JP7519666B2 - Friction Welding Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦圧接装置に関するものである。 The present invention relates to a friction welding device.
従来、回転チャックにより把持した円柱状のワークと固定クランプ装置によって把持した円柱状のワークの接合面どうしを押し付けながら、回転チャックを回転させることにより両ワークを接合する摩擦圧接装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
2つのワークを摩擦圧接により接合するには、回転しているワークと他方のワークとを軸方向に相互に押し付ける力を発生させる必要がある。
Conventionally, there has been known a friction welding device that joins two cylindrical workpieces by rotating a rotating chuck and a cylindrical workpiece held by a fixed clamping device while pressing the joining surfaces of the two workpieces against each other (see, for example, Patent Document 1).
In order to join two workpieces by friction welding, it is necessary to generate a force that presses the rotating workpiece and the other workpiece against each other in the axial direction.
特許文献1の摩擦圧接装置においては、固定クランプ装置は、円柱状のワークを径方向に挟んだ両側からV溝を有する2つの爪を近接させて挟んでいる。 In the friction welding device of Patent Document 1, the fixed clamp device clamps a cylindrical workpiece radially with two claws having V-grooves that are close together on both sides.
しかしながら、長手軸方向に延びる外周面に開口部が存在するワークを摩擦圧接により接合する場合、開口部には応力が集中しやすいため、接合時の押し付け力によって開口部の位置でワークが変形する虞がある。
したがって、開口部の位置で変形するのを抑制することが望まれている。
However, when workpieces having openings on their outer peripheral surface extending in the longitudinal direction are joined by friction welding, stress is likely to concentrate at the openings, and there is a risk that the workpiece will be deformed at the location of the openings due to the pressing force applied during joining.
It is therefore desirable to suppress deformation at the opening location.
本発明の一態様は、第1ワークを把持して回転軸線周りに回転させる回転チャックと、長手軸を有する柱状の第2ワークを、前記回転軸線と前記長手軸とを一致させた状態に支持する支持部材と、前記回転チャックと前記支持部材とを前記長手軸方向に近接させ、前記第1ワークの端面と前記第2ワークの端面とを突き合わせる直動機構とを備え、前記第2ワークが前記長手軸方向の外周面に前記長手軸に交差する方向に開口部を備え、前記支持部材が前記第2ワークを支持したときに前記開口部内に挿入される突起を備え、該突起が、前記開口部の前記端面側の第1内側面に密着可能な形状を備える摩擦圧接装置である。 One aspect of the present invention is a friction welding device that includes a rotating chuck that grips a first workpiece and rotates it around a rotation axis, a support member that supports a columnar second workpiece having a longitudinal axis with the rotation axis and the longitudinal axis aligned, and a linear motion mechanism that brings the rotating chuck and the support member close to each other in the longitudinal axis direction and butts the end face of the first workpiece with the end face of the second workpiece, the second workpiece having an opening on its outer circumferential surface in the longitudinal axis direction in a direction intersecting the longitudinal axis, and a protrusion that is inserted into the opening when the support member supports the second workpiece, the protrusion having a shape that allows it to come into close contact with the first inner side surface on the end face side of the opening.
本態様によれば、第2ワークを支持部材によって支持し、第1ワークを把持した回転チャックを回転させつつ、直動機構により、第1ワークの端面と第2ワークの端面とを近接させて突き合わせる。これにより、第1ワークの端面と第2ワークの端面とを摩擦させ、端面間に発生する摩擦熱によって両者を接合することができる。 According to this aspect, the second workpiece is supported by a support member, and while the rotating chuck gripping the first workpiece is rotated, the linear motion mechanism brings the end face of the first workpiece close to the end face of the second workpiece and butts them together. This causes friction between the end face of the first workpiece and the end face of the second workpiece, and the two are joined by the frictional heat generated between the end faces.
支持部材が第2ワークを支持したときには、第2ワークの長手軸方向の外周面に備えられた開口部内に突起が挿入される。開口部内に挿入された突起を、開口部の端面側の第1内側面に密着させることにより、第1ワークの端面から第2ワークの端面に加えられ、第1内側面を介して伝わる押し付け力が、突起によって受けられる。
すなわち、開口部の端面側の内側面に突起を密着させて押し付け力を受けることにより、開口部における応力集中を低減して変形を抑制することができる。
When the support member supports the second workpiece, the protrusion is inserted into an opening provided on the outer peripheral surface of the second workpiece in the longitudinal axis direction. The protrusion inserted into the opening is brought into close contact with a first inner surface on the end face side of the opening, so that the pressing force applied from the end face of the first workpiece to the end face of the second workpiece and transmitted via the first inner surface is received by the protrusion.
That is, by bringing the protrusion into intimate contact with the inner surface of the end face of the opening and receiving the pressing force, it is possible to reduce stress concentration at the opening and suppress deformation.
上記態様においては、前記開口部が、前記長手軸方向に延びる第2内側面を備え、前記突起が、前記第2内側面に密着可能な形状を備えていてもよい。
これにより、開口部内に突起を挿入すると、開口部の接合される端面側の第1内側面のみならず、長手軸方向に延びる第2内側面にも突起が密着させられる。回転している第1ワークが押し当てられたときに第2ワークにも回転軸線周りの回転力が伝達されるが、伝達された回転力も突起により受けられるので、第2ワークをより確実に支持することができる。
In the above aspect, the opening may have a second inner side surface extending in the longitudinal axis direction, and the protrusion may have a shape capable of coming into close contact with the second inner side surface.
