CN101293306B - 异种材料的摩擦接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种异种材料的摩擦接合方法，使烧结部件和非烧结性金属部件分别固定在接合装置的静止和旋转夹具上，在使旋转夹具旋转的同时对烧结部件向非烧结性金属部件的方向加压，两制品接合部位通过摩擦而接合，在烧结部件接合部位上一体形成有管孔，在非烧结性金属部件接合部位上形成有收容烧结部件接合部位的结合空间，结合空间比结合深度深，以使摩擦接合时产生的热对应形成在非烧结性金属部件中央部的管孔的影响最小，非烧结性金属部件以大于最终制品外径的外径接合，由此，烧结成形制品与一般材料制品摩擦接合，其中以烧结成形制品插入在一般材料制品内部的方式在各自外周缘部形成台阶形状的接合，使中央部不受摩擦热影响，从而提高加工性。

Description

异种材料的摩擦接合方法
技术领域
本发明涉及异种材料的摩擦接合方法，更具体地涉及提供能够通过摩擦进行由异种材质构成的材料或者部件之间的接合的新方法。
背景技术
作为用于接合相同或者不同种类的材料或部件的技术，有焊接接合、螺栓接合、铆钉接合、硬焊(BRAZE)接合、摩擦接合等各种方法，特别是在由不同种类的材质分离构成的情况下通过接合构成一个部件。
如前所述由异种材料构成一个部件的理由在于，当以相同材质构成时，在由于极难细致地加工或者体现复杂的形状或设计的部件、大的部件的情况等理由，而通过一道工序成形并不经济时，在由异种材质分离构成后进行接合，从而完成一个部件。
对这样由异种材质构成部件的代表性例子进行了研究，除了结构和形状复杂之外，不需要极限耐久性的部位通过烧结成形而形成，而简单但要求强度的部位则通常以钢铁或者不锈钢这样的材料加工而成。
如前所述，在对由异种材料构成的部件进行接合时，焊接、螺栓、铆钉接合都具有在部件为小型时无法适用的缺点，而硬焊则难以维持足够的强度，最理想的方法是摩擦接合。
一般的摩擦接合是通过使两种材料固定于静止夹具上和旋转夹具上进行连接后，对固定于静止夹具上的材料施加压力，并按压固定于旋转夹具上的材料，利用摩擦热进行两种材料的接合。
在如前所述对两种材料进行接合时，以往仅限于在材料的摩擦接合面上没有另外的加工过程，或者在不需要管孔那样的加工的情况下限时使用，因此对摩擦连接条件没有大的影响。
但是当需要在接合后加工要进行摩擦接合的材料的接合面、或通过接合面加工如孔或其它部件安装部位等的情况下，由于摩擦热，在接合过程中材料以接合面具有相当的硬度的方式进行变形，因此在接合后难以进行加工。
当为了解决这种加工性问题而以在接合面上预先加工了孔等的状态进行摩擦接合时，由于摩擦热，经过加工的部位发生变形，无法维持正常的形状，存在再加工更加难以进行的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题而完成，在使烧结成形的制品与一般材料的制品摩擦接合时，以烧结成形的制品插入在一般材料的制品内部的方式，在各个制品的外周缘部形成台阶形状的接合，在中央部不受摩擦热的影响，由此来提高加工性，并且提供接合与加工性优良的接合方法。
附图说明
图1是图示为了说明本发明的技术而图示出的异种材料的摩擦接合方法的接合过程的结构图。
图2是图示应用本发明的技术进行异种材料的摩擦接合的状态的剖面图。
图3是图示通过应用了本发明的技术的异种材料的摩擦接合方法进行接合并加工完成的状态的剖面图。
标号说明
50：烧结部件；51：非烧结性金属部件；52、53：接合部位；55：结合空间。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选的接合方法进行说明。
图1是图示为了说明本发明的技术而图示出的异种材料的摩擦接合方法的接合过程的结构图。图2是图示应用本发明的技术进行异种材料的摩擦接合的状态的剖面图。图3以图示通过应用了本发明的技术的异种材料的摩擦接合方法进行接合并加工完成的状态的剖面图一起进行说明。
在本发明中，使烧结成形的烧结部件50和由钢材形成的非烧结性金属部件51的接合部位52、53形成为彼此突出，在所述接合部位52、53中，烧结部件50的接合部位52无需后续加工，并一体形成管孔54。
当在所述非烧结性金属部件51的接合部位53上形成结合空间55，以使进行摩擦接合时，烧结部件50的接合部位52能够以在变形的同时进行插入的方式收容在该结合空间55中，所述结合空间55的深度H形成为比结合深度H1更深，以能够使在摩擦接合时产生的热对应形成于非烧结性金属部件51的中央部的管孔56的影响最小化，非烧结性金属部件51的外径D考虑到最终加工状态而具有比最终制品的外径D1大的直径。
所述非烧结性金属部件51上形成的结合空间55的内侧面优选形成为，向接合方向的相反方向凹入以使摩擦接合时的热传递最小。
在如前所述的状态下，使烧结部件50固定在接合装置60所具有的静止夹具61上，使非烧结性金属部件51固定在旋转夹具62上，然后，在使旋转夹具62旋转的同时，对固定于静止夹具61上的烧结部件50向非烧结性部件51的方向加压，使它们彼此通过产生摩擦热而接合。
此时，优选用于产生适当的摩擦热的最佳转速能够维持在1500～2000rpm左右，而摩擦连接所需的压力使最终接合时的非烧结性金属部件51与烧结部件50能够维持为4～10mm的长度左右的结合深度H1。
当所述结合深度H1过浅时，烧结部件50与非烧结性金属部件51之间的结合力较弱，在接合后的加工工序或组装工序等后续工序中可能发生分离或者脱落。当结合深度H1过深时，则存在由于摩擦热多而使烧结部件50和非烧结性金属部件51整体硬化，从而无法进行加工的问题。
在使所述烧结部件50和非烧结性部件51摩擦接合时，非烧结性金属部件51的接合部位53，收容烧结部件50的接合部位52的一半，而另一半则以深入的方式形成，在最终阶段，非烧结性金属部件51的接合部位53在烧结部件50的接合部位52形成台阶形状65，由此能够排除未接合部，并且能够增大接合面积使结合力增大。
如前所述的本发明，作为烧结部件50，提供应用于汽车真空泵的转子体，作为非烧结性金属部件51，提供与转子体结合的转子轴，在将它们分别固定于接合装置60的静止夹具61上和旋转夹具62上之后，在使旋转夹具62旋转的同时，向静止夹具61的后方施加压力。
如前所述，在烧结部件50旋转的同时，进行与非烧结性金属部件51的摩擦，通过该摩擦热，烧结部件50和非烧结性金属部件51的接合部位52、53在熔融的同时进行接合，因此成为烧结部件50的接合部位52渗透到在非烧结性金属部件51的接合部位53上形成的结合空间55内的方式。
在如前所述完成了接合的状态下，接合部位52、53由于熔融而处于向外部突出的状态，该部位通过切削等方法进行加工而成为最终尺寸。
当由于接合部位52、53的熔融而彼此渗透的结合深度H1处于4～10mm的范围时，接合力最佳，当结合深度H1为4～10mm范围以下时，烧结部件50和非烧结性金属部件51虽然维持了结合状态，但是当受到来自外部的冲击等时则容易出现分离或者脱落的结果。
另外，当结合深度H1为4～10mm的范围以上时，由于摩擦热，在形成于非烧结性金属部件51的结合空间55整体发生硬化，从而无法形成管孔56，或者发生已经形成于烧结部件50的管孔54被埋等情况，使后续加工性变差，而无法完成最终制品。
如上所述的本发明，在使烧结成形的制品与由一般材料构成的制品摩擦接合时，以在一般材料制品的内部插入烧结成形的制品的方式，在各自的外周缘部形成台阶形状的接合，并使在中央部不受摩擦热的影响，由此，提高了加工性，从而提供一种接合与加工性优良的接合方法。

