專利名稱：摩擦攪拌焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種摩擦攪拌焊接，例如涉及一種圓形焊接。
背景技術：
如日本專利申請No.Hei 9-309164(EP 0797043 A2)中所示，摩擦攪拌焊接方法是這樣一種方法通過轉動一個插入在一個焊接部之中的圓棒(稱為“旋轉工具”)并沿一焊線移動旋轉工具，然后焊接部被加熱、軟化并塑性流體化，并且成固狀地焊接。
旋轉工具包括一個插入焊接部的小直徑部(稱為“銷”)和定位在旋轉工具小直徑部外側的一個大直徑部。旋轉工具的小直徑部和大直徑部具有相同的軸線。旋轉工具的大直徑部轉動。
在日本專利申請公開No.Hei 11-197855中公開了一種焊接方法，其中兩個部件的一個焊線是一個環(huán)形(一種圓形)。在焊接的起點和終點重合后，終點完成在焊線的一個環(huán)形內部或一個環(huán)形部中。因此，摩擦攪拌焊接完成并從要焊接的部件中抽出旋轉工具，由于旋轉工具的小直徑部(銷)而在要焊接的部件上留下一個孔。當抽出位置是要焊接的一個環(huán)形位置時，產生強度問題。
此外，旋轉工具包括一個插入一焊接部中的小直徑部和一個位于小直徑部外側上的大直徑部。旋轉工具傾斜插在部件上。傾斜方向傾斜成在旋轉工具的一個移動方向中(要焊接的方向)旋轉工具的小直徑部一側位于旋轉工具的大直徑部一側的前部。換句話說，旋轉工具向一后部傾斜。以上事實還在日本專利公開文本No.Hei 9-508073(EP0752926 B1)中示出。
在日本專利申請公開No.Hei 11-197855中，傾斜的旋轉工具以一個圓形移動。傾斜的旋轉工具在圓形中移動很困難。為了對應于各種圓形，考慮使用一種數控機床進行焊接。在此機床中，要焊接的部件固定在一個平臺上，旋轉工具安裝在一個主軸上，主軸傾斜，而且主軸在此圓形中移動。但是，為了保持主軸在一個圓形移動方向中預定的傾角，必須隨著在圓形中的移動改變傾角，結果準備過程非常不容易。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種摩擦攪拌焊接，其中可以容易地進行一種環(huán)形或圓形(包括圓弧)的摩擦攪拌焊接。
以上目的可以通過提供一種摩擦攪拌焊接方法而取得，其特征在于，將一第一部件和一第二部件固定在一機床的一個平臺上，對此一個旋轉工具安裝在一個主軸上，并且相對于旋轉工具的一軸線中心并相對于其中第一和第二部件焊接的一個方向在平臺傾斜的狀態(tài)下，通過旋轉平臺相對于旋轉工具移動要焊接的部分，可以根據一種摩擦攪拌焊接對此部分進行焊接。


圖1是本發(fā)明一個實施例的一摩擦攪拌焊接裝置的一個側視圖；圖2是本發(fā)明一個實施例的焊接流程圖；圖3是在焊接之前的一個部件的平面圖；圖4是圖3的一個縱向剖視圖；圖5是在焊接之后部件的平面圖；圖6是圖5的一個V-V剖視圖；圖7是在焊接之后切除的部件的一個縱向剖視圖并對應于圖6。
具體實施例方式
下面參照圖1至7描述本發(fā)明一個實施例的摩擦攪拌焊接方法。圖1對應于圖3的I-I剖視圖。附圖標記10表示一個數控機床。通常，數控機床稱為一個加工中心。機床包括一個用于安裝要進行加工的匹配物(要進行焊接的部件)的平臺20以及一個用于加工要進行焊接的部件的主軸。主軸30可以旋轉。本發(fā)明此實施例的機床是一個橫軸型，主軸30的軸向指向一個水平方向。用于安裝(固定)要進行焊接的部件的平臺20的一個面基本為豎向。平臺20的此面可以傾斜。平臺20的軸線可以在一個中心傾斜(基本沿水平方向)。平臺20的軸線可以在中心轉動。由于平臺20的傾斜狀態(tài)以及由中心形成平臺20的軸線，平臺20可以轉動。
