CN1342540A - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种良好地进行由凹部和凸部嵌合的对接部的接合的摩擦搅拌接合方法。使型材10、20的端部对接。型材20的梯形凸部22进入到型材10的梯形凹部12。从凸部13、23侧插入回转工具50进行摩擦搅拌接合。回转工具50的小直径部51b为锥状,设置有螺纹。大直径部53为回转工具50的轴部之外的另一构件,由销58连接。螺纹部51b的螺纹设置到大直径部53的端面的凹坑53g附近,可充分地进行端面附近的搅拌。为此,可进行良好的摩擦搅拌接合。

Description

摩擦搅拌接合方法

本发明涉及摩擦搅拌接合方法。

在摩擦搅拌接合方法中，一边回转插入到接合部的圆棒(指回转工具)一边沿接合线移动，使接合部发热和软化，产生塑性流动，进行固相接合。回转工具由大直径部和其前端的小直径部构成。将小直径部插入到要接合的构件中，使大直径部的端面接触上述构件，进行接合。在小直径部设有螺纹。另外，螺纹部侧的大直径部的端面凹进去。另外，在有的场合，使要接合的构件位于回转工具的2个大直径部间进行摩擦搅拌接合。这些内容公开于专利第2712838号(USP5460317)、特表平9-508073号(EP0752926B1)。

如图4所示那样，考虑摩擦搅拌接合铝合金制的2个挤压型材10、20的对接部的场合。在型材10的面板11的端面设置梯形的凹部12，在型材20的面板21的端面设置梯形的凸部22。使凸部22进入到凹部12。凹部12、凸部22为梯形是为了易于插入。另外，在型材10、20的端部具有朝上方凸出的第2凸部13、23。在型材10、20为铁道车辆的车身的场合，型材10、20的长度约为20m。为此，对接部的型材10、20实质上不在相同面上的情况较多。为了防止这一情况发生，在对接合部的端面设置凹部12、凸部22，使两者嵌合。

在该状态下，如图9所示，从上方插入回转工具50的小直径部51，将大直径部53的端面(小直径部51侧的端面)插入到凸部13、23，在这样的状态下，使回转工具50回转着沿对接部移动，进行摩擦搅拌接合。符号100为用于固定型材10、20的台架。

图10示出将其接合的回转工具50。回转工具50在大直径部53的前端具有小直径部51。小直径部51为前端侧的直径大的锥状。这是为了充分搅拌凹部12和凸部22的接合部。在小直径部51的锥面设有阳螺纹。大直径部53的端面53h朝大直径部53凹入。

在大直径部53的近旁(指小直径部51的基端侧)的小直径部51没有螺纹，因为在小直径部51的基端侧设置螺纹较困难。这是由于小直径部为锥状的缘故。

在图9中，小直径部51的没有螺纹的部分位于梯形的凹部12、梯形的凸部22的上部的斜面(指边)。为此，该部分的搅拌不充分。当搅拌不充分时，对强度会产生影响。在要接合的构件为铝合金的场合，型材10、20的表面氧化的情况较多。如搅拌不充分，则该氧化膜对强度会产生不良影响。

本发明的目的在于提供一种可对由凹部与凸部嵌合的对接部良好地进行接合的摩擦搅拌接合方法。

本发明的特征在于，使螺纹位于凹部和凸部的嵌合部。

图1为本发明一实施例的接合过程中的纵断面图。

图2为回转工具的侧面图。

图3为图2的回转工具的分解纵断面图。

图4为图1的一对挤压型材的纵断面图。

图5为铁道车辆的车身的透视图。

图6为本发明另一实施例的接合过程中的纵断面图。

图7为图6的回转工具的分解纵断面图。

图8为图6的回转工具的组装状态的纵断面图。

图9为现有技术的接合过程中的纵断面图。

图10为现有回转工具的纵断面图。

下面根据图1-图5说明本发明的一实施例。铁道车辆的车身500包括构成侧面的侧部构架501、构成顶部的顶部构架502、构成底板的台架503、及构成长度方向的端部的侧部构架504。侧部构架501、顶部构架502、台架503分别通过接合多个挤压型材10、20构成。挤压型材10、20的长度方向(挤出方向)朝着车身500的长度方向。挤压型材10、20由铝合金制成。车辆的车内侧即面板11、21的凸部13、23侧具有多个肋，虽然在图中未示出。型材10、20的对接部的构成如上所述。

回转工具50的构件包括具有小直径部51的圆棒50b和大直径部53用的构件53b。在圆棒50b的小直径部的端部，从前端侧依次设置在锥状小直径部具有螺纹的螺纹部51b和固定大直径部的构件53b的轴部51c。螺纹部51b的前端侧为大直径。在轴部51c设有用于固定大直径部的构件53b的销孔51f。

构件53b与大直径部53相当，外形为圆形。构件53b具有与轴部51c嵌合的孔53c。轴部51c的直径与孔53c的直径的差小。在构件53b具有销孔53f。构件53b插入到轴部51c，由定位销58固定。