Claims (4)

1.异种材料的摩擦接合方法，在这种摩擦接合中，使烧结部件(50)固定在接合装置(60)的静止夹具(61)上，使由钢材形成的非烧结性金属部件(51)固定在旋转夹具(62)上之后，在使旋转夹具(62)旋转的同时，对固定于静止夹具(61)上的烧结部件(50)向非烧结性金属部件(51)的方向加压，两个制品的接合部位通过摩擦而接合，其特征在于，
在所述烧结部件(50)的接合部位(52)上一体形成不需要后续加工的管孔(54)，
在所述非烧结性金属部件(51)的接合部位(53)上形成结合空间(55)，以使在摩擦接合时，烧结部件(50)的接合部位(52)以在变形的同时进行插入的方式收容在该结合空间(55)中，
所述结合空间(55)的深度(H)形成为比结合深度(H1)的深度要深，以使在摩擦接合时，产生的热对于应形成在非烧结性金属部件(51)的中央部的管孔(56)的影响最小，
考虑到最终加工状态，所述非烧结性金属部件(51)的外径(D)以维持比最终制品的外径(D1)大的直径的状态进行接合。
2.根据权利要求1所述的异种材料的摩擦接合方法，其特征在于，
所述非烧结性金属部件(51)上所形成的结合空间(55)的内侧面，形成为向与接合方向相反的方向凹入，以使摩擦接合时的热传递最小。
3.根据权利要求1所述的异种材料的摩擦接合方法，其特征在于，
所述烧结部件(50)和非烧结性金属部件(51)之间的结合深度(H1)维持4～10mm的长度。
4.根据权利要求1所述的异种材料的摩擦接合方法，其特征在于，
在使所述烧结部件(50)和非烧结性金属部件(51)摩擦接合后，在最终阶段，接合部位(52、53)成为台阶形状(65)。
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