As a result, when the protrusion is inserted into the opening, the protrusion is brought into close contact not only with the first inner surface on the end face side to which the opening is joined, but also with the second inner surface extending in the longitudinal direction. When the rotating first workpiece is pressed against it, a rotational force about the rotation axis is transmitted to the second workpiece, but the transmitted rotational force is also received by the protrusion, so that the second workpiece can be supported more reliably.
上記態様においては、前記第2ワークが、筒状部を備え、前記開口部が、前記筒状部の内部と外部とを貫通する貫通孔であってもよい。
第2ワークが剛性の小さな筒状部を備える形状であっても、貫通孔における応力集中を低減して変形を抑制することができる。
In the above aspect, the second work may include a cylindrical portion, and the opening may be a through hole that passes through the cylindrical portion from an inside to an outside.
Even if the second workpiece has a shape including a cylindrical portion with low rigidity, it is possible to reduce stress concentration in the through hole and suppress deformation.
また、前記突起が、前記貫通孔に挿入されたときに前記筒状部の内周面に密着可能な形状を備えていてもよい。
これにより、支持部材で第2ワークを支持するとともに、突起と支持部材との間においても第2ワークが支持される。その結果、第2ワークを、より確実に支持することができる。
The projection may have a shape that allows it to come into close contact with the inner circumferential surface of the cylindrical portion when inserted into the through hole.
This allows the second workpiece to be supported by the support member, and also between the protrusion and the support member, making it possible to more reliably support the second workpiece.
上記態様においては、前記支持部材が、前記長手軸に交差する方向に移動可能に設けられ前記第2ワークを挟む一対の可動部材であり、前記突起が、いずれかの前記可動部材に設けられていてもよい。
これにより、第2ワークを支持するときには、一対の可動部材を第2ワークの長手軸に交差する方向に移動させて、一対の可動部材間に第2ワークを挟むことにより支持する。このとき、第2ワークを挟むための可動部材の移動により、一方の可動部材に設けられた突起を、第2ワークの外周面に備えられた開口部内に挿入することができる。
In the above aspect, the support member may be a pair of movable members that are movable in a direction intersecting the longitudinal axis and that sandwich the second work, and the protrusion may be provided on one of the movable members.
As a result, when supporting the second workpiece, the pair of movable members are moved in a direction intersecting the longitudinal axis of the second workpiece to sandwich the second workpiece between the pair of movable members, and the second workpiece is supported by being supported. At this time, by moving the movable members to sandwich the second workpiece, a protrusion provided on one of the movable members can be inserted into an opening provided on the outer circumferential surface of the second workpiece.
また、上記態様においては、各前記可動部材が、前記第2ワークの前記外周面に密着可能な形状の支持面を有し、前記支持面は、前記第2ワークを挟んだときに、前記開口部から前記端面までの領域の少なくとも一部を覆う部分を有してもよい。
これにより、第2ワークの開口部と端面との間の領域の少なくとも一部を、可動部材の支持面によって覆うことができる。そして、これにより、摩擦圧接時の応力発生による第2ワークの変形を抑制することができる。
In addition, in the above aspect, each of the movable members may have a support surface shaped to be able to closely contact the outer peripheral surface of the second workpiece, and the support surface may have a portion that covers at least a portion of the area from the opening to the end face when the second workpiece is clamped.
This allows at least a portion of the area between the opening and the end face of the second workpiece to be covered by the support surface of the movable member, thereby making it possible to suppress deformation of the second workpiece due to stress generated during friction welding.
本発明の一実施形態に係る摩擦圧接装置1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る摩擦圧接装置1は、例えば、図4に示されるように、鋳鉄製の第1ワークW1の端面100aと、鋼管からなる第2ワークW2の端面(以下、接合端面という。)200aとを相対回転させながら押し付けることにより、摩擦圧接する装置である。
A friction welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The friction welding apparatus 1 according to this embodiment is an apparatus for frictionally welding an end face 100a of a first workpiece W1 made of cast iron and an end face (hereinafter referred to as a joining end face) 200a of a second workpiece W2 made of a steel pipe by pressing them together while rotating them relative to one another, as shown in FIG.
第1ワークW1は、任意の形状のものでよいが、図4に示す例では、円筒状の回転体形状を有している。本実施形態における第2ワークW2は、内孔200を有する円筒状の鋼管(筒状部)である。第2ワークW2は、接合端面200aに近接する長手軸方向の外周面に、長手軸に交差する方向(径方向)に貫通する開口部201を備えている。本実施形態の開口部201は、鋼管(筒状部)の内部と外部とを貫通する貫通孔である。
なお、本明細書について開口部201は、第2ワークW2の外周面から径方向内方に窪む凹部であってもよい。
The first workpiece W1 may have any shape, but in the example shown in Fig. 4, it has a cylindrical rotating body shape. The second workpiece W2 in this embodiment is a cylindrical steel pipe (tubular part) having an inner hole 200. The second workpiece W2 has an opening 201 penetrating in a direction intersecting the longitudinal axis (radial direction) on the outer circumferential surface in the longitudinal axis direction close to the joining end surface 200a. The opening 201 in this embodiment is a through hole penetrating the inside and outside of the steel pipe (tubular part).
