CN107530823B - 金属部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

具有：准备由第一金属构成的第一部件(2)和由变形阻力比第一金属小的第二金属构成的第二部件(3)的工序；将第一部件(2)与第二部件(3)接合的工序。将第一部件(2)与第二部件(3)接合的工序包含：向模具(93)的型腔(10)内配置第二部件(3)的工序；向第二部件(3)按压第一部件(2)，并使第一部件在与第二部件(3)的相对位置关系不变的情况下绕旋转轴相对旋转，从而加热第一部件(2)及第二部件(3)的工序；使加热的第一部件(2)和第二部件(3)在相互接触的状态下冷却的工序。在配置第二部件(3)的工序中，以第二部件接触面(3A)被型腔(10)的侧壁(12)包围的方式配置第二部件(3)，从而得到将由不同金属构成的部件彼此相互直接牢固地接合的构造。

Description

金属部件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属部件的制造方法，更特定地，涉及一种具有将由相互不同的金属构成的部件接合的构造的金属部件的制造方法。
背景技术
具有将由不同金属构成的部件彼此相互固定的构造的金属部件有时被用作机械构件。例如，作为液压泵、液压马达的活塞瓦，公知在由钢构成的基座部上固定由铜合金构成的滑动部的活塞瓦。在这种活塞瓦中，有时使用将滑动部铆接固定于基座部的活塞瓦。
为了将滑动部铆接固定于基座部，需要在将滑动部安装于基座部之前，将滑动部预先加工成能够铆接固定的形状。因此，存在滑动构件的制造成本因滑动部的加工费用而变高的问题。针对于此，提出了一种将滑动部按压于基座部而使之变形，通过使滑动部卡合于基座部而将滑动部固定于基座部的活塞瓦(例如，参见(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记载的活塞瓦的构造中，滑动部只是卡合固定于基座部。因此，在对活塞瓦施加冲击的情况下，滑动部向基座部的固定状态有可能变得不稳定。
本发明提供一种具有将由不同金属构成的部件彼此相互直接牢固地接合的构造的金属部件的制造方法。
用于解决技术问题的手段
根据本发明的金属部件的制造方法具有：准备由第一金属构成的第一部件和由变形阻力比第一金属小的第二金属构成的第二部件的工序；向形成有由底壁和从底壁向与底壁交叉的方向延伸的侧壁规定的型腔的模具的型腔内配置第二部件的工序；向配置于型腔内的第二部件按压第一部件，并使第一部件在与第二部件的相对位置关系不变的情况下绕旋转轴相对旋转，从而加热第一部件及第二部件的工序；使加热的第一部件和第二部件在相互接触的状态下冷却，从而将第一部件和第二部件接合的工序；在配置第二部件的工序中，以第二部件接触面即第二部件中与第一部件接触的面被规定型腔的侧壁包围的方式配置第二部件。
在本发明的金属部件的制造方法中，使第一部件在与配置于模具内的第二部件接触的状态下在与第二部件的相对位置关系不变的情况下绕旋转轴相对旋转，从而加热第一部件及第二部件。此时，由于第二部件的变形阻力比第一部件小，因此第二部件发生变形而与规定模具的型腔的侧壁接触。由此，可以抑制第二部件与第一部件一同旋转，并且还可以抑制第二部件的进一步变形。因此，第一部件与第二部件摩擦而进一步产生热量，可以抑制所产生的热量从型腔内散出。通过将如此加热的第一部件和第二部件维持在接触状态同时对它们进行冷却，使第一部件和第二部件直接接合。
这样，根据本发明的金属部件的制造方法，能够制造出具有将由不同金属构成的部件彼此相互直接牢固地接合的构造的金属部件。
上述金属部件的制造方法也可以进一步具有将第二部件在加热第一部件及第二部件的工序中变形而形成的毛刺除去的工序。这样一来，能够得到将接合第一部件和第二部件时形成的毛刺除去的金属部件。
在上述金属部件的制造方法中，在加热所述第一部件及所述第二部件的工序中，温度上升状态下的所述第二金属的变形阻力可以比所述第一金属的变形阻力小10％以上。这样一来，第一部件与第二部件之间的接合较为容易。
发明效果
由以上说明可知，根据本发明的金属部件的制造方法，能够制造出具有将由不同金属构成的部件彼此相互直接牢固地接合的构造的金属部件。
附图说明
图1是表示金属部件的构造的剖面示意图。
图2是表示金属部件的制造方法的概况的流程图。
