中空的大箭頭表示的方向)。在圖2中從右側(cè)向左側(cè)移動(dòng)。對于部件10、20，從在左側(cè)所示的切削刀具60的加工開始，向右側(cè)的摩擦攪拌接合刀具81的加工方向行進(jìn)。
如果將部件10、20固定在架臺(tái)25上，將接合線(間隙40的位置)從上側(cè)用切削刀具60在規(guī)定的槽41處切削。槽41為長方形。槽41相對的邊(部件10、20的端部)是平行的。
該切削寬度，至少設(shè)定大到不留有形成間隙40的兩側(cè)壁面的程度。切削的深度為直到突出片23的上面為止。切削通過干切削進(jìn)行。
在上述中，對切削刀具60是用圓鋸表示的，但槽銑刀或者立銑刀也有同樣效果。主要要求切削的寬和深度要恒定。
接著，把由切削刀具60切出來的切屑，由從切屑除去咀50吹出的壓縮空氣吹開或者由吸塵器吸入除去。
在切屑除去咀50的后方，配置有與突部12、22的上面、其外側(cè)部件10、20的上面以及槽41內(nèi)的突出片23接觸的橡膠板95。這樣遮住而使切屑不向后方移動(dòng)。
在制作槽41后，在槽41內(nèi)插入填補(bǔ)材料30。這就是將卷盤90的填補(bǔ)材料30拉出，導(dǎo)引到槽41內(nèi)并由按壓輥70向下方按壓插入填補(bǔ)材料30。按壓輥70通過氣缸裝置71(或者壓縮彈簧)，使填補(bǔ)材料30的上面向著槽41的下底面壓入。
在使填補(bǔ)材料30的下面接觸到突出片23的上面時(shí)，以填補(bǔ)材料30的上面占據(jù)比突部12、22的上面還稍微高的位置來確定填補(bǔ)材料30的高度尺寸。
填補(bǔ)材料30的截面形狀幾乎與槽41的截面形狀相同。填補(bǔ)材料30的寬度幾乎與槽41的寬度相同。然而，填補(bǔ)材料30通過按壓輥70比較容易地進(jìn)入槽41，但在部件10(20)和填補(bǔ)材料30之間不要空出過大的間隙。填補(bǔ)材料30的寬度和槽41的寬度之間的差為不到1mm的大小。
填補(bǔ)材料30被卷在自由旋轉(zhuǎn)的卷盤90上，并按順序經(jīng)過矯正輥91a、91b、91c、送出輥92a、92b、92c、92d、92e、92f直到按壓輥70。這些輥都接觸填補(bǔ)材料30。
矯正輥91a、91b、91c夾住被卷在卷盤90上的填補(bǔ)材料30，是去掉填補(bǔ)材料30的卷摺、使其呈直線狀的部件。矯正輥91a、91b主要接觸被卷在卷盤90上的填補(bǔ)材料30的內(nèi)側(cè)面。矯正輥91c主要觸接被卷在卷盤90上的填補(bǔ)材料30的外側(cè)面。矯正輥91a、91b、91c向著填補(bǔ)材料30的接觸部(輥的外周部)為凹狀。在這個(gè)凹部放入填補(bǔ)材料30。
送出輥92a、92b、92c、92d是使填補(bǔ)材料30從卷盤90卷回、并供給槽41的輥。該送出輥接觸填補(bǔ)材料30的高度方向的面(沿槽41的高度方向的面)。該送出輥與填補(bǔ)材料30的接觸部為凹狀。在該凹部裝入填補(bǔ)材料30。送出輥92a、92c通過扭矩限制器由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。由此，用規(guī)定的力使填補(bǔ)材料30沿長方向送出。送出輥92a、92c分別連接送出輥92b、92d。例如在送出輥92a、92c、92b、92d的外周部有齒輪，送出輥92a、92c的齒輪嚙合在送出輥92b、92d的齒輪上。
送出輥92a、92b、92c、92d、92e、92f是填補(bǔ)材料30的導(dǎo)向輥。在送出輥92e、92f上沒有電動(dòng)機(jī)。送出輥92e、92f接觸填補(bǔ)材料30的高度方向的面(沿槽41的高度方向的面)。該送出輥與填補(bǔ)材料30的接觸部為凹狀。在該凹部裝入填補(bǔ)材料30。
在使填補(bǔ)材料30插到槽41時(shí)，在按壓輥70的后方，通過旋轉(zhuǎn)刀具80使填補(bǔ)材料30臨時(shí)插入接合到部件10、20上。該接合就是由旋轉(zhuǎn)刀具80進(jìn)行的摩擦攪拌接合。
