CN107530821A - 金属部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属部件的制造方法，其具有：准备由第一金属形成的第一部件(10)、由第二金属形成的第二部件(20)、以及由第三金属形成的第三部件(30)的工序；以及将第一部件(10)与第二部件(20)经由第三部件(30)进行接合的工序。将第一部件(10)与第二部件(20)进行接合的工序具有：加热工序，其将第一部件(10)、第三部件(30)以及第二部件(20)依次层叠，将第一部件(10)向第三部件(30)按压，不改变相对于第二部件(20)及第三部件(30)的相对的位置关系，而使之围绕旋转轴相对地进行旋转，由此，对第一部件(10)、第二部件(20)以及第三部件(30)进行加热；冷却工序，其对加热的第一部件(10)、第二部件(20)以及第三部件(30)在层叠的状态下进行冷却。由此，能够得到一种金属部件，其具有由不同的金属形成的部件彼此经由接合层而相互接合的结构。

Description

金属部件的制造方法
技术领域
本发明涉及金属部件的制造方法，更特别涉及具有由相互不同的金属形成的部件进行接合的结构的金属部件的制造方法。
背景技术
具有由不同的金属形成的部件彼此相互固定的结构的金属部件有时作为机械配件而被采用。例如，作为液压泵及液压马达的柱塞滑靴，已知其在由钢形成的基部上固定由铜合金形成的滑动部。在这种柱塞滑靴中，有时使用将滑动部相对于基部进行铆接固定的部件。
为了将滑动部相对于基部进行铆接固定，在将滑动部安装于基部之前，需要提前将滑动部加工成能够进行铆接固定的形状。因此，存在因滑动部的加工费用而使滑动配件的制造成本增高的问题。对此，已经提出一种柱塞滑靴，其将滑动部向基部按压而使之变形，将滑动部卡合于基部，由此将滑动部固定于基部(例如，参照(日本)特开平10-89241号公报(专利文献1))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平10-89241号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述专利文献1所述的柱塞滑靴的结构中，滑动部只是相对于基部卡合并固定。因此，在对柱塞滑靴施加了冲击的情况，滑动部对基部的固定状态可能变得不稳定。
本发明提供一种具有由不同的金属形成的部件彼此经由接合层而相互接合的结构的金属部件的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
依据本发明的金属部件的制造方法具有：准备由第一金属形成的第一部件、由第二金属形成的第二部件以及由第三金属形成的第三部件的工序、以及将第一部件与第二部件经由第三部件进行接合的工序。将第一部件与第二部件进行接合的工序具有：加热工序，其将第一部件、第三部件以及第二部件以该顺序层叠，使第一部件向第三部件按压，不改变相对于第二部件及第三部件的相对的位置关系，而围绕旋转轴相对地进行旋转，由此对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热；冷却工序，其对加热的第一部件、第二部件以及第三部件以层叠的状态进行冷却。
在本发明的金属部件的制造方法中，将第一部件、第三部件以及第二部件以该顺序进行层叠，将第一部件向第三部件按压，不改变相对于第二部件以及第三部件的相对的位置关系，而围绕旋转轴相对地进行旋转，从而对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热。接着，通过对加热的第一部件、第二部件以及第三部件以层叠的状态进行冷却，将第一部件与第二部件经由第三部件进行接合。
这样，根据本发明的金属部件的制造方法，能够制造具有由不同的金属形成的部件彼此经由接合层(中间层)即第三部件相互接合的结构的金属部件。
在上述金属部件的制造方法中，第二金属以及第三金属的变形阻力可以小于第一金属。在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，可以在模具的型腔内配置第二部件以及第三部件。
通过设定使第二金属以及第三金属的变形阻力小于第一金属的变形阻力，在模具的型腔内第二部件及第三部件发生变形而与规定型腔的壁面接触。由此，能够抑制第二部件及第三部件与第一部件一起旋转，并且还能够抑制进一步的变形。因此，能够抑制由于第一部件与第三部件摩擦而产生的热从型腔内散出。其结果是，能够有效地实施对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序。
在上述金属部件的制造方法中，模具可以包括：规定型腔的型腔底壁、规定型腔且在与型腔底壁交叉的方向上延伸的型腔侧壁。通过上述方式，能够容易地实施上述金属部件的制造方法。
