摩擦攪拌接合工具及摩擦攪拌接合裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開摩擦攪拌接合工具及摩擦攪拌接合裝置。雙軸肩攪拌頭具有與成為對象的工件的表面抵接的第一軸肩面、與該第一軸肩面相對配置并抵接于工件的背面的第二軸肩面、將第一軸肩面和第二軸肩面之間的間隔固定并連接的軸部，在第一軸肩面和第二軸肩面上形成第一渦槽和第二渦槽，該第一渦槽和第二渦槽在上述第一軸肩面或者第二軸肩面上隨著朝向外周側(cè)而向工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸并在外周側(cè)端邊緣開口。
【專利說明】摩擦攪拌接合工具及摩擦攪拌接合裝置
[0001]本申請是申請日為2012年I月18日、申請?zhí)枮?01210015535.7、發(fā)明名稱為“摩擦攪拌接合工具及摩擦攪拌接合裝置”的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及對工件進行摩擦攪拌接合的摩擦攪拌接合工具及摩擦攪拌接合裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]作為將由兩個部件構(gòu)成的工件接合的方法之一，已知有摩擦攪拌接合。摩擦攪拌接合是指，在工件的接合部位上通過工具的被稱作軸肩面的面以規(guī)定的加壓力加壓的狀態(tài)下使該工具旋轉(zhuǎn)，由此在工件表面產(chǎn)生摩擦熱，通過該摩擦熱使工件軟化進行接合。
[0004]在這樣的摩擦攪拌接合中，有使用被稱作雙軸肩攪拌頭(e 一 > )型工具的方式(例如參照專利文獻(xiàn)I?4)。
[0005]雙軸肩攪拌頭型工具具有:具有一軸肩面的表面?zhèn)容S肩、具有與一軸肩面相對的其它軸肩面的背面?zhèn)容S肩。背面?zhèn)容S肩安裝在貫通表面?zhèn)容S肩的軸部上。在進行摩擦攪拌接合時，使軸部貫通工件，在工件的表面?zhèn)扰渲帽砻鎮(zhèn)容S肩，在背面?zhèn)扰渲帽趁鎮(zhèn)容S肩。然后，通過表面?zhèn)容S肩及背面?zhèn)容S肩的各自的軸肩面夾住工件的表面及背面并進行加壓產(chǎn)生摩擦熱，由此使工件軟化。此時,插入到軟化部分的軸部對軟化的工件進行攪拌，由此進行摩擦攪拌接合。
[0006]在這樣的雙軸肩攪拌頭型工具中，如果因工件的變形或者制作誤差而產(chǎn)生板壓變動，則從一對軸肩面作用于工件的加壓力發(fā)生變動，可能產(chǎn)生接合不良。針對該問題，在專利文獻(xiàn)5中公開了如下技術(shù):通過將軸肩面形成為錐狀并且在該軸肩面形成螺旋形狀槽或同心狀槽，抑制工件的板厚變動。
[0007]另外，在專利文獻(xiàn)6中公開了如下技術(shù):在接合作業(yè)中即工具行進中，在根據(jù)工件厚度可調(diào)整一對軸肩面之間間隔的可動式雙軸肩攪拌頭型工具的軸肩面上形成渦狀槽，由此抑制工件發(fā)生翹曲。
[0008]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2002-263863號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2:(日本)特開2005-74518號公報
[0010]專利文獻(xiàn)3:(日本)特表2005-519769號公報
[0011]專利文獻(xiàn)4:(日本)特開2003-326376號公報
[0012]專利文獻(xiàn)5:(日本)特開2003-320465號公報
[0013]專利文獻(xiàn)6:(日本)特開2005-7466號公報
[0014]但是，在專利文獻(xiàn)5所記載的工具中，因工件的板厚變動而工件的厚度比一對軸肩面的間隔大的情況下，這些軸肩面削去工件表面并排出到工具的外部。其結(jié)果是，工件的厚度極端地減薄，不能進行良好的接合。另外，隨著錐狀軸肩面與工件接觸的范圍發(fā)生變化，摩擦熱的熱輸入發(fā)生變動，可能產(chǎn)生接合不良。
[0015]另一方面，在使用專利文獻(xiàn)6記載的工具進行接合作業(yè)中即工具行進中，對根據(jù)工件厚度可調(diào)整軸肩面間隔的工具而言，也可以考慮被控制為使該間隔隨著工件的板厚變動而變動。但是，如果板厚變動微小，就難以進行該控制，從而仍然不能進行良好的接合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于提供即使工件發(fā)生板厚變動也能夠容易地進行良好的接合的雙軸肩攪拌頭型的摩擦攪拌接合工具以及具有該摩擦攪拌接合工具的摩擦攪拌接合裝置。