在主軸30的一個端部，可以安裝一個機床的加工目標的切削用旋轉工具或一個摩擦攪拌焊接用旋轉工具50。在此安裝一個摩擦攪拌焊接用旋轉工具50。旋轉工具50的一端指向平臺20的一個側面。主軸30和旋轉工具50的一個軸向中心指向水平方向。旋轉工具50根據主軸30而轉動。主軸30的一端可以在一個軸向移動。此外，主軸30可以相對于此軸向在一個徑向移動。
機床具有一個刀具安裝裝置，此安裝裝置包括切削用的多個旋轉工具和多個方向攪拌焊接用旋轉工具，以及一個用于在刀具安裝裝置和主軸之間交換一個所需的旋轉工具的自動交換裝置。
根據一個公共公知的方式一個要進行焊接的部件70固定在平臺20上。在部件70中，一個圓形凹部71設置在主軸30的一側中。一個臺階部72設置在圓形凹部71的外周面部上。臺階部72和此臺階部的一個外面基本為平的。這種平面相對于此圓形的軸向為一矩形。
在臺階部72上蓋有一個圓形板蓋76。部件70的一個外面和蓋76的一個外面是相同的面。蓋76的一個圓周面和臺階部72的一個圓周面之間的對接部根據一摩擦攪拌焊接完成。因此，要焊接的一個部分79(焊線)形成為一個圓環(huán)形。附圖標記79b表示由焊接形成的一條焊縫。部件70和蓋76之間的對接部根據一臨時弧焊間斷地形成。在臨時弧焊之后，部件70固定在平臺20上并且進行摩擦攪拌焊接。在摩擦攪拌焊接之后，由凹部71和蓋76形成的一個空間形成一個冷卻通道。在圖中未示出冷卻通道的入口和出口。部件70和蓋76形成一個冷卻機的一部分。部件70和蓋76的材料為鋁合金。
平板20可以旋轉，圓形焊線79的中心為旋轉中心。平臺20的旋轉中心和圓形焊線79的中心一致。固定到主軸30上的旋轉工具50在焊線79的一個周向不能移動(轉動)。旋轉工具50只可以由主軸30的旋轉而轉動。通過轉動平臺20，旋轉工具50可以相對于焊線79移動。
固定在主軸30上的旋轉工具50定位在一個位置50S中，此位置是位于焊線79一水平方向中的一個位置。在此位置50S中，在摩擦攪拌焊接過程中平臺20相對于旋轉工具50的一個相對移動方向傾斜。傾斜方向在上述移動方向(要焊接的方向)中傾斜，旋轉工具50的軸向中心的小直徑部52一側定位在旋轉工具50的大直徑部51一側的一前部。當平臺為標準時，在平臺的旋轉方向中，旋轉工具軸向中心的小直徑部52一側定位在旋轉工具50的大直徑部51一側的一后部。平臺20的傾角θ例如為3°。在圖3和圖5中，旋轉工具50定位在圓形焊線79的一個水平方向位置50S中，而且由于平臺20在右向轉動，平臺20(部件70)的一個上側相對于一個下側傾斜以與旋轉工具50分開。
下面介紹本發(fā)明此實施例的一種焊接方式。對于以上述3°角傾斜的平臺20，其中根據臨時焊接形成的部件70固定在平臺20上。旋轉工具50定位在一個預定位置50S中。由于此狀態(tài)，通過旋轉(相對于其本身的軸線)主軸30，旋轉工具50在軸向突出，而且旋轉工具50的小直徑部52插入對接部(50S)中。當旋轉工具50插入一個預定量時此突出停止。旋轉工具50的一個插入位置在圖3中為位置50S。位置50S是焊接的一個起點(步驟S11)。
接下來，在其中保持帶有上述3°傾角的狀態(tài)下平臺20轉動。平臺20的轉向為左向(步驟S13)。平臺20的轉動中心為焊線79的中心。因此，旋轉工具50相對地沿焊線79移動并且對接部進行圓形摩擦攪拌焊接。附圖標記79b表示根據上述摩擦攪拌焊接操作的一個焊縫。
當平臺20的轉動繼續(xù)時并且甚至平臺到達其中插入旋轉工具50的位置50S時，即甚至當平臺20轉動360°時，平臺20的轉動連續(xù)進行。因此，從焊接的起點50S重新進行摩擦攪拌焊接。