In addition, in this specification, the opening 201 may be a recess recessed radially inward from the outer circumferential surface of the second workpiece W2.
開口部(貫通孔)201は、第2ワークW2を径方向の外側から見たときに、第2ワークW2の長手軸方向に延びる長円形状を有し、第2ワークW2の長手軸方向の両端に、径方向に延びる円弧状の内側面(以下、第1内側面という。)202を有している。また、開口部201は、両端の円弧状の第1内側面202どうしをつなぐように、第2ワークW2の長手軸方向および径方向に沿って真っ直ぐに延びる内側面(以下、第2内側面という。)203を有している。 When viewed from the outside in the radial direction of the second workpiece W2, the opening (through hole) 201 has an oval shape extending in the longitudinal direction of the second workpiece W2, and has arc-shaped inner surfaces (hereinafter referred to as first inner surfaces) 202 extending in the radial direction at both ends in the longitudinal direction of the second workpiece W2. The opening 201 also has an inner surface (hereinafter referred to as second inner surface) 203 that extends straight along the longitudinal direction and radial direction of the second workpiece W2 so as to connect the arc-shaped first inner surfaces 202 at both ends.
摩擦圧接装置1は、図1に示されるように、床面に設置されるベース2と、ベース2上に水平方向に移動可能に設置された主軸部3と、ベース2に対して主軸部3を水平方向に直線移動させる直動機構4と、ベース2に固定された支持部5とを備えている。
主軸部3は、主軸ベース6と、主軸ベース6に設けられ、第1ワークW1を把持する回転チャック7と、回転チャック7を水平な回転軸線A周りに回転駆動する主軸モータ8とを備えている。
これにより、回転チャック7は、主軸モータ8の作動により、把持した第1ワークW1を、水平な回転軸線A周りに回転させることができる。
As shown in FIG. 1, the friction welding apparatus 1 comprises a base 2 placed on a floor surface, a spindle section 3 placed on the base 2 so as to be movable in the horizontal direction, a linear motion mechanism 4 which moves the spindle section 3 linearly in the horizontal direction relative to the base 2, and a support section 5 fixed to the base 2.
The spindle unit 3 includes a spindle base 6, a rotating chuck 7 provided on the spindle base 6 for gripping the first workpiece W1, and a spindle motor 8 for driving the rotating chuck 7 to rotate around a horizontal rotation axis A.
As a result, the rotary chuck 7 can rotate the gripped first workpiece W1 around a horizontal rotation axis A by operation of the spindle motor 8.
直動機構4は、ベース2上に設置され、主軸ベース6をベース2に対して、水平方向に直線移動可能に支持するガイドレール9と、ベース2と主軸部3との間に配置され、主軸部3をガイドレール9に沿って直線移動させるアクチュエータ10とを備えている。アクチュエータ10は、例えば、油圧シリンダである。 The linear motion mechanism 4 is installed on the base 2 and includes a guide rail 9 that supports the spindle base 6 so that it can move linearly in the horizontal direction relative to the base 2, and an actuator 10 that is disposed between the base 2 and the spindle section 3 and moves the spindle section 3 linearly along the guide rail 9. The actuator 10 is, for example, a hydraulic cylinder.
ガイドレール9は、回転チャック7の回転軸線Aと平行に配置されている。これにより、回転チャック7に把持した第1ワークW1を主軸モータ8の作動によって回転軸線A周りに回転させながら、アクチュエータ10によって、回転軸線Aに沿う方向に移動させることができる。 The guide rail 9 is arranged parallel to the rotation axis A of the rotating chuck 7. This allows the first workpiece W1 held by the rotating chuck 7 to be rotated around the rotation axis A by the operation of the spindle motor 8, while being moved in a direction along the rotation axis A by the actuator 10.
支持部5は、図2に示されるように、ベース2に固定される支持部ベース11を備えている。また、支持部5は、回転チャック7の回転軸線Aを挟んだ左右両側に対向して配置された一対の支持部材(可動部材)12と、支持部ベース11に固定され、一対の支持部材12を相互に近接または離間する水平方向にそれぞれ駆動するアクチュエータ13とを備えている。アクチュエータ13は、例えば、油圧シリンダである。 As shown in FIG. 2, the support unit 5 includes a support unit base 11 that is fixed to the base 2. The support unit 5 also includes a pair of support members (movable members) 12 that are arranged opposite each other on both the left and right sides of the rotation axis A of the rotary chuck 7, and an actuator 13 that is fixed to the support unit base 11 and drives each of the pair of support members 12 in the horizontal direction to move them closer to or away from each other. The actuator 13 is, for example, a hydraulic cylinder.