通常，摩擦攪拌接合的旋轉(zhuǎn)刀具在大直徑部的前端有小直徑部，但該旋轉(zhuǎn)刀具80沒有小直徑部。旋轉(zhuǎn)刀具80的前端是平的。旋轉(zhuǎn)刀具80從上方插入到部件10、20和填補(bǔ)材料30中。旋轉(zhuǎn)刀具80的軸心與通常的旋轉(zhuǎn)刀具同樣是傾斜著的。傾斜方向是相同的。旋轉(zhuǎn)刀具80處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)刀具80的直徑為比槽41的寬度稍微大一些。例如，槽41的寬度為3mm時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀具80的直徑為6mm。向突部12、22的旋轉(zhuǎn)刀具80的插入深度，由于為臨時(shí)插入，因而只是少量插入。例如從突部12、22的上面起為1.0mm。該臨時(shí)的接合在由后述的旋轉(zhuǎn)刀具81的摩擦攪拌接合的時(shí)候，填補(bǔ)材料30有從槽41不脫離的接合強(qiáng)度。即，設(shè)為能夠得到該接合強(qiáng)度的插入深度。
填補(bǔ)材料30的上端位于比突部12、22的頂還高的位置。填補(bǔ)材料30也比突部12、22突出。由此，即使由于填補(bǔ)材料30和槽41的制作誤差在兩者之間有間隙，通過填補(bǔ)材料30的突部也能夠埋上該間隙。從而，能夠使填補(bǔ)材料30在部件10、20上堅(jiān)固地固定。另外，在填補(bǔ)材料30由按壓輥70按壓插入時(shí)，使填補(bǔ)材料30能夠緊結(jié)合在接突出片23上，并能夠形成堅(jiān)固的接合。
在通過旋轉(zhuǎn)刀具80接合時(shí)，接合部的上面?zhèn)瘸噬园枷荨Ｔ趫D7、圖8中平面地圖示了接合部的上面。
在旋轉(zhuǎn)刀具80的大直徑部的外周面上由于不設(shè)置螺釘，所以在摩擦攪拌接合時(shí)不用擔(dān)心把填補(bǔ)材料30、突部12、22向旋轉(zhuǎn)刀具80的軸方向擠出。
旋轉(zhuǎn)刀具80的位置盡量靠近按壓輥70是理想的。
接著，由旋轉(zhuǎn)刀具81，摩擦攪拌接合突部12、22和填補(bǔ)材料30三者。該接合是為了使部件10、20真正地接合的接合。
旋轉(zhuǎn)刀具81是在大直徑部的前端有小直徑部的旋轉(zhuǎn)刀具。小直徑部的直徑比填補(bǔ)材料30的寬度和槽41的寬度稍大。在摩擦攪拌接合時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀具81的大直徑部和小直徑部的交界的下端，在比除去突部12、22的部件10、20的上面靠上方，位于比突部12、22的頂靠下方的位置。同樣，旋轉(zhuǎn)刀具81的小直徑部的前端位于突出片23的上面的付近或者突出片23的內(nèi)部的位置。
如上所述在填補(bǔ)材料30和部件10、20之間有間隙時(shí)，用比除去突部12、22的部件10、20的上面靠上方的突部12、22和填補(bǔ)材料30埋上所述間隙。接合部的上面?zhèn)壬晕枷荨?br> 接著，在必要時(shí)對比除去突部12、22的部件10、20的上方靠上方的突部12、22和填補(bǔ)材料30(為接合部)進(jìn)行切削加工，并使其呈平滑狀。
圖9出示了在摩擦攪拌接合部中切除比部件10、20的表平面靠上的突部12、22和接合部、對摩擦攪拌接合部進(jìn)行了平滑加工的截面。43是摩擦攪拌接合部。
切削刀具60、旋轉(zhuǎn)刀具80、81分別在接合線的直角方向、即間隙40(槽41)的寬方向能夠單獨(dú)地移動(dòng)。這是為了檢測接合線(間隙40、槽41)的位置、使切削刀具60、旋轉(zhuǎn)刀具80、81位于其中心的原故。另外，切削刀具60，旋轉(zhuǎn)刀具80、81能夠分別單獨(dú)地上下動(dòng)作。這是為了規(guī)定由切削刀具60形成的切削深度(槽41的深度)、由旋轉(zhuǎn)刀具80、81形成的接合深度的原故。