在上述金属部件的制造方法中，在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，在第三部件中与第一部件接触的面即第三接触面可以由型腔侧壁包围。通过上述方式，能够通过型腔侧壁限制第二部件及第三部件的变形。
在上述金属部件的制造方法中，在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，可以固定模具，使第一部件旋转。通过上述方式，能够容易地实施上述金属部件的制造方法。
在上述金属部件的制造方法中，第二金属及第三金属的变形阻力可以小于第一金属。可以在第一部件形成凹部。在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，可以在凹部内配置第三部件，将第二部件在其至少一部进入凹部的状态下相对于第三部件进行按压，并使之旋转，由此，对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热。
通过设定使第二金属及第三金属的变形阻力小于第一金属的变形阻力，在第一部件的凹部内第二部件及第三部件发生变形而与规定凹部的壁面接触。通过规定第一部件的凹部的壁面，能够限制第二部件及第三部件的变形。因此，能够抑制因第一部件与第三部件摩擦而产生的热从凹部内散出。其结果是，能够有效率地实施对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序。
在上述金属部件的制造方法中，第一部件可以包括：规定凹部的凹部底面、以及规定凹部且在与凹部底面交叉的方向上延伸的凹部侧面。在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，可以向与第一部件的凹部底面接触而配置的第三部件相对地按压第二部件，并使之旋转。通过上述方式，能够容易地实施上述金属部件的制造方法。
在上述金属部件的制造方法中，在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，第二部件可以通过发生变形而与凹部侧面接触。这样，凹部侧面限制第二部件的变形，由此，能够容易地实施上述金属部件的制造方法。
上述金属部件的制造方法可以进而具有在第一部件与第二部件接合的状态下对第一部件进行加工、以除去凹部侧面的工序。通过上述方式，能够得到第一部件在凹部底面经由第三部件、与第二部件接合而形成的金属部件。
在上述金属部件的制造方法中，在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，也可以固定第一部件，使第二部件旋转。通过上述方式，能够容易地实施上述金属部件的制造方法。
上述金属部件的制造方法也可以进而具有除去工序，其在第一部件与第二部件接合的状态下，在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中除去第二部件发生变形而形成的毛刺。通过上述方式，能够得到除去了在第一部件与第二部件接合时而形成的毛刺的金属部件。
在上述金属部件的制造方法中，第三部件可以在第一部件与第二部件接合的状态下缓和在第一部件与第二部件之间产生的应力。通过上述方式，能够抑制因在第一部件与第二部件之间产生的应力而引起的龟裂等。
在上述金属部件的制造方法中，在对第一部件、第二部件以及第三部件进行加热的工序中，也可以使在温度升高状态下的第二金属及第三金属的变形阻力与第一金属的变形阻力相比小10％以上。通过上述方式，使第一部件与第二部件经由第三部件的接合变得容易。
发明的效果
通过上述说明可明确，根据本发明的金属部件的制造方法，能够制造具有由不同的金属形成的部件彼此经由接合层而相互接合的结构的金属部件。
附图说明
图1是表示第一实施方式的金属部件的结构的概要剖视图。
图2是表示金属部件的制造方法的概要的流程图。
图3是表示金属部件的制造装置的结构的概要图。
图4是表示第一实施方式的金属部件的制造装置动作的概要剖视图。
图5是表示模具的结构的概要俯视图。
图6是表示第二实施方式的金属部件的结构的概要剖视图。
图7是表示第二实施方式的金属部件的制造装置动作的概要剖视图。
图8是表示第三实施方式的金属部件的结构的概要剖视图。
图9是表示第三实施方式的金属部件的制造装置结构的概要图。
图10是表示第三实施方式的金属部件的制造装置动作的概要剖视图。
图11是用来说明第三实施方式的金属部件的制造方法的概要剖视图。
图12是用来说明第三实施方式的金属部件的制造方法的概要剖视图。
图13是表示接合部附近的状态的光学显微镜照片。
具体实施方式
下面，针对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的附图中，相同或相当的部分使用相同的标记，不重复其说明。