[0017]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案。
[0018]S卩，本發(fā)明提供一種摩擦攪拌接合工具，具有:與成為對象的工件的表面抵接的第一軸肩面、與該第一軸肩面相對配置并抵接于所述工件的背面的第二軸肩面、將所述第一軸肩面與所述第二軸肩面之間的間隔固定并連接的軸部，通過該軸部繞軸線按照規(guī)定的工具旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，對所述工件實施摩擦攪拌接合，其特征在于，具有槽部，所述槽部形成在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中至少一個軸肩面上，在所述第一軸肩面或者所述第二軸肩面上，隨著朝向外周側(cè)而向所述工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸并在外周側(cè)端邊緣開口。
[0019]根據(jù)具有這種特征的摩擦攪拌接合工具，在工件發(fā)生板厚變動以使該工件的厚度大于第一軸肩面與第二軸肩面之間的間隔的情況下，工件的多余的厚度能夠被形成在這些第一軸肩面和第二軸肩面中至少一個軸肩面上的槽部刮入。即，由于隨著朝向軸線的徑向外側(cè)而向工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸的槽部在摩擦攪拌接合工具的外周側(cè)端邊緣開口，因此，隨著繞軸線的旋轉(zhuǎn)，工件的一部分以侵入槽部內(nèi)的方式被刮入。然后，這樣被刮入槽部內(nèi)并軟化的工件的一部分通過軸部攪拌而成為接合部，因此，工件不會發(fā)生極端的減薄。
[0020]需要說明的是，由于第一軸肩面和第二軸肩面彼此平行地配置，所以與工件接觸的這些第一軸肩面和第二軸肩面的接觸范圍不會極端地變化。因此，由摩擦熱輸入的熱量不會大幅變動。
[0021]另外，由于第一軸肩面和第二軸肩面之間的間隔通過軸部固定，所以也不需要根據(jù)板厚變動來可變控制這些第一軸肩面和第二軸肩面之間的間隔。
[0022]另外，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合工具中，優(yōu)選將所述第一軸肩面和所述第二軸肩面之間沿所述軸線方向的間隔被設(shè)定為:從所述工件的厚度的最小容許尺寸減去所述摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量而得到的尺寸以下。
[0023]由此，即使在工件的板厚變動達(dá)到該工件的厚度的最小容許尺寸的情況下，由于第一軸肩面和第二軸肩面分別抵接于工件，所以也能夠使這些第一軸肩面和第二軸肩面與工件之間產(chǎn)生的摩擦熱所輸入的熱量為恒定。因此，能夠避免在工件的接合部位上產(chǎn)生熱輸入的偏差，從而能夠進行良好的接合。
[0024]另外，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合工具中，優(yōu)選在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面上均形成所述槽部，所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中的所述槽部的底部彼此之間沿所述軸線方向的間隔被設(shè)定為:從所述工件的厚度的最大容許尺寸減去所述摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量而得到的尺寸以上。
[0025]由此，即使在工件的板厚變動達(dá)到該工件的厚度的最大容許尺寸的情況下，也能夠?qū)⒃摴ぜ亩嘤嗟暮穸瓤煽康毓稳氩鄄績?nèi)。
[0026]另外，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合工具中，也可以在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中一個軸肩面上形成有所述槽部，所述槽部的底部與所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中另一個軸肩面之間沿所述軸線方向的間隔被設(shè)定為:從所述工件的厚度的最大容許尺寸減去所述摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量而得到的尺寸以上。
[0027]由此，與上述相同，即使工件的板厚變動達(dá)到該工件的厚度的最大容許尺寸，也能夠?qū)⒃摴ぜ亩嘤嗟暮穸瓤煽康毓稳氩鄄績?nèi)。