接下來，當平臺20在一個預定的360°+α的角度中旋轉時，主軸30在徑向移動(步驟S15)。在此，主軸30在圓形焊線79的一個外側中移動。平臺20繼續(xù)轉動。平臺的傾斜角θ不變。因此，在圓形焊線79的外側形成一個弧形焊縫79C。旋轉工具50相對于旋轉工具50的相對移動方向的傾斜角θ從角度360°+α(從主軸30開始在徑向開始)必須為上述的3°。在此，由于此部分通常不是要進行摩擦攪拌焊接的部分，它可以不需要規(guī)則的摩擦攪拌焊接而進行。
當旋轉工具50移入一預定位置50E中時，主軸30(即旋轉工具50)退出并且主軸30從部件70和焊線76中抽出(步驟S17)。主軸30的退出位置由主軸30的一個移動量確定。主軸30的退出位置為部件70的一個外徑的一內側。在一個其中旋轉工具50從部件70抽出的位置中(焊接的完成點)，留下一個對應于旋轉工具50的小直徑部52的一外徑的孔55。
在完成摩擦攪拌焊接后，部件70被取走，而且由另一個機床切去部件70不需要的部分。在此，圓形焊線79的外側的部件70被切去并且制成一個圓形(步驟S21)。圖5和圖6中示出的附圖標記74表示一個切去位置。由于孔55在焊接的完成點打開，此切去部分通過根據一種機加工切除部件70的一個外周部而被去除。此外，由于產生毛刺和存在凹部，如果需要的話根據要焊接的面(圖6中的上面)焊接部被切去。結果，焊接完成部中的孔55被去除，而要焊接一側的焊接變得平滑，這樣可以取得一個良好的產品外觀。
因此，不需要傾斜旋轉工具50和以圓形方式移動旋轉工具50。使用不能傾斜主軸30(旋轉工具50)的機床可以進行摩擦攪拌焊接。此外，在主軸30不能傾斜的情況下，用于保持在圓形移動方向中的預定角θ并移動的程序設計很困難并且成本很高。但是，根據以上實施例，由于傾斜由平臺20給定，旋轉工具50由此狀態(tài)旋轉，則上述高成本的程序設計就沒有必要。因此，根據本發(fā)明的上述實施例，使用現有的機床就可以低成本而容易地進行摩擦攪拌焊接。
根據需要可以進行這些切除。在焊接完成點中的孔55由一個鉆床等加工，并且孔可以形成為一個螺栓孔等類似物。此外，孔55根據TIG(鎢惰性氣體)焊接而蓋住，并且切去焊接面的側面。用于TIG焊接的焊條的材料與部件50的相同。因此，孔的焊接部在沒有涂敷的情況下幾乎看不見。
一個用于檢測對接部位置的光學傳感器設置在主軸30一側上，而且根據此光學傳感器的數值可以移動主軸30的位置。由于平臺20的轉動主軸30的移動方向相對于此移動方向為一個矩形。因此，即使在對接部(連線79)中第一部件70的精度和第二部件76的精度很低，旋轉工具50的軸線中心也可以定位在對接部的中心。
此外，要進行焊接的焊接線是用于焊接的圓形線、環(huán)形自由曲線、非環(huán)形圓線、以及非環(huán)形自由曲線。在自由曲線的情況下，平臺20可以以焊接部的圓弧中心為中心轉動，而平臺20直線移動。由于機床為數控型，對應于各種曲線焊接可以容易地進行。在圓弧線的情況下焊接的完成點的孔55根據焊接或釬焊而埋住。此外，可以采用環(huán)形焊接，其中焊線包括直線的四個側邊。在此情況下，對于四個側邊的焊接，平臺線性移動。對于側邊的相交部或附近的圓弧部的焊接，平臺20轉動。
此外，不僅對接部的焊接而且其中兩個部件重疊的一個部分都能焊接。此外，可以使用一種縱向型機床。
當例如焊接在圓形焊線的一個內側之中完成時，根據一個平底擴孔方式去除內側部件。
旋轉工具50相對于移動方向傾斜，而且根據平臺20進行用于相對移動的轉動。由于旋轉工具50的傾斜和用于旋轉工具50的圓形移動分開進行，焊接可以以低成本和容易地進行。