一対の支持部材12は、図4に示されるように、それぞれ直方体ブロック状に形成されるとともに、対向する側面に、第2ワークW2の外径と同等の内径を有する半円形状の支持面12aを有している。一対の支持部材12が最も近接させられたときに、2つの支持面12aによって形成される仮想円の中心軸は、回転チャック7の回転軸線Aに一致させられる。 As shown in FIG. 4, each of the pair of support members 12 is formed in a rectangular parallelepiped block shape, and has a semicircular support surface 12a on the opposing side with an inner diameter equal to the outer diameter of the second workpiece W2. When the pair of support members 12 are brought closest to each other, the central axis of the imaginary circle formed by the two support surfaces 12a coincides with the rotation axis A of the rotary chuck 7.
一方の支持部材12は、図5に示されるように、支持面12aから突出する突起14を備えている。本実施形態において突起14は、円弧形状の第1側面14aと、第1側面14aの端から真っ直ぐに延びる2つの第2側面14bと、2つの第2側面14bどうしをつなぐ位置に真っ直ぐに延びる第3側面14cとを有している。 As shown in FIG. 5, one of the support members 12 has a protrusion 14 protruding from the support surface 12a. In this embodiment, the protrusion 14 has an arc-shaped first side surface 14a, two second side surfaces 14b that extend straight from the end of the first side surface 14a, and a third side surface 14c that extends straight to a position connecting the two second side surfaces 14b.
突起14は、一対の支持部材12の間に第2ワークW2を挟むときに、第2ワークW2の開口部201内に挿入される位置に配置されている。また、突起14の第1側面14aは、開口部201の接合端面200a側の第1内側面202に密着可能な形状を有している。すなわち、上述したように、第1内側面202は円弧状に形成されており、突起14の第1側面14aは、第1内側面202と同等の曲率を有する円弧形状を有している。 The protrusion 14 is positioned so that it is inserted into the opening 201 of the second workpiece W2 when the second workpiece W2 is sandwiched between the pair of support members 12. The first side surface 14a of the protrusion 14 has a shape that allows it to come into close contact with the first inner side surface 202 on the joining end surface 200a side of the opening 201. That is, as described above, the first inner side surface 202 is formed in an arc shape, and the first side surface 14a of the protrusion 14 has an arc shape with the same curvature as the first inner side surface 202.
また、2つの第2側面14bは、開口部201の第2内側面203に密着可能な形状を有している。すなわち、上述したように、第2内側面203は第2ワークW2の長手軸方向に真っ直ぐに延びる平面により構成されており、突起14の第2側面14bも平面により構成されている。
なお、突起14は、本実施形態に限定されるものではなく、第2側面14bを備えないものでもよい。
In addition, the two second side surfaces 14b have a shape that allows them to come into close contact with the second inner side surface 203 of the opening 201. That is, as described above, the second inner side surface 203 is configured by a plane that extends straight in the longitudinal axis direction of the second workpiece W2, and the second side surface 14b of the protrusion 14 is also configured by a plane.
The protrusion 14 is not limited to this embodiment, and may not have the second side surface 14b.
突起14は、図6に示されるように、一方の支持部材12の支持面12aに形成された座面15に、突起14を構成するブロック状部材を配置して、ボルト16により固定することにより、支持部材12と一体化されている。 As shown in FIG. 6, the protrusion 14 is integrated with the support member 12 by placing a block-shaped member that constitutes the protrusion 14 on a seat surface 15 formed on the support surface 12a of one of the support members 12 and fixing it with a bolt 16.
図1および図2において、摩擦圧接装置1は、第1ワークW1を回転軸線A周りに回転可能に、かつ、回転軸線Aに沿う方向に移動可能に、補助的に支持する第1補助支持部18をさらに備えている。第1補助支持部18は、上述した直動機構4のガイドレール9と平行に配置されたレール19により水平方向に直線移動可能に支持されている。 In Figures 1 and 2, the friction welding device 1 further includes a first auxiliary support part 18 that auxiliary supports the first workpiece W1 so that it can rotate around the rotation axis A and move in a direction along the rotation axis A. The first auxiliary support part 18 is supported so that it can move linearly in the horizontal direction by a rail 19 arranged parallel to the guide rail 9 of the linear motion mechanism 4 described above.
第1補助支持部18は、図7に示されるように、第1ワークW1が長尺の円柱状である場合に、第1ワークW1の外周面に接触して第1ワークW1の長手軸方向および周方向にそれぞれ転がり動く第1ローラ20および第2ローラ21を備えている。 As shown in FIG. 7, when the first workpiece W1 is a long cylindrical member, the first auxiliary support portion 18 is provided with a first roller 20 and a second roller 21 that contact the outer peripheral surface of the first workpiece W1 and roll in the longitudinal direction and circumferential direction of the first workpiece W1, respectively.
第1ローラ20は、第1ワークW1の下方において、回転チャック7の回転軸線Aに直交する平面内に水平に配置される軸線周りに回転可能に支持されている。
第1ローラ20は、第1ローラ20に載置した第1ワークW1の外周面において長手軸方向に転がり動くことにより、第1ワークW1を回転チャック7に把持させる際に、第1ワークW1を下から支持して、第1ワークW1を長手軸方向に移動させる作業を容易にする。
The first roller 20 is supported below the first workpiece W1 so as to be rotatable about an axis that is horizontally disposed in a plane perpendicular to the rotation axis A of the rotary chuck 7 .