[0028]本發(fā)明提供一種摩擦攪拌接合裝置，其特征在于，包括:上述任一的摩擦攪拌接合工具、設(shè)置于所述工件的表面?zhèn)鹊闹黧w部、保持所述摩擦攪拌接合工具并且相對所述主體部在所述軸線方向上相對位移自如地支撐在該主體部上的工具保持部。
[0029]由此，能夠使摩擦攪拌接合工具追隨工件的板厚變動所引起的起伏，因此，能夠?qū)ぜ己玫貙嵤┙雍稀?br> [0030]另外，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合裝置中，優(yōu)選具有支撐部件，所述支撐部件的一端固定在所述工具保持部上，另一端朝向所述工件的表面被靠壓而能夠抵接于工件的表面。
[0031]由此，能夠通過支撐部件吸收工件的板厚變動的同時，通過摩擦攪拌接合工具進行摩擦攪拌接合，因此，能夠?qū)ぜ己玫貙嵤┙雍稀?br> [0032]根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌接合工具及摩擦攪拌接合裝置，能夠在槽部深度的范圍內(nèi)應(yīng)對工件的板厚變動。另外，除能夠抑制摩擦熱所輸入的熱量變動之外，由于也不需要抑制軸肩面之間的間隔，所以能夠容易地對工件進行良好的接合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施方式的摩擦攪拌接合裝置的縱剖面圖；
[0034]圖2是圖1的局部放大圖，是說明摩擦攪拌接合工具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖；
[0035]圖3是圖2的A-A剖面圖；
[0036]圖4是圖2的B-B剖面圖；
[0037]圖5是圖1的局部放大圖，是說明支撐部件的可動范圍的圖；
[0038]圖6是變形例的摩擦攪拌接合工具的縱剖面圖。

【具體實施方式】
[0039]下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施方式的雙軸肩攪拌頭(摩擦攪拌接合工具)及摩擦攪拌接合裝置。
[0040]如圖1所示，本實施方式的摩擦攪拌接合裝置100是通過摩擦攪拌接合將由第一部件Wl及第二部件W2這兩個部件構(gòu)成的工件W接合的裝置。以下，說明通過摩擦攪拌接合裝置100將板狀的第一部件Wl及第二部件W2的相互相對或者抵接的接合端面彼此接合的例子。
[0041]該摩擦攪拌接合裝置100包括:安裝在未圖示的加工機主軸上的主體部10、由該主體部10支撐的工具保持部20、一體地被該工具保持部20保持的雙軸肩攪拌頭30、抵接在工件W的表面的支撐部件40。
[0042]主體部10在工件W的表面?zhèn)缺慌渲贸膳c該工件W隔開間隔，該主體部10形成具有圓筒部11和蓋部16的有底筒狀，該圓筒部11以與工件W的延伸方向(本實施方式中為水平方向)正交的軸線O為中心，該蓋部16將該圓筒部11中的軸線O方向的一側(cè)(在工件W的表面?zhèn)葟脑摫砻骐x開的一側(cè)，以下簡稱為上方)封閉。即，該主體部10被配置成使圓筒部11中的軸線O方向的另一側(cè)(在工件W的表面?zhèn)扰c該表面接近的一側(cè)，以下簡稱為下方)的開口部面對該工件W的表面。這樣的主體部10隨著被一體地固定的加工機的主軸的移動，沿軸線O方向以及沿工件W的表面的方向可任意移動。
[0043]在圓筒部11的內(nèi)周面上，形成有以軸線O為中心向徑向外側(cè)環(huán)狀地凹進的第一環(huán)狀凹部12和第二環(huán)狀凹部13。這些第一環(huán)狀凹部12和第二環(huán)狀凹部13在軸線O方向上彼此分開配置，第一環(huán)狀凹部12位于第二環(huán)狀凹部13的上方。而且，沿徑向貫通圓筒部11的內(nèi)外的第一孔部14的徑向內(nèi)側(cè)的端部在第一環(huán)狀凹部12中開口。此外，沿徑向貫通圓筒部11的內(nèi)外的第二孔部15的徑向內(nèi)側(cè)的端部在第二環(huán)狀凹部13中開口。
[0044]工具保持部20形成以軸線O為中心的多臺階圓柱狀，被配置成在該主體部10的內(nèi)側(cè)從主體部10的圓筒部11的下端開口相對于該主體部10沿軸線O方向可相對位移。
[0045]該工具保持部20的外周面具有第一外周面22、第二外周面23及第三外周面24。第一外周面22與工具保持部20中朝向上方的第一端面21相連，具有與圓筒部11的內(nèi)周面相同的外徑。第二外周面23配置在第一外周面22的下方，具有比該第一外周面22小一臺階的外徑。第三外周面24配置在第二外周面23的下方，與第一外周面22同樣，具有與圓筒部11的內(nèi)周面相同的外徑。而且，該第三外周面24與工具保持部20中朝向下方的第二端面相連。