(第一实施方式)
图1是表示通过本实施方式的金属部件的制造方法能够制造的金属部件(机械配件)的结构的概要剖视图。参照图1，金属部件1具有由第一金属形成的第一部件10与由第二金属形成的第二部件20经由由第三金属形成的第三部件30而接合的结构。
第一部件10具有圆柱状的形状。第一部件10的一个端面11为接合面。第二部件20具有圆柱状(圆盘状)的形状。第二部件20的一个端面21为接合面。第三部件30具有圆盘状的形状。第三部件30是存在于第一部件10与第二部件20之间的接合层(中间层)。
在第二部件20的一个端面21上以在端面30B上进行接触的方式配置第三部件30。在第三部件30的端面30A上以在一个端面11上进行接触的方式配置第一部件10。
构成第二部件20的第二金属以及构成第三部件30的第三金属与构成第一部件10的第一金属相比，变形阻力较小。在本实施方式中，作为第一金属，例如采用进行了调质的(进行了淬火处理及回火处理的)钢(例如(日本)JIS规格SCM440等机械结构用合金钢或机械结构用碳钢)。作为第二金属，采用铜合金(例如高强度黄铜)。作为第三金属，采用铜。第三部件30在第一部件10与第二部件20接合了的状态下缓和第一部件10与第二部件20之间产生的应力。
上述金属部件1能够通过以下的本实施方式的金属部件的制造方法进行制造。
图2表示金属部件的制造方法的概要的流程图。图3是表示金属部件的制造装置的结构的概要图。图4是表示金属部件的制造装置的动作的概要剖视图。图5是表示金属部件的制造装置中包含的模具的结构的概要俯视图。
参照图2，在本实施方式的金属部件1的制造方法中，首先，作为工序(S10)，实施成型部件准备工序。在该工序(S10)中，参照图1，例如准备：由进行了调质的机械结构用合金钢形成的圆柱形状的第一部件10、由高强度黄铜形成的圆盘形状的第二部件20、以及由铜形成的圆盘形状或箔状的第三部件30。第一部件10的一个端面11是应该成为接合面的平坦面即第一部件接触面。第二部件20的一个端面21是应该成为接合面的平坦面即第二部件接触面。
接着，作为工序(S20)，实施清洗工序。在该工序(S20)中，清洗在工序(S10)中所准备的第一部件10、第二部件20以及第三部件30。第一部件10、第二部件20以及第三部件30利用甲醇、乙醇、丙酮等液体进行清洗。由此，除去在用来准备第一部件10、第二部件20以及第三部件30的切割、加工等过程中附着于第一部件10、第二部件20以及第三部件30的杂质等。需要说明的是，在本实施方式的金属部件1的制造方法中，可以省略对第二部件20及第三部件30的端面的精密的精加工。第二部件20及第三部件30的端面也可以保持切割的状态。
然后，参照图2，实施封闭摩擦接合工序。封闭摩擦接合工序具有：接合准备工序、摩擦工序、以及冷却工序。在此，针对通过实施封闭摩擦接合来制造金属部件1的金属部件的制造装置进行说明。
参照图3，金属部件的制造装置即封闭摩擦接合装置9具有：可围绕轴线α旋转的主轴95、相对于主轴95在轴线α方向上隔着间隔进行配置的基座部98、通过将主轴95在轴线α方向上驱动而调整主轴95与基座部98的间隔的驱动部97、以及支承主轴95及基座部98的框架90。
参照图3，在框架90内设置有相对于轴线α平行延伸的轴90A。轴90A支承着支承主轴95的主轴支承部90C，使其能够沿轴90A的延伸方向移动。此外，在轴90A连接有驱动轴90A的主轴移动马达90B。轴90A由主轴移动马达90B进行驱动，由此，由主轴支承部90C支承的主轴95在轴线α方向上移动。由此，能够调整主轴95与基座部98的间隔。轴90A、主轴支承部90C以及主轴移动马达90B构成驱动部97。
为了在通过驱动部97调整主轴95与基座部98的间隔而使第一部件10与第三部件30接触的状态(图4的状态)下，使规定型腔93A的型腔侧壁93C包围在第三部件30中作为与第一部件10接触的面即第三接触面的一个端面30A的外周而配置有旋转侧夹具94及模具93。参照图4，在轴线α方向上的型腔侧壁93C的高度大于第二部件20与第三部件30厚度的合计值。
参照图3，在主轴95以与基座部98对置的方式设有作为第一保持部的旋转侧夹具94，其保持第一部件10。另外，在主轴95连接有围绕轴线α旋转驱动主轴95的主轴马达95B。此外，在主轴95设置有检测第一部件10与第三部件30的接触负荷的负荷传感器96。该负荷传感器96根据施加于旋转侧夹具94的第一部件10与第三部件30接触的反作用力的大小，检测第一部件10与第三部件30的接触负荷。负荷传感器96在封闭摩擦接合装置9中虽然不是必须的结构，但通过设置该负荷传感器96，能够容易地将第一部件10与第三部件30的接触负荷调整至适当的范围。