图3是表示金属部件的制造装置的概况的示意图。
图4是表示金属部件的制造装置的动作的剖面示意图。
图5是表示模具的构造的俯视示意图。
图6是表示由钢构成的第一部件和由黄铜构成的第二部件接合而成的金属部件的一个例子的照片。
图7是表示由钢构成的第一部件和由黄铜构成的第二部件接合而成的金属部件的一个例子的照片。
图8是表示由钢构成的第一部件和由铝合金构成的第二部件接合而成的金属部件的一个例子的照片。
图9是表示由钢构成的第一部件和由铝合金构成的第二部件接合而成的金属部件的一个例子的照片。
图10是表示由钢构成的第一部件和由铝合金构成的第二部件的边界面附近的状态的SEM(Scanning Electron Microscope)照片。
图11是表示将由黄铜构成的第一部件和由钢构成的第二部件试接合的样品的状态的照片。
图12是表示将由黄铜构成的第一部件和由钢构成的第二部件试接合的样品的状态的照片。
具体实施方式
以下对本发明一实施方式进行说明。在以下的附图中，对于相同或相当的部分，标注相同的附图标记，不重复对其进行说明。
图1是表示可通过本实施方式的金属部件的制造方法制造的金属部件(机械构件)的构造的剖面示意图。参见图1，金属部件1具有将由第一金属构成的第一部件2和由第二金属构成的第二部件3接合的构造。
第一部件2具有圆筒状形状。第一部件2的一个端面2A是与第二部件3之间的接合面。第二部件3具有圆盘状形状。第二部件3的一个端面3A是与第一部件2之间的接合面。构成第二部件3的第二金属与构成第一部件2的第一金属相比变形阻力更小。这样的金属部件1能够通过本实施方式的以下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况的流程图。图3是表示金属部件的制造装置的概况的示意图。图4是表示金属部件的制造装置的动作的剖面示意图。图5是表示金属部件的制造装置中包含的模具的构造的俯视示意图。
参见图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)，实施成形部件准备工序。在该工序(S10)中，参见图1，例如准备由经过调质处理的机械构造用合金钢构成的圆筒形状的第一部件2和由高力黄铜构成的圆盘形状的第二部件3。第一部件2的一个端面2A是第一部件接触面，第一部件接触面是要与第二部件3接合的平坦面。第二部件3的一个端面3A是第二部件接触面，第二部件接触面是要与第一部件2接合的平坦面。
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)中准备的第一部件2及第二部件3。例如使用甲醇、乙醇、丙酮等液体清洗第一部件2及第二部件3。由此，可以将在用于准备第一部件2及第二部件3的切割、加工等程序中附着于第一部件2及第二部件3的异物等除去。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3的一个端面3A的精密的精加工。第二部件3的一个端面3A也可以是切割后的状态。
接着，参见图2，实施封闭摩擦焊工序。封闭摩擦焊工序包含接合准备工序、摩擦工序及冷却工序。在此，对通过实施封闭摩擦焊来制造金属部件1的金属部件的制造装置进行说明。
参见图3，封闭摩擦焊装置9是金属部件的制造装置，其具有能够绕轴α旋转的主轴95、在轴α方向上相对于主轴95间隔配置的基台部98、通过沿轴α方向驱动主轴95而调整主轴95与基台部98的间隔的驱动部97和支承主轴95及基台部98的机架90。
参见图3，在机架90内，设置有与轴α平行地延伸的轴体90A。该轴体90A将支承主轴95的主轴支承部90C支承为能够沿轴体90A的延伸方向移动。并且，在轴体90A上，连接有驱动轴体90A的主轴移动马达90B。通过利用主轴移动马达90B驱动轴体90A，使由主轴支承部90C支承的主轴95沿轴α方向移动。由此，能够调整主轴95与基台部98的间隔。轴体90A、主轴支承部90C及主轴移动马达90B构成驱动部97。
卡盘94及模具93被配置为，在利用驱动部97调整主轴95与基台部98的间隔而使第一部件2与第二部件3接触的状态(图4的状态)下，规定型腔10的侧壁12包围第二部件3中与第一部件2接触的面即一个端面3A的外周。参见图4，侧壁12在轴α方向上的高度大于第二部件3的厚度。