[0046]需要說明的是，第一外周面22和第二外周面23之間的臺階部形成環(huán)狀，成為朝向下方的第一臺階面25。而且，第二外周面23和第三外周面24之間的臺階部形成環(huán)狀，成為朝向上方的第二臺階面26。
[0047]另外，在主體部10內(nèi)，由蓋部16、工具保持部20的第一端面21及圓筒部11的內(nèi)周面劃分出第一流體室28。在該第一流體室28中存在第一環(huán)狀凹部12，由此，第一孔部14的徑向內(nèi)側(cè)的端部朝向第一流體室28內(nèi)開口。
[0048]而且，在主體部10內(nèi)，由第二外周面23、第一臺階面25、第二臺階面26及圓筒部11的內(nèi)周面劃分出第二流體室29。在該第二流體室29中存在第二環(huán)狀凹部13，由此，第二孔部15的徑向內(nèi)側(cè)的端部朝向第二流體室29內(nèi)開口。
[0049]另外，第一孔部14和第二孔部15的徑向外側(cè)的端部分別經(jīng)由未圖示的壓力控制閥與流體壓力源連接。因此，通過壓力控制閥的開閉，從流體壓力源進行流體壓力的供給和排出，由此第一流體室28內(nèi)和第二流體室29內(nèi)的壓力被調(diào)整。在本實施方式中，由壓力控制閥控制第一流體室28內(nèi)和第二流體室29內(nèi)的壓力，以便即使工具保持部20和主體部10在軸線O方向上發(fā)生相對位移，也能夠使工具保持部20相對主體部10靜止。即，工具保持部20被支撐為其在第一流體室28內(nèi)和第二流體室29內(nèi)的流體壓力的平衡下相對主體部10在軸線O方向上自如地發(fā)生相對位移。
[0050]需要說明的是，流體壓可以是液壓，也可以是氣壓。
[0051]該工具保持部20通過與未圖示的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)連接，可繞軸線O旋轉(zhuǎn)。這樣工具保持部20旋轉(zhuǎn)時，以及工具保持部20相對主體部10在軸線O方向上相對位移時，第一外周面22和第三外周面24在圓筒部11的內(nèi)周面上滑接。
[0052]雙軸肩攪拌頭30具有以軸線O為中心形成且彼此形成一體的第一軸肩部31、第二軸肩部34及軸部37。該雙軸肩攪拌頭30隨著工具保持部20繞軸線O旋轉(zhuǎn)而繞該軸線O旋轉(zhuǎn)。下面，將該雙軸肩攪拌頭30繞軸線O的旋轉(zhuǎn)方向稱作工具旋轉(zhuǎn)方向R。
[0053]第一軸肩部31形成以軸線O為中心的圓柱狀，其軸線O方向一側(cè)的端部即上端部一體地固定在工具保持部20上，其軸線O方向另一側(cè)的端面即下端面配置在工件W的表面?zhèn)榷蔀榘磯涸摫砻娴牡谝惠S肩面32。
[0054]第二軸肩部34形成以軸線O為中心的圓柱狀，具有配置在工件W的背面?zhèn)劝磯涸摫趁娴牡诙S肩面35，S卩，第二軸肩面35以與第一軸肩面32在軸線O方向上隔開間隔的狀態(tài)相對配置在該第一軸肩面32的下方。需要說明的是，第二軸肩面35與第一軸肩面32平行。
[0055]軸部37形成外經(jīng)比第一軸肩部31和第二軸肩部34的外徑小且沿軸線O延伸的柱狀，將第一軸肩面32和第二軸肩面35在軸線O方向上連接。
[0056]需要說明的是,在本實施方式中,通過軸部37固定第一軸肩面32和第二軸肩面35之間的間隔，即雙軸肩攪拌頭30形成為在接合中第一軸肩面32和第二軸肩面35的相對位置彼此不動地固定的固定型。
[0057]而且，在第一軸肩面32和第二軸肩面35上形成有第一渦槽(槽部)33或第二渦槽(槽部)36。
[0058]S卩，如圖3所示，在第一軸肩面32上形成有第一渦槽33，該第一渦槽33隨著朝向外周側(cè)即朝向軸線O的徑向外側(cè)，逐漸朝向工具旋轉(zhuǎn)方向R前方側(cè)以渦卷狀扭轉(zhuǎn)。該第一渦槽33的徑向外側(cè)的端部在位于該第一渦槽33外周側(cè)的第一軸肩部31外周面即外周側(cè)端邊緣開口。該第一渦槽33的深度即沿軸線O方向從第一軸肩面32到第一渦槽33的底部的尺寸在該第一渦槽33的延伸方向的整個區(qū)域中恒定。
[0059]另外，如圖4所示，在第二軸肩面35上形成有第二渦槽36，該第二渦槽36隨著朝向外周側(cè)即朝向軸線O的徑向外側(cè)逐漸朝向工具旋轉(zhuǎn)方向R前方側(cè)以渦卷狀扭轉(zhuǎn)。該第二渦槽36的徑向外側(cè)的端部在位于該第二渦槽36外周側(cè)的第二軸肩部34外周面即外周側(cè)端邊緣開口。該第二渦槽36的深度即沿軸線O方向從第二軸肩面35到第二渦槽36的底部的尺寸在該第二渦槽36的延伸方向的整個區(qū)域中恒定。