在基座部98以与旋转侧夹具对置的方式配置有作为第二保持部的模具93，其保持第二部件20。参照图3及图4，基座部98具有：基体91、模具支架92、以及模具93。基体91设置在框架90上。模具支架92固定在基体91上。模具93嵌入形成于模具支架92的凹部即模具保持部，通过径向夹具面92B进行固定。模具93如图5所示，能够分离为两个配件99、99。
参照图4及图5，模具93具有：作为圆形平面的型腔底壁93B、以及从型腔底壁93B在与型腔底壁93B交叉的方向(垂直方向)上延伸的型腔侧壁93C。型腔底壁93B及型腔侧壁93C规定型腔93A。型腔侧壁93C与具有圆形形状的型腔底壁93B的外周连接，是具有与型腔底壁93B相同直径的圆筒面形状。
接着，说明封闭摩擦接合工序的具体流程。参照图3及图4，在作为工序(S30)而实施的接合准备工序中，第一部件10在其外周面被旋转侧夹具94保持。第二部件20及第三部件30放置在模具93的型腔93A内。
在规定型腔93A的型腔底壁93B以在端面上进行接触的方式配置有第二部件20。在第二部件20的一个端面21以在一个端面上进行接触的方式层叠配置有第三部件30。以使第一部件10一个端面11与第三部件30的一个端面30A对置、并且使第一部件10、第二部件20以及第三部件30的中心轴与旋转侧夹具的旋转轴线α一致的方式，配置第一部件10、第二部件20以及第三部件30。
向型腔93A内导入离型剂。由此，在后面叙述的工序(S40)中，在离型剂存在于型腔93A内的状态下，对第一部件10、第二部件20以及第三部件30进行加热。虽然导入该离型剂并非必须的流程，但通过导入离型剂，能够在后面叙述的工序(S50)中，容易地从模具93中取出第一部件1与第二部件20经由第三部件30进行接合而构成的结构体，离型剂可以是液体状，也可以是粉末状。
接着，作为工序(S40)实施摩擦工序。在该工序(S40)中，主轴95由主轴马达95B驱动，围绕轴线α进行旋转，并且由主轴移动马达90B驱动，靠近基座部98。由此，旋转侧夹具94围绕轴线α进行旋转，同时靠近模具93。
当第一部件10与第三部件30接触时，第一部件10、第三部件30以及第二部件20以该顺序处于层叠的状态。然后，第一部件10向第三部件30按压，并且不改变相对于第二部件20及第三部件30的相对的位置关系，而围绕旋转轴相对地进行旋转。第一部件10与第三部件30的接触部的温度由于摩擦热而升高。通过该摩擦热，对第一部件10、第二部件20以及第三部件30进行加热。第二部件20的温度例如升高至构成第二部件20的第二金属的软化点以上的温度且低于熔点的温度。第三部件30的温度例如升高至构成第三部件30的第三金属的软化点以上的温度且低于熔点的温度。
如上所述，第二部件20及第三部件30的变形阻力与第一部件10的变形阻力相比较小。加热的第二部件20及第三部件30软化而发生变形，与模具93的型腔侧壁93C接触。由此，能够抑制第二部件20及第三部件30随着第一部件10一起旋转，并且还抑制进一步的变形。因此，能够抑制因第一部件10与第三部件30的摩擦而进一步产生热，并且抑制产生的热从型腔93A内散出。
接着，作为工序(S50)实施冷却工序。在该工序(S50)中，首先使主轴95的转速降低，并使之停止。之后，使由负荷传感器96检测的按压负荷降低。在此期间，第一部件10与第二部件20维持隔着第三部件30相互按压的状态，并且对第一部件10、第二部件20以及第三部件30进行冷却。第一部件10、第二部件20以及第三部件30在层叠的状态下被冷却。由此，第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合。
在按压负荷为0后，将第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合而构成的结构体即金属部件1从封闭摩擦接合装置9中取出。通过上述流程，完成封闭摩擦接合工序。
然后，作为工序(S60)实施机械加工工序。在该工序(S60)中，对在工序(S50)中得到的金属部件1实施机械加工。在工序(S60)中，除去例如在工序(S40)中第二部件20发生变形而形成的毛刺。
接着，作为工序(S70)实施气体软氮化工序。在该工序(S70)中，对在工序(S60)中实施了机械加工而得到的金属部件1实施气体软氮化处理。具体而言，通过在含有氨气的环境中加热至低于构成第一部件10的钢的A1相变点的温度，在第一部件10的表层部形成氮化层。之后，根据需要实施精加工处理，完成本实施方式的金属部件1。
这样，根据使用本实施方式的封闭摩擦接合装置9的金属部件1的制造方法，能够制造具有第一部件10与第二部件20经由第三部件30而接合的结构的金属部件1，其中，第一部件10由第一金属形成，第二部件20由变形阻力小于第一金属的第二金属形成，第三部件30由变形阻力小于第一金属的第三金属形成。能够制造具有由不同的金属形成的第一部件10与第二部件20经由接合层即第三部件30而相互接合的结构的金属部件1。能够同时将第一部件10、第二部件20以及第三部件30进行接合。