The first roller 20 rolls in the longitudinal direction on the outer peripheral surface of the first workpiece W1 placed on the first roller 20, thereby supporting the first workpiece W1 from below when the first workpiece W1 is gripped by the rotating chuck 7, facilitating the task of moving the first workpiece W1 in the longitudinal direction.
また、第2ローラ21は、図7に示されるように、回転チャック7の回転軸線Aに平行な軸周りに回転可能に支持された一対のアーム22の先端に、それぞれ回転軸線Aに平行な軸周りに回転可能に支持されている。第1ローラ20と一対のアーム22とは、一対のアーム22の間に第1ワークW1を配置し、第1ローラ20に第1ワークW1が載置されると、一対のアーム22が連動して相互に近接する方向に回転する。そして、一対のアーム22の先端の第2ローラ21を第1ワークW1の外周面に接触させることにより、回転する第1ワークW1の外周面を支持して、第1ワークW1がぶれるのを防止する。
第1ワークW1が、図4に示されるような短尺の部材である場合には、第1補助支持部18はレール19から取り外してもよい。
7, the second roller 21 is supported at the tips of a pair of arms 22 rotatably supported about axes parallel to the rotation axis A of the rotary chuck 7. The first roller 20 and the pair of arms 22 are arranged such that the first workpiece W1 is disposed between the pair of arms 22, and when the first workpiece W1 is placed on the first roller 20, the pair of arms 22 rotate in a direction approaching each other in cooperation with each other. The second rollers 21 at the tips of the pair of arms 22 are brought into contact with the outer peripheral surface of the first workpiece W1, thereby supporting the outer peripheral surface of the rotating first workpiece W1 and preventing the first workpiece W1 from wobbling.
When the first workpiece W1 is a short member as shown in FIG. 4, the first auxiliary support portion 18 may be detached from the rail 19.
また、図1および図2において、摩擦圧接装置1は、第2ワークW2を回転軸線A周りに回転可能に、かつ、回転軸線Aに沿う方向に移動可能に、補助的に支持する第2補助支持部23をさらに備えている。第2補助支持部23は、第1補助支持部18と同様の構成を有し、長尺の第2ワークW2を支持部5に支持させる作業を行う際に、第2ワークW2の外周面を支持して、作業を容易にすることができる。
なお、第2ワークW2の長さに応じて、図10に示すように、第2補助支持部23を単独で複数設置して第2ワークW2を支持するようにしてもよい。
1 and 2, the friction welding apparatus 1 further includes a second auxiliary support part 23 that auxiliary supports the second workpiece W2 so as to be rotatable about the rotation axis A and movable in a direction along the rotation axis A. The second auxiliary support part 23 has a configuration similar to that of the first auxiliary support part 18, and can support the outer circumferential surface of the second workpiece W2 when the long second workpiece W2 is supported by the support part 5, making the work easier.
Depending on the length of the second workpiece W2, as shown in FIG. 10, a plurality of second auxiliary support portions 23 may be provided individually to support the second workpiece W2.
このように構成された本実施形態に係る摩擦圧接装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る摩擦圧接装置1を用いて、鋳鉄製の第1ワークW1の端面100aと鋼管からなる第2ワークW2の接合端面200aとを摩擦圧接するには、第1ワークW1を回転チャック7に把持させ、第2ワークW2を支持部5に支持させる。
The operation of the friction welding apparatus 1 according to this embodiment configured as above will be described below.
To frictionally weld the end face 100a of a first workpiece W1 made of cast iron and the joining end face 200a of a second workpiece W2 made of a steel pipe using the friction welding apparatus 1 of this embodiment, the first workpiece W1 is held by the rotating chuck 7 and the second workpiece W2 is supported by the support portion 5.
第1ワークW1は、回転体形状の中心軸を回転軸線Aに一致させた状態で回転チャック7に把持される。また、長尺の鋼管からなる第2ワークW2は、図8に示されるように、離間させられた一対の支持部材12の間に第2ワークW2を配置した状態で、アクチュエータ13の作動によって一対の支持部材12を近接させることにより、図9に示されるように、一対の支持部材12の間に挟まれる。 The first workpiece W1 is held by the rotary chuck 7 with the central axis of the rotating body shape aligned with the rotation axis A. The second workpiece W2, which is made of a long steel pipe, is sandwiched between a pair of support members 12 that are spaced apart as shown in FIG. 8 by operating the actuator 13 to bring the pair of support members 12 closer together as shown in FIG. 9.
これにより、図9および図11に示されるように、各支持部材12の支持面12aが、第2ワークW2の外周面に密着して、第2ワークW2の開口部201から接合端面200aまでの領域Bの少なくとも一部を全周にわたって取り囲む。また、この状態で、接合端面200aが部分的に支持部材12から露出させられる。支持面12aを第2ワークW2の外周面に密着させることにより、第2ワークW2の中心軸が回転チャック7の回転軸線Aに一致する位置に調整される。 9 and 11, the support surface 12a of each support member 12 is brought into close contact with the outer peripheral surface of the second workpiece W2, surrounding at least a portion of the region B from the opening 201 of the second workpiece W2 to the joint end surface 200a over the entire circumference. In this state, the joint end surface 200a is partially exposed from the support member 12. By bringing the support surface 12a into close contact with the outer peripheral surface of the second workpiece W2, the central axis of the second workpiece W2 is adjusted to a position that coincides with the rotation axis A of the rotary chuck 7.