為此，分別具備檢測突部12、22的光學(xué)傳感器(圖中未示)。光學(xué)傳感器檢測兩個(gè)突部12、22的寬度位置，使切削刀具60、旋轉(zhuǎn)刀具80、81位于該寬度的中心位置。另外，檢測突部12、22的頂?shù)奈恢?，?guī)定切削刀具60、旋轉(zhuǎn)刀具80、81的插入深度。
由于在由旋轉(zhuǎn)刀具81進(jìn)行摩擦攪拌接合時(shí)，產(chǎn)生按壓填補(bǔ)材料30的反力，所以由送出輥92a、92b、92c、92d給與填補(bǔ)材料30的驅(qū)動(dòng)力必須是與該按壓反力方向相對的力。
從送出輥92e、92f到按壓輥70的距離、從按壓輥70到旋轉(zhuǎn)刀具80的距離、從旋轉(zhuǎn)刀具80到旋轉(zhuǎn)刀具81的距離，根據(jù)按壓所述填補(bǔ)材料30的反力，必須是在各自的位置使填補(bǔ)材料30不發(fā)生壓曲的距離。
根據(jù)該實(shí)施例，在對接兩個(gè)部件的時(shí)候，即使沿著接合線存在一定間隙，也可以切削接合線形成規(guī)定的間隙，接著插入填補(bǔ)材料，實(shí)質(zhì)地除去接合線的間隙，由于實(shí)施摩擦攪拌接合，而能夠進(jìn)行良好的接合。
摩擦攪拌接合以后，使接合部呈平滑狀，在實(shí)施極細(xì)的線加工的精加工時(shí)，由于填補(bǔ)材料30的材質(zhì)與母材(部件10、20)為同一材質(zhì)，所以接合部的變色少，外觀也不會(huì)變壞。
另外，旋轉(zhuǎn)刀具80與旋轉(zhuǎn)刀具81同樣，也可以在大直徑部的前端有小直徑部。
下面，用圖11說明本發(fā)明的其它的實(shí)施例。在該圖中的符號(hào)與圖1～圖10相同的符號(hào)實(shí)質(zhì)上是相同的部件。該實(shí)施例主要是廢除了臨時(shí)接合的步驟。
送出輥92a、92b、92c、92d與圖2的情況比較，是設(shè)置方向改變了90度。雖然也可以在從矯正輥91a～91b到送出輥93a～93d之間有導(dǎo)向輥，但在這里除去，取而代之的是設(shè)置導(dǎo)向管94。導(dǎo)向管94是具有耐磨耗性和剛性并且有撓性的部件。例如是聚四氟乙烯(注冊商標(biāo))管。在導(dǎo)向管94的內(nèi)徑和填補(bǔ)材料30之間有適當(dāng)?shù)拈g隙。導(dǎo)向管94的兩端固定在設(shè)置了該摩擦攪拌接合裝置的行走體(圖中未示)上。在圖11中對導(dǎo)向管94內(nèi)的填補(bǔ)材料30用實(shí)線表示。雖然也可以有按壓輥70，但這里除去了。并除去了臨時(shí)接合用的旋轉(zhuǎn)刀具80。
送出輥92a～92d的送出力，是能夠?qū)τ尚D(zhuǎn)刀具81產(chǎn)生的所述按壓反力而提供給填補(bǔ)材料30的力。從送出輥93a～93d到旋轉(zhuǎn)刀具81的距離，是不使填補(bǔ)材料30由所述按壓反力而產(chǎn)生壓曲的距離。由此，能夠省略旋轉(zhuǎn)刀具80的臨時(shí)接合。
使用送出輥92a～92f時(shí)，使應(yīng)該把它們設(shè)置為對于行走體可自由移動(dòng)，但在取代它們使用導(dǎo)向管94時(shí)是能夠使構(gòu)成變得簡單。
對在實(shí)施所述本發(fā)明方法時(shí)使用的有關(guān)各部分尺寸的一例，在以下給與說明。
部件10、20和填補(bǔ)材料30的材質(zhì)鋁合金，
部件10、20的板厚(除去突部12、22的厚度)4mm，突部12、22的寬度8mm，突部12、22的高度(除去部件10、20的板厚)2mm，槽41的寬度3mm，槽41的深度6mm，填補(bǔ)材料30的寬度3mm，填補(bǔ)材料30的高度6.5mm，旋轉(zhuǎn)刀具80的直徑6mm，旋轉(zhuǎn)刀具80的摩擦攪拌接合深度從突部12、22的表面起為1.0mm。
根據(jù)本發(fā)明的方法，由于切削兩個(gè)部件的對接部的間隙、埋設(shè)埋住間隙的部件并以在實(shí)質(zhì)上除去對接部件間的間隙的基礎(chǔ)上實(shí)施摩擦攪拌接合，所以能夠形成良好的摩擦攪拌接合。