另外，构成第三部件30的第三金属即铜的热膨胀系数大于构成第一部件10的第一金属即钢的热膨胀系数，小于构成第二部件20的第二金属即黄铜的热膨胀系数。因此，第三部件30能够缓和由于在工序(S70)中实施的热处理因热膨胀系数差异而产生的第一部件10与第二部件20之间的应力。通过使第三部件30存在于第一部件10与第二部件20之间，能够抑制因热膨胀系数差异而产生的上述应力所导致的龟裂。
(第二实施方式)
接着，针对本发明的其他实施方式即第二实施方式进行说明。在第二实施方式中制造的金属部件基本上具有与第一实施方式的情况下相同的结构。但是，第二实施方式的金属部件1在第三部件30具有环状形状这一点上，与第一实施方式的情况的不同。
参照图6，第二实施方式的第三部件30具有环状形状。第三部件30具有在包括中心轴的区域形成有贯通孔的圆环状形状。在与第三部件30的贯通孔相对应的区域上，将第一部件10与第二部件20直接接合。
上述的金属部件1能够通过以下的第二实施方式的金属部件的制造方法进行制造。第二实施方式的金属部件的制造方法基本上与第一实施方式的情况相同地进行实施，具有相同的效果。但是，在第二实施方式的金属部件的制造方法中，在使用了圆环状的第三部件30的这一点上，是与第一实施方式的情况的不同之处。
参照图2及图7，在第二实施方式的工序(S10)(成型部件准备工序)中，准备圆环状的第三部件30。然后，使用圆环状的第三部件30实施封闭摩擦接合工序，由此，软化的第二部件20向第三部件30的贯通孔内侵入，得到本实施方式的金属部件1。
因热膨胀系数差异而产生的应力随着接近金属部件1的外周面而逐渐增大。通过在包括金属部件1外周面的区域上、在第一部件10与第二部件20之间存在第三部件30，能够在应力较大的区域内有效缓和该应力。
(第三实施方式)
接着，针对本发明的另一其他实施方式即第三实施方式进行说明。图8是表示通过第三实施方式的金属部件的制造方法能够制造的金属部件(机械配件)的结构的概要剖视图。参照图8，金属部件1具有由第一金属形成的第一部件10与由第二金属形成的第二部件20经由由第三金属形成的第三部件30进行接合的结构。
第一部件10具有圆柱状(圆盘状)的形状。第一部件10的一个端面11为接合面。第二部件20具有圆柱状的形状。第二部件20的一个端面21为接合面。第三部件30具有圆盘状的形状。第三部件30是存在于第一部件10与第二部件20之间的接合层(中间层)。作为第一金属、第二金属以及第三金属，采用与第一实施方式的情况相同的金属。
在第二部件20的一个端面21上以在一个端面30A进行接触的方式配置第三部件30。在第三部件30的另一端面30B上以在一个端面11进行接触的方式配置第一部件10。第三部件30在第一部件10与第二部件20接合了的状态下缓和在第一部件10与第二部件20之间产生的应力。
上述金属部件1能够通过以下的本实施方式的金属部件的制造方法进行制造。
图2是表示金属部件的制造方法的概要的流程图。图9是表示金属部件的制造装置的结构的概要图。图10是表示金属部件的制造装置的动作的概要剖视图。图11及图12是用来说明金属部件的制造方法的概要剖视图。
参照图2，在本实施方式的金属部件1的制造方法中，首先，作为工序(S10)实施成型部件准备工序。在该工序(S10)中，参照图10，例如准备：由进行了调质处理的机械结构用合金钢形成的第一部件10、由高强度黄铜形成的第二部件20、以及由铜形成的第三部件30。第二部件20具有圆柱状的形状。第三部件30具有圆盘状的形状或箔状的形状。
第一部件10具有圆筒形状(圆盘形状)。第一部件10具有凹部10A。凹部10A包含第一部件10的中心轴。凹部10A具有圆筒状的形状。第一部件10的中心轴与凹部10A的中心轴一致。第一部件10具有：规定凹部10A的凹部底面11、以及规定凹部10A且在与凹部底面11交叉的方向上延伸的凹部侧面12。
第一部件10的凹部底面11是经由第三部件30而应该与第二部件20接合的平坦面即第一部件接触面。第二部件20的一个端面21是经由第三部件30而应该与第一部件10接合的平坦面即第二部件接触面。
接着，作为工序(S20)实施清洗工序。在该工序(S20)中，与上述第一实施方式相同地进行实施。需要说明的是，在本实施方式的金属部件1的制造方法中，可以省略对第二部件20的一个端面21的精密的精加工。第二部件20的一个端面21也可以维持切割的状态。
接着，参照图2，实施封闭摩擦接合工序。封闭摩擦接合工序具有：接合准备工序、摩擦工序、以及冷却工序。在此，针对通过实施封闭摩擦接合来制造金属部件1的金属部件的制造装置进行说明。
参照图9，第三实施方式的金属部件的制造装置即封闭摩擦接合装置9基本上具有与第一实施方式的情况相同的结构，进行相同的动作。下面，针对与第一实施方式的情况不同的点进行说明。