また、一対の支持部材12の間に第2ワークW2が挟まれると、一方の支持部材12に備えられた突起14が、第2ワークW2の開口部201内に挿入される。
この状態で、図9に示されるように、主軸部3の主軸モータ8を作動させることにより回転チャック7に把持させた第1ワークW1を回転軸線A周りに回転させるとともに、直動機構4のアクチュエータ10を作動させて、第1ワークW1を第2ワークW2に近接させる。
Furthermore, when the second workpiece W2 is sandwiched between a pair of support members 12, the protrusion 14 provided on one of the support members 12 is inserted into the opening 201 of the second workpiece W2.
In this state, as shown in Figure 9, the spindle motor 8 of the spindle section 3 is operated to rotate the first workpiece W1 held by the rotating chuck 7 around the rotation axis A, and the actuator 10 of the linear motion mechanism 4 is operated to bring the first workpiece W1 close to the second workpiece W2.
そして、図10に示されるように、回転している第1ワークW1の端面100aを第2ワークW2の接合端面200aに押し付けると、アクチュエータ10による押し付け力が第1ワークW1から第2ワークW2に伝達される。これに対して、図11に示されるように、開口部201内に挿入した突起14の第1側面14aが開口部201の接合端面200a側の第1内側面202に密着させられる。これにより、第2ワークW2が第1ワークW1からの押し付け力によって長手軸方向に静止した状態で支持される。 As shown in FIG. 10, when the end surface 100a of the rotating first workpiece W1 is pressed against the joining end surface 200a of the second workpiece W2, the pressing force of the actuator 10 is transmitted from the first workpiece W1 to the second workpiece W2. In response to this, as shown in FIG. 11, the first side surface 14a of the protrusion 14 inserted into the opening 201 is brought into close contact with the first inner side surface 202 on the joining end surface 200a side of the opening 201. As a result, the second workpiece W2 is supported in a stationary state in the longitudinal axis direction by the pressing force from the first workpiece W1.
すなわち、突起14の第1側面14aと開口部201の接合端面200a側の第1内側面202との密着により、第2ワークW2が長手軸方向への移動を規制される。
この場合において、本実施形態に係る摩擦圧接装置1によれば、第1ワークW1側から第2ワークW2の接合端面200aに加えられる押し付け力の大部分が、開口部201の接合端面200a側の第1内側面202に密着する突起14によって受けられる。
That is, the contact between the first side surface 14a of the projection 14 and the first inner side surface 202 on the joining end surface 200a side of the opening 201 restricts the movement of the second workpiece W2 in the longitudinal direction.
In this case, according to the friction welding apparatus 1 of this embodiment, most of the pressing force applied from the first workpiece W1 side to the joining end surface 200a of the second workpiece W2 is received by the protrusion 14 that is in close contact with the first inner surface 202 on the joining end surface 200a side of the opening 201.
すなわち、本実施形態によれば、開口部201の接合端面200a側の第1内側面202に密着する突起14によって第2ワークW2を支持することにより、開口部201には実質的に応力集中を発生させずに済み、第2ワークW2が開口部201の位置で変形することを抑制することができるという利点がある。 In other words, according to this embodiment, by supporting the second workpiece W2 with the protrusion 14 that is in close contact with the first inner surface 202 on the joining end surface 200a side of the opening 201, there is an advantage in that stress concentration is substantially not generated in the opening 201, and deformation of the second workpiece W2 at the position of the opening 201 can be suppressed.
また、回転する第1ワークW1が押し付けられることにより、第2ワークW2には第1ワークW1から回転軸線A周りに回転する回転力が伝達される。この場合において、一方の支持部材12に設けられた突起14の第2側面14bが、第2ワークW2の開口部201の第2内側面203にも密着させられるので、第2ワークW2が周方向へ回転することを規制される。 In addition, as the rotating first workpiece W1 is pressed against the second workpiece W2, a rotational force is transmitted from the first workpiece W1 to the second workpiece W2, rotating the second workpiece W2 around the rotation axis A. In this case, the second side surface 14b of the protrusion 14 provided on one of the support members 12 is also brought into close contact with the second inner side surface 203 of the opening 201 of the second workpiece W2, so that the second workpiece W2 is restricted from rotating in the circumferential direction.
そして、第2ワークW2の外周面に密着する形状の支持面12aによって、開口部201と接合端面200aとの間の領域Bの少なくとも一部が全周にわたって覆われるので、第2ワークW2の外周面と支持面12aとの間の摩擦力によっても、第2ワークW2が支持され、変形しないように保護される。 The support surface 12a, which is shaped to fit closely to the outer peripheral surface of the second workpiece W2, covers at least a portion of the area B between the opening 201 and the joining end surface 200a over the entire circumference, so that the second workpiece W2 is supported and protected from deformation even by the frictional force between the outer peripheral surface of the second workpiece W2 and the support surface 12a.