[0060]在此，在本實施方式中，第一軸肩面32和第二軸肩面35之間沿軸線O方向的間隔，以及第一渦槽33的底部和第二渦槽36的底部之間沿軸線O方向的間隔分別被設(shè)定為預(yù)先確定的規(guī)定尺寸。
[0061]S卩，如下述(I)式所示，第一軸肩面32和第二軸肩面35之間沿軸線O方向的間隔T1被設(shè)定為:從工件W在上下方向上的厚度的最小容許尺寸Wuis減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸以下。
[0062]T1 ^ WLMS-AL...(I)
[0063]需要說明的是，更優(yōu)選將上述間隔T1設(shè)定為:與從工件W在上下方向上的厚度的最小容許尺寸Wuis減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸相同的值。另外，T1的最小值可以根據(jù)工件W的厚度適當(dāng)設(shè)定，例如可以設(shè)定為1mm程度。
[0064]另外，如下述(2)所示，第一渦槽33和第二渦槽36的底部彼此之間沿軸線O方向的間隔T2被設(shè)定為:從工件W沿軸線O方向的厚度的最大容許尺寸Wmms減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸以上。
[0065]T2 彡 Wmms- AL...(2)
[0066]需要說明的是，更優(yōu)選將上述間隔T2設(shè)定為:與從工件W沿軸線O方向的厚度的最大容許尺寸Wmms減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸相同的值。另外，T2的最大值可以根據(jù)第一軸肩部31和第二軸肩部34沿軸線O方向的厚度適當(dāng)設(shè)定。
[0067]此外，摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量Λ L是根據(jù)構(gòu)成軸部37的材料的熱膨脹系數(shù)、摩擦攪拌接合時接合部的溫度(例如450°C?500°C )、常溫時軸部37沿軸線O方向的尺寸即常溫時第一軸肩面32和第二軸肩面35之間沿軸線O方向的間隔計算出的值。
[0068]如圖1所示，橫跨工具保持部20的第二端面27和工件W中第一部件Wl的表面或著第二部件W2的表面設(shè)置一對支撐部件40。該支撐部件40具有一端固定在工具保持部20的第二端面27上并朝向下方延伸的螺旋彈簧41 (施力部件)和一體地設(shè)置在該螺旋彈簧41的下端側(cè)的滾輪42。
[0069]需要說明的是，代替螺旋彈簧41也可以采用例如橡膠等彈性體。
[0070]滾輪42具有固定在螺旋彈簧41的另一端上且在包含軸線O的截面上呈倒U形的滾輪支撐部43，和在該滾輪支撐部43的內(nèi)側(cè)繞與軸線O正交的旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地配置并與工件W的表面抵接的滾輪主體44。
[0071]這種支撐部件40在兩側(cè)成對配置以便從與接合端面的延伸方向(使雙軸肩攪拌頭30掃描的方向)正交的水平方向夾著該雙軸肩攪拌頭30。
[0072]支撐部件40的螺旋彈簧41如圖5所示，至少滾輪42的下端在軸線O方向上的位置在與第一軸肩面32 —致的狀態(tài)和與第一渦槽33的底部一致的狀態(tài)之間在軸線O方向上可伸縮。
[0073]其次，對該實施方式的作用進行說明。
[0074]如圖1所示，在進行摩擦攪拌接合時，以夾入第一軸肩部31的第一軸肩面32和第二軸肩部34的第二軸肩面35之間的方式配置工件W。由此，從第一軸肩面32向工件W的表面賦予加壓力的同時，從第二軸肩面35向工件W的背面賦予加壓力。此時，在工件W的表面上配置支撐部件40的滾輪42。
[0075]然后，在該狀態(tài)下，使雙軸肩攪拌頭30與工具保持部20 —同按照工具旋轉(zhuǎn)方向R旋轉(zhuǎn)時，在第一軸肩面32和工件W的表面之間以及第二軸肩面35和工件W的背面之間產(chǎn)生摩擦熱而工件W被軟化，通過由軸部37攪拌該軟化部而進行摩擦攪拌接合。這樣的摩擦攪拌接合是隨著主體部10的移動，工具保持部20及雙軸肩攪拌頭30沿第一部件Wl及第二部件W2的接合端面的延伸方向進行掃描而依次進行的。此時，支撐部件40的滾輪42以抵接于工件W的表面的狀態(tài)隨著雙軸肩攪拌頭30的掃描而滾動，同時在工件W的表面上行進。