在主轴95以与基座部98对置的方式设有保持第二部件20的旋转侧夹具94。在基座部98以与旋转侧夹具94对置的方式配置有保持第一部件10的固定侧夹具92。参照图9及图10，基座部98具有：基体91、以及固定侧夹具92。固定侧夹具92固定在基体91上。固定侧夹具92具有：在轴向上保持第一部件10的底面92A、以及在径向上保持第一部件10的径向夹具面92B。
然后，说明封闭摩擦接合工序的具体流程。参照图9，在作为工序(S30)而实施的接合准备工序中，第二部件20其外周面保持于旋转侧夹具94。另外，第一部件10其外周面保持于固定侧夹具92。第三部件30配置在第一部件10的凹部10A内。凹部底面11与第三部件30的端面接触。
配置第一部件10、第二部件20以及第三部件30，以使配置于第一部件10的凹部底面11上的第三部件30的一个端面30A与第二部件20的一个端面21对置，并且使第一部件10、第二部件20以及第三部件30的中心轴与旋转侧夹具94的旋转轴线α一致。
接着，作为工序(S40)实施摩擦工序。在该工序(S40)中，主轴95由主轴马达95B进行驱动，围绕轴线α进行旋转，并且由主轴移动马达90B进行驱动，来接近基座部98。由此，旋转侧夹具94围绕轴线α旋转，并且接近固定侧夹具92。
然后，如图10所示，第二部件20在其至少一部分(包括一个端面21的区域)进入凹部10A的状态下，不改变相对于第一部件10及第三部件30的相对的位置，而相对于第三部件30以规定的负荷进行按压且相对旋转。相对于第三部件30的一个端面30A，第二部件20相对地进行按压且旋转。由此，第一部件10、第二部件20以及第三部件30的温度由于摩擦热而升高。
在旋转的开始时刻，在第二部件20的外周面22与第一部件10的凹部侧面12之间形成有间隙。在旋转的开始时刻，第二部件20的外周面22与第一部件10的凹部侧面12不接触。
如上所述，第二部件20的变形阻力与第一部件10的变形阻力相比较小。参照图11，加热的第二部件20软化而发生变形，与凹部侧面12接触。第二部件20的变形通过规定第一部件10的凹部10A的壁面(凹部底面11及凹部侧面12)进行限制。因此，能够抑制因摩擦而产生的热从凹部10A内散出。凹部10A由软化的第二部件20及第三部件30进行填充。由于第二部件20发生变形，而形成了毛刺。第二部件20的温度例如升高至构成第二部件20的第二金属的软化点以上的温度且低于熔点的温度。第三部件30的温度例如升高至构成第三部件30的第三金属的软化点以上的温度且低于熔点的温度。
然后，作为工序(S50)实施冷却工序。在该工序(S50)中，首先，使主轴95的转速降低，并使之停止。之后，使由负荷传感器96检测的按压负荷降低。在此期间，第一部件10与第二部件20维持隔着第三部件30而相互按压的状态，并且对第一部件10、第二部件20以及第三部件30进行冷却。第一部件10、第二部件20以及第三部件30在层叠的状态下被冷却。由此，第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合。
在按压负荷为0后，将第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合而构成的结构体即金属部件1从封闭摩擦接合装置9中取出(参照图12)。通过上述流程，完成封闭摩擦接合工序。
接着，作为工序(S60)实施机械加工工序。在该工序(S60)中，对在工序(S50)中得到的金属部件1实施切割等机械加工。参照图12，在工序(S60)中，在第一部件10与第二部件20接合的状态下除去在工序(S40)中第二部件20发生变形而形成的毛刺29。
参照图12，在工序(S60)中，进一步对第一部件10进行加工，以在第一部件10与第二部件20经由第三部件30而接合的状态下除去凹部侧面12。通过沿着虚线A对第一部件10及第二部件20进行切割加工，能够除去包括凹部侧面12的外周区域及毛刺29。通过上述流程，能够得到图8所示的第一部件10与第二部件20的接合体即金属部件1。包括凹部侧面12的外周区域的除去与毛刺29的除去可以连续性地作为一个工序来实施，也可以作为不同的工序分时间来实施。之后，与第一实施方式的情况相同地实施作为工序(S70)的气体软氮化工序。此外，根据需要实施精加工等，从而完成金属部件1。
这样，根据使用了本实施方式的封闭摩擦接合装置9的金属部件1的制造方法，能够制造具有第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合的结构的金属部件1，其中第一部件10由第一金属形成，第二部件20由变形阻力小于第一金属的第二金属形成，第三部件30由变形阻力小于第一金属的第三金属形成。能够制造具有由不同的金属形成的第一部件10与第二部件20经由接合层即第三部件30而相互接合的结构的金属部件1。能够将第一部件10、第二部件20以及第三部件30同时进行接合。