在朝向螺纹部51b的构件53b的端面具有凹坑53g。凹坑53g的螺纹部51b侧深，外周部侧浅。凹坑53g止住接合的金属，抑制从该大直径部53的端面流出金属。与凹坑53h同样。

轴部51c的长度L1比构件53b的长度L3短。螺纹部51b的长度L2比现有螺纹部51b的长度长出该相差的量(L3-L1)。螺纹的长度随螺纹部51b的长度L2的增大而成比例地变长。构件53b的凹坑53g的内径侧的端部53d位于轴部51c的端面51d。为此，当在轴部51c安装构件53b时，螺纹位于凹坑53g内。或者，螺纹位于构件53b的外周部的轴向端部的近旁。

大直径部53的直径D比2个凸部13、23的宽度W1与W2合起来的宽度W小，凸部13、23的金属成为填充2个型材10、20的对接部分间的间隙的原材料。另外，摩擦搅拌接合时，大直径部53的最下端位于凸部13、23内。大直径部53位于凸部13、23内是指大直径部53的最下端位于除凸部13、23外的面板11、21的上面的上方。回转工具50的回转如公知的那样相对其移动方向倾斜。小直径部51侧的轴心相对大直径部53侧的轴心位于移动方向侧地倾斜。大直径部53的下端的后端的最下端位于凸部13、23内。

使回转工具50的轴心位于凹部12的深度方向的中央周围，进行摩擦搅拌接合。为此，凸部13的宽度W1比凸部23的W2大。在圆棒50b的上端具有使其回转和移动的驱动装置。

这样，螺纹部51b的螺纹在大直径部53的端面(螺纹部51b侧的端面、螺纹部51b的基端侧)附近形成。为此，嵌合的梯形部的上部斜面(指边)12b、22b由螺纹搅拌，所以，被沿轴向搅拌。为此，抑制了氧化膜带来的强度问题。

在上述实施例中，螺纹部51b为锥状，即使不为锥状(指直线状)，在大直径部53的端面附近也难以设置螺纹，所以，存在同样的问题。为此，如图7所示，在直线状的螺纹部的场合，大直径部也可为另一构件。

在上述实施例中，由销58接合大直径部53b，但也可通过热装固定。另外，也可在轴部51c设置螺纹，由其进行固定。在该场合，相对回转方向为反螺纹。

另外，当使用在大直径部53的端面附近用没有螺纹的现有回转工具50接合的场合，使凹部12、凸部22的梯形上部的斜面12b、22b与小直径部51的螺纹位置对齐。

另外，在凸部13、23内设置凹部12、凸部22的梯形上部的斜面12b、22b，在大直径部53的端面附近用没有螺纹的现有回转工具50接合。之后，为了除去搅拌不完全部分，切削凸部13、23。这样，由于在残留的部分没有搅拌不充分的部分，所以，没有强度的问题。

下面，说明图6-图9的另一实施例。在该实施例中，于小直径部61的螺纹部61b的两端设置大直径部63、64，将对接部夹在该2个大直径部63、64之间进行摩擦接合。

回转工具60由具有小直径部61的圆棒60b和大直径部63、64用构件63b、64b构成。构件63b、64b由定位销固定在圆棒60b的轴部61c、61d。在小直径部61从前端侧设置用于固定构件64b的轴部61d、螺纹部61b、及固定构件63b的轴部61c。螺纹部61b为直线状。轴部61c的直径与螺纹部61b的直径相同。轴部61d的直径比螺纹部61b的直径小。螺纹部61b的正规的螺纹长度比长度L大。螺纹部61b的位置根据凹坑63h、64h的形状确定。在轴部61c、61d具有销孔61f、61g。

构件63b、64b具有嵌合于轴部61c、61d的直径的孔63c、64c。轴部61c、61d的直径与孔63c、64c的直径的差小。在构件63b、64b具有销孔63d、64d。在构件63b、64b，于朝向螺纹部61b的端面具有与上述凹坑53h、53g的目的同样的凹坑63h、64h。凹坑63h、64h的内径侧的端部63j、64j位于比构件63b、64b外周侧的轴端63k、64k更下凹的位置。这样，如图8的组装图所示那样，大直径部63侧的螺纹端部位于大直径部63的凹坑63h内。大直径部64侧的螺纹端部位于凹坑64h内。

接合时，如上述实施例那样，将大直径部63的下端插入到凸部13、23内。回转工具60如上述实施例那样倾斜。前端的大直径部64的螺纹部61b侧的前端插入到面板11、21的下部。当进行摩擦搅拌接合时，在大直径部64的后方相对面板11、21的下面金属稍有凸出。当面板11、21的下面位于车身外面时，将上述凸起的金属切削，成为平面。

这样，可充分搅拌梯形部的上部的斜面12b、22b。另外，面板11、21的下部侧也可充分地搅拌。为此，可充分搅拌面板11、21的对接部的整个范围。

在上述实施例中，凹坑63h、64h的内径侧的端部63j、64j设于大直径部63、64的端部63k、64k的内侧，但即使两者设于相同位置，也可在更靠近螺纹端部的位置设置凹坑63h、64h。另外，连着螺纹部61b地在轴部61c设置螺纹，由此可固定大直径部63。这些也可适用于没有前端侧大直径部的回转工具。