[0076]在此，工件W沿軸線O方向的尺寸，即作為工件W的第一部件Wl及第二部件W2的厚度在最大容許尺寸和最小容許尺寸之間具有偏差而設(shè)定。因此，在利用雙軸肩攪拌頭30進行摩擦攪拌的部位，隨著雙軸肩攪拌頭30的掃描而產(chǎn)生板厚變動。
[0077]與之相對，在本實施方式的雙軸肩攪拌頭30中，因工件W的板厚變動而工件W的厚度大于第一軸肩面32和第二軸肩面35之間間隔的情況下，通過形成于這些第一軸肩面32和第二軸肩面35上的第一渦槽33和第二渦槽36刮除工件W的多余的厚度。
[0078]g卩，由于隨著朝向軸線O的徑向外側(cè)而向工具旋轉(zhuǎn)方向R前方側(cè)延伸的第一渦槽33和第二渦槽36在雙軸肩攪拌頭30的外周側(cè)即外周側(cè)端邊緣開口，因此，隨著繞軸線O的旋轉(zhuǎn)，工件W的一部分以侵入第一渦槽33或第二渦槽36內(nèi)的方式被刮入。而且，這樣刮入槽部內(nèi)的被軟化的工件W的一部分通過軸部37進行攪拌成為接合部，因此，在工件W不會產(chǎn)生極端的減薄。
[0079]另外，第一軸肩面32和第二軸肩面35之間沿軸線O方向的間隔Tl被設(shè)定為:從工件W沿上下方向的厚度的最小容許尺寸Wuis減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸以下，因此，即使在工件W的板厚變動達(dá)到該工件W的厚度的最小容許尺寸的情況下，第一軸肩面32和第二軸肩面35分別處于與工件W抵接的狀態(tài)。由此，第一軸肩面32和第二軸肩面35分別與工件W接觸的面積沒有大幅變化，所以能夠使摩擦熱對工件W輸入的熱量為恒定，從而能夠避免在工件W的接合部位上發(fā)生熱輸入偏差。
[0080]另外，第一渦槽33和第二渦槽36的底部彼此之間沿軸線O方向的間隔T2被設(shè)定為:從工件W沿軸線O方向的厚度的最大容許尺寸Wmms減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量Λ L而得到的尺寸以上，因此，即使在工件W的板厚變動達(dá)到該工件W的厚度的最大容許尺寸的情況下，也能夠?qū)⒃摴ぜ的多余的厚度可靠地刮入槽部內(nèi)。因此，工件W的表面不會被第一軸肩面32和第二軸肩面35削除，所以工件W不會產(chǎn)生極端的減薄。
[0081]這樣，在本實施方式的雙軸肩攪拌頭30中，由于在第一渦槽33和第二渦槽36的深度范圍內(nèi)能夠應(yīng)對工件W的板厚變動，因此，即使在隨著雙軸肩攪拌頭30的掃描而工件W產(chǎn)生了板厚變動的情況下，也能夠容易地進行良好的接合。
[0082]另外，在本實施方式的摩擦攪拌接合裝置100中，第一流體室28內(nèi)和第二流體室29內(nèi)的壓力被控制為:即使在軸線O方向上使工具保持部20和主體部10進行相對位移的情況下，也能夠使工具保持部20相對主體部10靜止即，采用相對主體部10沿軸線O方向相對位移自如地支撐工具保持部20的浮動機構(gòu)。
[0083]由此，在工件W發(fā)生板厚變動而從該工件W賦予雙軸肩攪拌頭30的壓力發(fā)生變動的情況下，保持該雙軸肩攪拌頭30的工具保持部20沿軸線O方向自如地相對位移。因此，能夠使雙軸肩攪拌頭30追隨工件W的板厚變動所引起的起伏，從而能夠?qū)ぜ實施更良好的接合。
[0084]另外，在工件W上發(fā)生板厚變動所引起的起伏時，抵接于該工件W的支撐部件40的螺旋彈簧41根據(jù)工件W的板厚變動而在軸線O方向上進行伸縮。由此，能夠通過支撐部件40吸收工件W的板厚變動的同時，通過摩擦攪拌接合工具進行摩擦攪拌接合，因此，能夠抑制對工件W產(chǎn)生的載荷變動，從而能夠?qū)υ摴ぜ實施更良好的接合。
[0085]需要說明的是，此時，優(yōu)選將螺旋彈簧41的彈簧常數(shù)設(shè)定為:從隨著支撐部件40中的螺旋彈簧41的壓縮而由該螺旋彈簧41賦予工具保持部20的壓縮力，減去由雙軸肩攪拌頭30的第一軸肩面32賦予工件W的表面的力所得的力的值為1kgf?50kgf的范圍。由此，能夠適宜地抑制由雙軸肩攪拌頭30施加給工件W的載荷的變動。
[0086]其次，參照圖6對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。在第二實施方式中，對于與第一實施方式相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號并省略詳細(xì)的說明。