另外，构成第三部件30的第三金属即铜的热膨胀系数大于构成第一部件10的第一金属即钢的热膨胀系数，小于构成第二部件20的第二金属即黄铜的热膨胀系数。因此，第三部件30能够缓和由于在工序(S70)中实施的热处理因热膨胀系数差异而产生的第一部件10与第二部件20之间的应力。通过使第三部件30存在于第一部件10与第二部件20之间，能够抑制因热膨胀系数差异产生的上述应力所导致的龟裂。
需要说明的是，在上述第一～第三实施方式的工序(S40)中，优选在温度升高后的状态下的第二部件20(第二金属)及第三部件30(第三金属)的变形阻力与第一部件10(第一金属)的变形阻力相比小10％以上，更优选小50％以上，进而优选小80％以上。如上所述，在与第一部件10(第一金属)相比、第二部件20(第二金属)及第三部件30(第三金属)的变形阻力较小的情况下，能够如本实施方式那样，将第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合。但是，在第一部件10的变形阻力与第二部件20及第三部件30的变形阻力之差较小的情况下，在工序(S40)中，不但只有第二部件20及第三部件30发生变形，第一部件10也可能发生变形。
在上述情况下，难以将第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行良好的接合。需要在工序(S40)中对第一部件10、第二部件20以及第三部件30的温度进行严格的管理。在工序(S40)中，通过设定使温度升高后的状态下的第二金属及第三金属的变形阻力与第一金属的变形阻力相比小10％以上，能够容易地实现良好的接合，通过设定小50％以上、进而设定小80％以上，能够更容易地实现良好的接合。
实施例
通过与上述第一实施方式相同的流程，进行将第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行接合、来制作金属部件1的样品的实验。作为构成第一部件10的金属(第一金属)，采用了钢(机械结构用合金钢)的(日本)JIS规格SCM440(已完成淬火及回火处理)。作为构成第二部件20的金属(第二金属)，采用了高强度黄铜。作为构成第三部件30的金属(第三金属)，采用了铜。将得到的样品在与接合面垂直的剖面上进行切割后的剖面的照片如图13所示。
参照图13，可知第一部件10与第二部件20经由第三部件30进行了良好的接合。根据上述实验结果可以确认，通过本发明的金属部件的制造方法，能够制造具有由不同的金属形成的部件彼此经由接合层而相互接合的结构的金属部件。
需要说明的是，在上述实施方式以及实施例中，虽然针对构成第一部件的金属(第一金属)采用钢、构成第二部件的金属(第二金属)采用黄铜、构成第三部件的金属(第三金属)采用铜的情况进行了例举，但在本发明中能够采用的金属不限于此。表1表示能够采用的金属的组合的一个例子。
[表1]
第一部件 第二部件 第三部件
钢 黄铜 铜
钢 铝合金 铜
钢 镍基合金 铝合金
超硬合金 钢 铝合金
如表1所示，在本发明的金属部件的制造方法中，可以采用由第一金属形成的第一部件、由与第一金属相比变形阻力较小的第二金属形成的第二部件、以及由与第一金属相比变形阻力较小的第三金属形成的第三部件的各种组合。
另外，在上述实施方式中，虽然针对通过使第三金属的热膨胀系数大于第一金属的热膨胀系数、且小于第二金属即黄铜的热膨胀系数，来缓和第一部件10与第二部件20之间的应力的情况进行了说明，但例如也可以通过使第三金属的杨氏模量较小来缓和上述应力。
本次所公开的实施方式以及实施例在所有方面都是例举而不应该认为是限制。本发明的范围不是上述的说明而是由技术方案表示的范围，以及目的在于包括与技术方案等同的含义和范围内的所有变更、以及改良。
工业实用性
本发明的金属部件的制造方法能够特别有利地应用在具有由不同的金属形成的部件彼此经由接合层而相互接合的结构的金属部件的制造中。
附图标记说明
1金属部件；9封闭摩擦接合装置；10第一部件；10A凹部；11端面(凹部底面)；12凹部侧面；20第二部件；21端面；22外周面；29毛刺；30第三部件；30A端面；90框架；90A轴；90B主轴移动马达；90C主轴支承部；91基体；92模具支架(固定侧夹具)；92A底面；92B径向夹具面；93模具；93A型腔；93B型腔底壁；93C型腔侧壁；94旋转侧夹具；95主轴；95B主轴马达；96负荷传感器；97驱动部；98基座部；99配件。

Claims (13)

1.一种金属部件的制造方法，其特征在于，具有：
准备由第一金属形成的第一部件、由第二金属形成的第二部件、以及由第三金属形成的第三部件的工序；