本发明的技术范围不限于专利申请范围的各权利要求中记载的内容或发明的公开部分记载的内容，它包括了本领域的技术人员可容易地根据它作出改变的范围。

按照本发明，即使摩擦接合由梯形的凹部、凸部嵌合的部分，也可进行良好的接合。

Claims (14)

1.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：将第1构件的端部与第2构件的端部对接，在上述第1构件的上述端部具有朝上述对接方向凸出的凸部，在上述第2构件的上述端部具有上述凸部进入的凹部，当将大直径部和具有螺纹的小直径部构成的回转工具的上述小直径部插入到上述对接部进行摩擦搅拌接合时，在上述螺纹位于上述大直径部侧的上述凹部和上述凸部的边的状态下，进行摩擦搅拌接合。

2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述凹部为梯形，上述凸部为梯形，上述凹部和上述凸部的上述边为上述凹部和上述凸部的上述梯形斜面，在上述螺纹位于该斜面的状态下进行上述摩擦搅拌接合。

3.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：将第1构件的端部与第2构件的端部对接，在上述第1构件的上述端部具有朝上述对接方向凸出的凸部，在上述第2构件的上述端部具有上述凸部进入的凹部，使用在具有螺纹的小直径部的一端的轴部设置了该小直径部之外的另一构件的大直径部的回转工具，将上述小直径部插入到上述对接的部分进行摩擦搅拌接合，此时，在上述螺纹位于上述大直径部侧的上述凹部和上述凸部的边的状态下进行摩擦搅拌接合。

4.如权利要求3所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述凹部为梯形，上述凸部为梯形，上述凹部和上述凸部的上述边为上述凹部和上述凸部的上述梯形斜面，在上述螺纹位于该斜面的状态下进行上述摩擦搅拌接合。

5.如权利要求3所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述小直径部为另一端侧的直径比上述一端侧大的锥形，上述小直径部侧的上述大直径部的端面凹下。

6.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：使第1构件的端部与第2构件的端部对接，在具有螺纹的小直径部的一端的轴部设置该小直径部以外的另一构件的大直径部，朝向上述小直径部的上述大直径部的面凹下，使用上述螺纹的端部位于该凹坑内的回转工具，将上述小直径部插入到上述对接的部分进行摩擦接合。

7.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：使第2构件的端部与第1构件的端部对接，在大直径部的前端设置具有螺纹的小直径部，在该小直径部的前端的轴部设置该小直径部之外的另一构件的第2大直径部，在上述大直径部和上述第2大直径部，使用朝向上述小直径部的端面凹下的回转工具，在将上述对接部分夹在上述大直径部与上述第2大直径部之间的状态下进行摩擦搅拌。

8.如权利要求7所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：在上述第1构件的上述端部具有朝上述对接方向凸出的梯形凸部，在上述第2构件的上述端部具有上述凸部进入的梯形凹部，在上述螺纹位于上述大直径部侧的上述凹部与上述凸部的边的状态下进行摩擦搅拌接合。

9.如权利要求7所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述第2大直径部侧的上述螺纹端部在该第2大直径部的上述凹坑内。

10.如权利要求7所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述大直径部为上述小直径部之外的另一构件，该大直径部侧的上述螺纹的端部在该大直径部的上述凹坑内。

11.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：使在端部具有朝厚度方向凸出的第1凸部的第1构件的上述端部和在端部具有朝厚度方向凸出的第1凸部的第2构件的上述端部对接，在上述第1构件的包含上述第1凸部的上述端部具有朝上述对接方向凸出的第2凸部，在上述第2构件的包含上述第1凸部的上述端部具有上述第2凸部进入的凹部，将由大直径部和具有螺纹的小直径部构成的回转工具的上述小直径部插入到上述对接的部分，将上述大直径部插入到上述第1构件和第2构件的各上述第1凸部，在该状态下进行摩擦搅拌接合，接着，切削上述第1构件和上述第2构件的各上述第1凸部。

12.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：使第1构件的端部和第2构件的端部对接，在上述第1构件的上述端部具有朝上述对接方向凸出的凸部，在上述第2构件的上述端部具有上述凸部进入的凹部，使回转工具的轴心位于上述凹部的深度方向的中央，进行摩擦搅拌接合。

13.一种摩擦搅拌接合用回转工具，其特征在于：由具有螺纹的小直径部和设置于该小直径部的轴端的另一构件的大直径部构成，上述小直径部侧的上述大直径部的面凹下，上述螺纹的端部位于上述大直径部的上述凹坑内。

14.如权利要求13所述的摩擦搅拌接合用回转工具，其特征在于：在与具有上述大直径部的轴端相反侧的轴端具有另一构件的第2大直径部，上述小直径部侧的上述第2大直径部的面凹下，上述螺纹的端部位于上述第2大直径部的上述凹坑内。

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