[0087]該第二實施方式的雙軸肩攪拌頭30僅在第一軸肩面32上形成有第一渦槽33，在第二軸肩面35上未形成第二潤槽36,這一點與第一實施方式不同。該雙軸肩攪拌頭30的第二軸肩面35形成與軸線O正交的平坦?fàn)睢?br> [0088]在此，在本實施方式中，第一軸肩面32和第二軸肩面35之間沿軸線O方向的間隔Tl與第一實施方式相同，如上述(I)式所示，被設(shè)定為從工件W沿上下方向的厚度的最小容許尺寸Wuis減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量Δ L而得到的尺寸以下。
[0089]另外，第一渦槽33的底部和第二軸肩面35之間沿軸線O方向的間隔T3如下述
(3)式所示，被設(shè)定為:從工件W沿軸線O方向的厚度的最大容許尺寸Wmms減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸以上。
[0090]T3 彡 Wmms- AL...(3)
[0091]需要說明的是，更優(yōu)選將上述間隔T3設(shè)定為:與從工件W沿軸線O方向的厚度的最大容許尺寸Wmms減去摩擦攪拌接合時軸部37沿軸線O方向的熱膨脹量AL而得到的尺寸相同的值。另外，T3的最大值可以根據(jù)第一軸肩部31的厚度適當(dāng)設(shè)定。
[0092]由此，也與第一實施方式相同，在工件W的板厚變動達(dá)到該工件W的厚度的最小容許尺寸的情況下，由于第一軸肩面32和第二軸肩面35分別與工件W抵接，因此，能夠避免在工件W的接合部位發(fā)生熱輸入的偏差。
[0093]另外，即使在工件W的板厚變動達(dá)到該工件W的厚度的最大容許尺寸的情況下，也能夠?qū)⒃摴ぜ的多余的厚度刮入槽部內(nèi)。
[0094]因此，能夠在槽部的深度范圍內(nèi)應(yīng)對工件W的板厚變動，所以，即使在工件W發(fā)生板厚變動的情況下，也能夠容易地進行良好的接合。
[0095]以上，對本發(fā)明的實施方式進行了詳細(xì)的說明，但只要不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想，則不限于此，也可以進行稍微的設(shè)計變更等。
[0096]例如，在第二實施方式中，僅在第一軸肩面32上形成第一渦槽33而將第二軸肩面35形成為平坦?fàn)?，但也可以將第一軸肩面32形成為平坦?fàn)疃诘诙S肩面35上形成第二渦槽36。在該情況下，與上述相同，即使工件W發(fā)生了板厚變動，也能夠容易地進行良好的接合。
[0097]另外，在實施方式中，作為形成于第一軸肩面32和第二軸肩面35的槽部，以形成渦狀的第一渦槽33和第二渦槽36為例進行了說明，但是槽部也未必形成為渦狀。S卩，形成于第一軸肩面32和第二軸肩面35中至少一方的槽部只要至少在隨著朝向外周側(cè)而向工具旋轉(zhuǎn)方向R前方側(cè)延伸并在外周側(cè)即外周側(cè)端邊緣開口即可，例如也可以形成為圓弧狀或者直線狀。該情況下，由于從外周側(cè)將工件W刮入槽部內(nèi)，所以也能夠順利地對應(yīng)工件W的板厚變動。
[0098]需要說明的是，在實施方式中，說明了將第一部件Wl和第二部件W2的接合端面在該接合端面的整個延伸方向上進行接合的例子，但是也可以將摩擦攪拌接合裝置100使用于例如點接合等局部的接合。
[0099]另外，第一軸肩面32和第二軸肩面35之間的間隔也可以在接合前根據(jù)工件W的厚度任意調(diào)整。
[0100]進而，在實施方式中，說明了第一軸肩面32和第二軸肩面35彼此平行的情況，但是，這些第一軸肩面32和第二軸肩面35也可以不平行，即也可以將第一軸肩面32和第二軸肩面35彼此傾斜地配置。
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦攪拌接合方法，其特征在于，該摩擦攪拌接合方法使用摩擦攪拌工具，該摩擦攪拌工具具有:與成為對象的工件的表面抵接的第一軸肩面、與該第一軸肩面相對配置并抵接于所述工件的背面的第二軸肩面、將所述第一軸肩面與所述第二軸肩面之間的間隔固定并連接的軸部、形成在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中至少一個軸肩面上，并在所述第一軸肩面或者所述第二軸肩面上，隨著朝向外周側(cè)而向所述軸部繞軸線的工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸并在外周側(cè)端邊緣開口的槽部，該摩擦攪拌工具通過向所述工具旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，對所述工件實施摩擦攪拌接合， 該摩擦攪拌接合方法包括:確定工件厚度的最小容許尺寸的工序， 摩擦攪拌接合工件的工序， 且工具厚度的最小容許尺寸通過以下公式(I)確定， Wlms^VAL (I) 需要說明的是，Wuis是工件厚度的最小容許尺寸,T1是所述第一軸肩面和所述第二軸肩面之間沿所述軸部的軸線方向的間隔，AL是摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量。