此外，在進行摩擦攪拌焊接之后，在其中部件70固定到平臺20上的狀態(tài)下，主軸30的旋轉工具50被更換成切削用的旋轉工具。更換由主軸30和一刀具安裝裝置之間的一個自動更換裝置進行。此后，根據主軸旋轉切削用刀具旋轉，不需要的部分被切除。切除后，當進行摩擦攪拌焊接時，在去除后用于切削的油和用于清洗的油對摩擦攪拌焊接產生不良的影響。此外，根據殘余的切削量，兩個部件中的組合精度可能很差。但是，在進行摩擦攪拌焊接之后，由于切除不需要的部分，可以避免上述問題。在摩擦攪拌焊接之前，進行兩個部件的切除，但是根據另一個機床充分進行切削用油的去除。由于切除，例如在旋轉工具50退出以及此外一個螺栓切削的過程中，孔55的所需直徑可以擴大。
此外，要進行焊接的一對部件的摩擦攪拌焊接使用一個第一旋轉工具進行，接著在主軸和刀具安裝裝置之間旋轉工具被更換，然后使用一第二旋轉工具進行要承受焊接的上述部件的一第二焊接部的摩擦攪拌焊接。
本發(fā)明的技術范圍不受上述描述的限定，本領域的技術人員可以在本發(fā)明的范圍內容易地進行替換。
根據本發(fā)明，可以容易地進行環(huán)形、圓形、自由曲線形、圓弧形的摩擦攪拌焊接。
權利要求
1.一種機床，包括一個用于轉動一用于在一豎向面或一水平面中固定一對部件的平面的平臺；以及一個主軸，與所述水平面或所述豎直面相對并具有沿一水平方向或一豎直方向的一軸線中心并進一步在一個其中一摩擦攪拌焊接用旋轉工具安裝到其一端上的狀態(tài)下轉動；機床的特征在于對于所述平臺的一個方向，在所述平臺的一個轉動方向中，所述旋轉工具的一個軸線中心的一個小直徑部分一側定位在所述旋轉工具的一大直徑部分一側的一后部中，而且所述旋轉工具的所述軸線中心可以傾斜。
2.如權利要求1所述的機床，其特征在于所述主軸的一端安裝成可以沿其所述軸線中心移動。
3.如權利要求1所述的機床，其特征在于所述主軸安裝成可以在平臺轉動過程中在所述主軸的一徑向中移動。
4.如權利要求1所述的機床，其特征在于所述平臺安裝成在所述平臺轉動過程中可以在其所述軸線中心的一徑向中移動。
5.一種機床，包括一個用于轉動一用于固定一對部件的平面的平臺；以及一個主軸，其中一個軸線中心相對于所述平臺的一水平面或一豎直面傾斜并且可以在其中一摩擦攪拌焊接用旋轉工具安裝到其一端上的狀態(tài)下轉動；機床的特征在于對于所述主軸的一個傾斜方向，在所述平臺的一轉向中，所述旋轉工具的一軸線中心的小直徑部一側定位在所述旋轉工具的大直徑部的一后部中，而且所述旋轉工具的所述軸線中心可以傾斜。
6.如權利要求5所述的機床，其特征在于所述主軸的一端安裝成可以沿其所述軸線中心移動。
7.如權利要求5所述的機床，其特征在于所述主軸安裝成可以在平臺轉動過程中在所述主軸的一徑向中移動。
8.如權利要求5所述的機床，其特征在于所述平臺安裝成在所述平臺轉動過程中可以在其所述軸線中心的一徑向中移動。
全文摘要
在一個數控機床的主軸(30)上安裝一個旋轉工具(50)。主軸(30)不傾斜。要進行焊接的一第一部件(70)和一第二部件(76)固定在一個平臺(20)上。為了在平臺(20)傾斜的一個狀態(tài)下傾斜第一部件(70)和第二部件(76)的一個焊接部，與旋轉工具(50)的軸向中心相對，通過相對旋轉工具(50)轉動平臺(20)并移動要焊接的一個部分，可以根據一種摩擦攪拌焊接對此部分進行焊接?？梢苑奖愕剡M行一個環(huán)形或圓形(包括圓弧)摩擦攪拌焊接。
文檔編號B23K20/12GK1583345SQ20041006448
公開日2005年2月23日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權日2000年3月6日
發(fā)明者江角昌邦, 福寄一成, 水崎剛 申請人:株式會社日立制作所