なお、本実施形態においては、鋳鉄製の第1ワークW1と、円筒状の鋼管(筒状部)からなる第2ワークW2とを接合する場合を例示したが、第1ワークW1および第2ワークW2の材料は、これに限定されるものではない。また、鋼管からなる第2ワークW2に代えて、一部に筒状部を含む第2ワークに適用してもよく、また、内孔200を有しない円柱状の第2ワークに適用してもよい。内孔200を有しない円柱状の第2ワークの場合には、鋼管(筒状部)の内部と外部とを貫通する開口部(貫通孔)201に代えて、外周面から径方向内方に窪む凹部を備える第2ワークに適用することができる。 In this embodiment, the first workpiece W1 made of cast iron and the second workpiece W2 made of a cylindrical steel pipe (tubular portion) are joined, but the materials of the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are not limited to this. In addition, instead of the second workpiece W2 made of a steel pipe, the present invention may be applied to a second workpiece that includes a tubular portion in part, or to a cylindrical second workpiece that does not have an inner hole 200. In the case of a cylindrical second workpiece that does not have an inner hole 200, the present invention may be applied to a second workpiece that has a recess recessed radially inward from the outer circumferential surface, instead of an opening (through hole) 201 that penetrates the inside and outside of the steel pipe (tubular portion).
また、本実施形態においては、開口部(貫通孔)201は、長手軸方向に真っ直ぐ延びる第2内側面203を備える場合を例示したが、これに限定されるものではなく、曲率を有していてもよく、また、第2内側面203を備えない形状、すなわち第1内側面202だけからなる形状であってもよい。 In addition, in this embodiment, the opening (through hole) 201 is illustrated as having a second inner surface 203 that extends straight in the longitudinal axis direction, but this is not limited thereto, and the opening may have a curvature, or may have a shape that does not have a second inner surface 203, i.e., a shape that is made up of only the first inner surface 202.
また、本実施形態においては、一方の支持部材12に突起14を構成するブロック状部材をボルト16により締結することとしたが、突起14は支持部材12と一体物であってもよい。
また、支持部材12の長手軸方向の長さ寸法は任意でよい。本実施形態のように、支持部材12を第2ワークW2の開口部201の一部分を覆う長さとすることにより、第2ワークW2の開口部201をすべて覆う長さとする場合と比べて、支持部材12をコンパクトにすることができる。
In this embodiment, the block-shaped member constituting the projection 14 is fastened to one of the support members 12 by the bolt 16 , but the projection 14 may be integral with the support member 12 .
In addition, the length dimension in the longitudinal direction of the support member 12 may be arbitrary. By making the support member 12 long enough to cover a part of the opening 201 of the second workpiece W2 as in the present embodiment, the support member 12 can be made more compact than when the support member 12 is long enough to cover the entire opening 201 of the second workpiece W2.
また、本実施形態においては、支持部材12をアクチュエータ13によって移動させたが、これに代えて、支持部材12とアクチュエータ13とを切り離してもよい。
例えば、図12に示されるように、一対の支持部材12を第2ワークW2に密着させた状態でボルト24の締結によって相互に固定しておいてもよい。このとき、一方の支持部材12に備えられた突起14を第2ワークW2の開口部201に挿入し、突起14を開口部201の第1内側面202および第2内側面203に密着させておく。そして、第2ワークW2に固定された状態の支持部材12を一対のアクチュエータ13の加圧力によって挟み込めばよい。
In addition, in this embodiment, the support member 12 is moved by the actuator 13. However, instead of this, the support member 12 and the actuator 13 may be separated from each other.
12 , a pair of support members 12 may be fixed to each other by fastening bolts 24 in a state where the pair of support members 12 is in close contact with the second workpiece W2. At this time, a protrusion 14 provided on one of the support members 12 is inserted into an opening 201 of the second workpiece W2, and the protrusion 14 is brought into close contact with a first inner side surface 202 and a second inner side surface 203 of the opening 201. Then, the support member 12 fixed to the second workpiece W2 may be clamped by the pressure force of a pair of actuators 13.
アクチュエータ13によって加圧力を加える方向は、図12に示されるように、一対の支持部材12の第2ワークW2への着脱方向に直交する方向でもよいし、上記実施形態と同様に着脱方向と同一方向でもよい。
また、開口部201に嵌合される突起14の、長手軸方向の長さ寸法は任意でよい。
The direction in which the actuator 13 applies pressure may be perpendicular to the direction in which the pair of support members 12 are attached to and detached from the second workpiece W2, as shown in FIG. 12, or it may be the same direction as the attachment and detachment direction as in the above embodiment.
Furthermore, the length dimension in the longitudinal direction of the protrusion 14 that fits into the opening 201 may be arbitrary.
また、本実施形態においては、突起14が開口部201の第1内側面202および第2内側面203に密着する形状を有することとした。これに加えて、図13および図14に示されるように、突起14が、第2ワークW2の内孔200の内周面に密着可能な先端面14dを備えていてもよい。先端面14dは、全面が内孔200の内周面に密着する円弧状の横断面形状を有していてもよいし、間隔をあけた複数個所において密着する形状を有していてもよい。 In addition, in this embodiment, the protrusion 14 has a shape that closely contacts the first inner surface 202 and the second inner surface 203 of the opening 201. In addition, as shown in Figures 13 and 14, the protrusion 14 may have a tip surface 14d that can closely contact the inner circumferential surface of the inner hole 200 of the second workpiece W2. The tip surface 14d may have an arc-shaped cross-sectional shape whose entire surface closely contacts the inner circumferential surface of the inner hole 200, or may have a shape that closely contacts at multiple spaced locations.