2.一種摩擦攪拌接合方法,其特征在于,該摩擦攪拌接合方法使用摩擦攪拌工具,該摩擦攪拌工具具有:與成為對象的工件的表面抵接的第一軸肩面、與該第一軸肩面相對配置并抵接于所述工件的背面的第二軸肩面、將所述第一軸肩面與所述第二軸肩面之間的間隔固定并連接的軸部、形成在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中至少一個軸肩面上，并在所述第一軸肩面或者所述第二軸肩面上，隨著朝向外周側(cè)而向所述軸部繞軸線的工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸并在外周側(cè)端邊緣開口的槽部，該摩擦攪拌工具通過向所述工具旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，對所述工件實施摩擦攪拌接合， 該摩擦攪拌接合方法包括:確定工件厚度的最大容許尺寸的工序， 摩擦攪拌接合工件的工序， 且工具厚度的最大容許尺寸通過以下公式(2)確定，
Wmb 彡 T3+Λ L (2) 需要說明的是，Wmms是工件厚度的最大容許尺寸，T3是所述槽部的底部與所述第一軸肩面和所述第二軸肩面中另一個軸肩面之間沿所述軸部的軸線方向的間隔，AL是摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量。
3.一種摩擦攪拌接合方法,其特征在于,該摩擦攪拌接合方法使用摩擦攪拌工具,該摩擦攪拌工具具有:與成為對象的工件的表面抵接的第一軸肩面、與該第一軸肩面相對配置并抵接于所述工件的背面的第二軸肩面、將所述第一軸肩面與所述第二軸肩面之間的間隔固定并連接的軸部、形成在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面這兩個軸肩面上，并在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面上，隨著朝向外周側(cè)而向所述軸部繞軸線的工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸并在外周側(cè)端邊緣開口的槽部，該摩擦攪拌工具通過向所述工具旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，對所述工件實施摩擦攪拌接合， 該摩擦攪拌接合方法包括:確定工件厚度的最小容許尺寸的工序， 摩擦攪拌接合工件的工序， 且工具厚度的最小容許尺寸通過以下公式(3)確定， Wlms^VAL (3) 需要說明的是，Wuis是工件厚度的最小容許尺寸,T1是所述第一軸肩面和所述第二軸肩面之間沿所述軸部的軸線方向的間隔，AL是摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量。
4.一種摩擦攪拌接合方法,其特征在于,該摩擦攪拌接合方法使用摩擦攪拌工具,該摩擦攪拌工具具有:與成為對象的工件的表面抵接的第一軸肩面、與該第一軸肩面相對配置并抵接于所述工件的背面的第二軸肩面、將所述第一軸肩面與所述第二軸肩面之間的間隔固定并連接的軸部、形成在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面這兩個軸肩面上，并在所述第一軸肩面和所述第二軸肩面上，隨著朝向外周側(cè)而向所述軸部繞軸線的工具旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)延伸并在外周側(cè)端邊緣開口的槽部，該摩擦攪拌工具通過向所述工具旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，對所述工件實施摩擦攪拌接合， 該摩擦攪拌接合方法包括:確定工件厚度的最大容許尺寸的工序， 摩擦攪拌接合工件的工序， 且工具厚度的最大容許尺寸通過以下公式(4)確定， Wms^VAL ⑷ 需要說明的是，Wmms是工件厚度的最大容許尺寸，T2是所述第一軸肩面與所述第二軸肩面中的所述槽部的底部彼此之間沿所述軸部的軸線方向的間隔，AL是摩擦攪拌接合時所述軸部沿所述軸線方向的熱膨脹量。
【文檔編號】B23K20/12GK104227223SQ201410341400
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】加藤慶訓(xùn), 佐藤廣明 申請人:三菱重工業(yè)株式會社