權(quán)利要求
1.一種摩擦攪拌接合方法，其特征在于將兩個(gè)部件對接，沿所述對接的接合線進(jìn)行切削加工，在由該切削加工得到的槽中配置填補(bǔ)材料，作為兩個(gè)部件的外面?zhèn)?，對至少一方的部件與所述填補(bǔ)材料的所述外面?zhèn)韧ㄟ^第一旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合，接著，比所述摩擦攪拌接合的接合深度深地對所述兩個(gè)部件與所述填補(bǔ)材料由第二旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合。
2.按照權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于由所述第一旋轉(zhuǎn)刀具所進(jìn)行的摩擦攪拌接合，是對所述外面?zhèn)鹊乃鰞蓚€(gè)部件與所述外面?zhèn)鹊乃鎏钛a(bǔ)材料所進(jìn)行的摩擦攪拌接合。
3.一種摩擦攪拌接合方法，其特征在于將兩個(gè)部件對接，沿所述對接的接合線進(jìn)行切削加工，邊卷回被卷在卷盤上的填補(bǔ)材料、邊使該填補(bǔ)材料通過一對矯正輥而使其呈直線狀并在由所述切削加工得到的槽中配置所述填補(bǔ)材料，接著，使所述兩個(gè)部件和所述填補(bǔ)材料通過旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合。
4.一種摩擦攪拌接合方法，其特征在于將兩個(gè)部件對接，沿所述對接的接合線進(jìn)行切削加工，邊卷回被卷在卷盤上的填補(bǔ)材料、邊通過一對送出輥夾住該填補(bǔ)材料并送出，在由所述切削加工得到的槽中配置所述填補(bǔ)材料，接著，對所述兩個(gè)部件和所述填補(bǔ)材料通過旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合，所述一對送出輥的擠出力，比在由所述旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行摩擦攪拌接合時(shí)按壓所述填補(bǔ)材料而產(chǎn)生的反力大，從所述送出輥到所述旋轉(zhuǎn)刀具的距離，比由所述按壓反力使所述填補(bǔ)材料產(chǎn)生壓曲的距離小。
5.一種摩擦攪拌接合裝置，其特征在于由卷裝填補(bǔ)材料的輥，和沿對接兩個(gè)部件的接合線進(jìn)行切削的切削刀具，和作為從卷盤起對在由所述切削加工得到的槽中的所述填補(bǔ)材料進(jìn)行引導(dǎo)的機(jī)構(gòu)、使所述填補(bǔ)材料通過其內(nèi)部的導(dǎo)向管，和對插入在所述槽中的所述填補(bǔ)材料與所述兩個(gè)部件進(jìn)行摩擦攪拌接合的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成。
全文摘要
一種摩擦攪拌接合方法及裝置，在沿著兩個(gè)部件(10)、(20)的對接部、通過切削刀具(60)切削加工具有一定截面形狀的槽(41)后，將略呈同形狀截面的填補(bǔ)材料(30)埋設(shè)在所述槽內(nèi)，實(shí)質(zhì)性地除去對接部的間隙，然后臨時(shí)結(jié)合突部(12)、(20)和填補(bǔ)材料(30)三者，接著，使用旋轉(zhuǎn)刀具(81)，對部件(10)、(20)和填補(bǔ)材料(30)相互之間全面地進(jìn)行摩擦攪拌接合。這種摩擦攪拌接合方法及裝置，在兩個(gè)部件的對接部的間隙大的時(shí)候，也能夠在兩者之間形成良好的摩擦攪拌接合的接縫。
文檔編號(hào)B23K20/24GK1451508SQ0214151
公開日2003年10月29日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者石田良二, 福寄一成, 岡田智仙 申請人:株式會(huì)社日立制作所