将所述第一部件与所述第二部件经由所述第三部件进行接合的工序；
将所述第一部件与所述第二部件进行接合的工序包括：
加热工序，其将所述第一部件、所述第三部件、以及所述第二部件以该顺序进行层叠，使所述第一部件向所述第三部件按压，不改变相对于所述第二部件及所述第三部件的相对的位置关系，使之围绕旋转轴相对地进行旋转，由此，对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热；
冷却工序，其对加热的所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件在层叠的状态下进行冷却。
2.如权利要求1所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
所述第二金属及所述第三金属的变形阻力小于所述第一金属，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，在模具的型腔内配置有所述第二部件及所述第三部件。
3.如权利要求2所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
所述模具包括：
规定所述型腔的型腔底壁；
规定所述型腔、且在与所述型腔底壁交叉的方向上延伸的型腔侧壁。
4.如权利要求3所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，在所述第三部件中与所述第一部件接触的面即第三接触面被所述型腔侧壁包围。
5.如权利要求2～4中任一项所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，固定所述模具，使所述第一部件旋转。
6.如权利要求1所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
所述第二金属及所述第三金属的变形阻力比所述第一金属小，
在所述第一部件形成有凹部，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，在所述凹部内配置所述第三部件，将所述第二部件在其至少一部分进入所述凹部的状态下、向所述第三部件相对地进行按压同时使之旋转，由此，对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热。
7.如权利要求6所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
所述第一部件包括：
规定所述凹部的凹部底面；
规定所述凹部、且在与所述凹部底面交叉的方向上延伸的凹部侧面；
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，所述第二部件相对地按压于与所述第一部件的所述凹部底面接触而配置的所述第三部件，同时进行旋转。
8.如权利要求6或7所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，所述第二部件由于发生变形而与所述凹部侧面接触。
9.如权利要求6～8中任一项所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
还具有对所述第一部件进行加工的工序，以在所述第一部件与所述第二部件接合的状态下除去所述凹部侧面。
10.如权利要求6～9中任一项所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，固定所述第一部件，使所述第二部件旋转。
11.如权利要求1～10中任一项所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
还具有除去工序，其在所述第一部件与所述第二部件接合的状态下，除去在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中因所述第二部件发生变形而形成的毛刺。
12.如权利要求1～11中任一项所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
所述第三部件在所述第一部件与所述第二部件接合的状态下缓和在所述第一部件与所述第二部件之间产生的应力。
13.如权利要求1～12中任一项所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
在对所述第一部件、所述第二部件以及所述第三部件进行加热的工序中，温度升高状态下的所述第二金属及所述第三金属的变形阻力与所述第一金属的变形阻力相比小10％以上。
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