これにより、上述のような支持部材12による第2ワークW2の支持に加えて、一方の支持部材12の突起14の先端面14dと他方の支持部材12の支持面12aとの間にワークW2を径方向に挟むことによっても、第2ワークW2が支持される。その結果、第2ワークW2を、より確実に支持することができるという利点がある。 As a result, in addition to the support of the second workpiece W2 by the support members 12 as described above, the second workpiece W2 is also supported by being radially sandwiched between the tip surface 14d of the protrusion 14 of one support member 12 and the support surface 12a of the other support member 12. This has the advantage of allowing the second workpiece W2 to be supported more reliably.
1 摩擦圧接装置
4 直動機構
7 回転チャック
12 支持部材(可動部材)
12a 支持面
14 突起
100a 端面
200 内孔
200a 端面(接合端面)
201 開口部(貫通孔)
A 回転軸線
W1 第1ワーク
W2 第2ワーク
1 Friction welding device 4 Linear motion mechanism 7 Rotary chuck 12 Support member (movable member)
12a Support surface 14 Projection 100a End surface 200 Inner hole 200a End surface (joint end surface)
201 Opening (through hole)
A Rotation axis W1 First workpiece W2 Second workpiece
Claims (5)
長手軸を有する柱状の第2ワークを、前記回転軸線と前記長手軸とを一致させた状態に支持する支持部材と、
前記回転チャックと前記支持部材とを前記長手軸方向に近接させ、前記第1ワークの第1端面と前記第2ワークの第2端面とを突き合わせる直動機構とを備え、
前記第2ワークが、前記長手軸方向に延びる外周面に前記長手軸に交差する方向に開口部を備え、
前記開口部が、前記長手軸方向に対向する一対の第1内側面と、
前記一対の第1内側面の一方の第1内側面から他方の第1内側面まで延びる一対の第2内側面であって、前記長手軸方向に沿って互いに対向する一対の第2内側面とを含み、
前記支持部材が、前記第2ワークを支持したときに前記開口部内に挿入される突起を備え、
前記突起は、前記第1ワークから前記第2ワークに対して、前記長手軸方向の一方側からの押し付け力および前記回転軸線周りの回転力が作用する際、
前記押し付け力を受け止めるように前記第2端面側に位置する前記一方の第1内側面に密着可能な第1側面と、
前記第1側面から延びる一対の第2側面であって、前記回転力を受け止めるように前記一対の第2内側面の少なくとも一部にそれぞれ密着可能な一対の第2側面と、
前記一対の第2側面をつなぐ第3側面であって、前記他方の第1内側面に対して空間を隔てて対向する第3側面とを含む、摩擦圧接装置。 a rotary chuck that grips the first workpiece and rotates it about a rotation axis;
A support member that supports a columnar second workpiece having a longitudinal axis in a state in which the rotation axis line and the longitudinal axis are aligned;
a linear motion mechanism that brings the rotary chuck and the support member close to each other in the longitudinal axis direction and butts a first end surface of the first workpiece against a second end surface of the second workpiece,
The second workpiece has an opening in a direction intersecting the longitudinal axis on an outer peripheral surface extending in the longitudinal axis direction,
The opening has a pair of first inner surfaces opposed to each other in the longitudinal axis direction;
a pair of second inner surfaces extending from one first inner surface of the pair of first inner surfaces to the other first inner surface of the pair of first inner surfaces, the pair of second inner surfaces facing each other along the longitudinal axis direction;
The support member includes a protrusion that is inserted into the opening when the support member supports the second workpiece,
When a pressing force from one side in the longitudinal axis direction and a rotational force around the rotation axis act from the first workpiece to the second workpiece,
a first side surface that can be brought into close contact with the one of the first inner side surfaces located on the second end surface side so as to receive the pressing force ;
a pair of second side surfaces extending from the first side surface and capable of coming into close contact with at least a portion of the pair of second inner surfaces so as to receive the rotational force;
a third side surface connecting the pair of second side surfaces and facing the other first inner side surface across a space .
前記開口部が、前記筒状部の内部と外部とを貫通する貫通孔である請求項1に記載の摩擦圧接装置。 The second workpiece includes a cylindrical portion,
2. The friction welding apparatus according to claim 1 , wherein the opening is a through hole passing through the inside and outside of the cylindrical portion.
前記突起が、いずれかの前記可動部材に設けられている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の摩擦圧接装置。 The support member is a pair of movable members that are movable in a direction intersecting the longitudinal axis and sandwich the second work,
4. The friction welding apparatus according to claim 1, wherein the projection is provided on one of the movable members.
5. The friction welding apparatus according to claim 4, wherein each of the movable members has a support surface shaped to be able to come into close contact with the outer peripheral surface of the second workpiece, and the support surface has a portion that covers at least a portion of the area from the opening to the second end surface when the second workpiece is clamped.
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