参见图3，在主轴95上，以与基台部98相对的方式设有作为保持第一部件2的第一保持部的卡盘94。另外，在主轴95上，连接有驱动主轴95绕轴α旋转的主轴马达95B。并且，在主轴95上，设置有检测第一部件2与第二部件3的接触载荷的载荷传感器96。该载荷传感器96从对卡盘94施加的第一部件2与第二部件3的接触反作用力的大小检测第一部件2与第二部件3的接触载荷。载荷传感器96虽然不是封闭摩擦焊装置9中必须的结构，但通过设置它，容易将第一部件2与第二部件3的接触载荷调整为适当范围。
在基台部98上，以与卡盘94相对的方式配置有作为保持第二部件3的第二保持部的模具93。参见图3及图4，基台部98包括基座体91、模具保持架92和模具93。基座体91设置在机架90上。模具保持架92固定在基座体91上。模具93嵌入固定于模具保持部92A即形成于模具保持架92的凹部。如图5所示，模具93能够分离成两个构件99、99。
参见图4及图5，模具93包括底壁11和侧壁12，底壁11是圆形平面，侧壁12从底壁11向与底壁11交叉的方向(垂直的方向)延伸。底壁11及侧壁12规定型腔10。侧壁12具有与具有圆形形状的底壁11的外周连接且与底壁11直径相同的圆筒面形状。
接着，说明封闭摩擦焊工序的具体程序。参见图3及图4，在作为工序(S30)而实施的接合准备工序中，使第一部件2在外周面处保持于卡盘94，并且将第二部件3设于模具93的型腔10内。此时，第一部件2及第二部件3被配置为，第一部件2的一个端面2A与第二部件3的一个端面3A相对，且第一部件2及第二部件3的中心轴与卡盘94的旋转轴α一致。
向型腔10内导入脱模剂。由此，在后述的工序(S40)中，在型腔10内存在脱模剂的状态下加热第一部件2及第二部件3。该脱模剂的导入虽然不是必须的程序，但通过导入脱模剂，容易在后述的工序(S50)中从模具93中取出第一部件2与第二部件3接合而构成的构造体。脱模剂既可以是液体状，也可以是粉体状。
接着，作为工序(S40)，实施摩擦工序。在该工序(S40)中，主轴95在主轴马达95B的驱动下绕轴α旋转，并且在主轴移动马达90B的驱动下靠近基台部98。由此，卡盘94绕轴α旋转，同时靠近模具93。
然后，第一部件2在与第二部件3的相对位置不变的情况下以规定载荷按压于第二部件3同时相对旋转。第一部件2与第二部件3的接触部(接合部)的温度因摩擦热而上升。第二部件3的温度例如上升至构成第二部件3的第二金属的软化点以上且低于熔点的温度。
如上所述，第二部件3的变形阻力小于第一部件2的变形阻力。加热的第二部件3软化而变形，与模具93的侧壁12接触。由此，可以抑制第二部件3与第一部件2一同旋转，并且还可以抑制第二部件3的进一步变形。因此，第一部件2与第二部件3摩擦而进一步产生热量，可以抑制所产生的热量从型腔10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、停止。之后，使利用载荷传感器96检测的按压载荷降低。其间，第一部件2与第二部件3维持相互按压的状态，同时第一部件2与第二部件3的接触部冷却。由此，将第一部件2与第二部件3接合。在按压载荷达到0之后，从封闭摩擦焊装置9中取出将第一部件2与第二部件3接合而构成的构造体即金属部件1。通过以上程序，完成封闭摩擦焊工序。
接着，作为工序(S60)，实施机加工工序。在该工序(S60)中，对在工序(S50)中得到的金属部件1实施机加工。在工序(S60)中，将第二部件3例如在工序(S40)中变形而形成的毛刺除去。之后，根据需要实施热处理、精加工等，完成金属部件1。
这样，根据本实施方式的使用封闭摩擦焊装置9的金属部件1的制造方法，能够制造出具有将由第一金属构成的第一部件2和由变形阻力比第一金属小的第二金属构成的第二部件3直接牢固地接合的构造的金属部件1。可以制造出具有将由不同金属构成的部件彼此相互直接牢固地接合的构造的金属部件1。
在工序(S40)中，温度上升状态下的第二部件3(第二金属)的变形阻力优选比第一部件2(第一金属)的变形阻力小10％以上。如上所述，在第二部件3(第二金属)的变形阻力比第一部件2(第一金属)小的情况下，能够像本实施方式那样将第一部件2与第二部件3接合。但是，第一部件2的变形阻力与第二部件3的变形阻力之差小的情况下，在工序(S40)中，不但是第二部件3，第一部件2也有可能发生变形而与模具93的侧壁12接触。
在这样的情况下，第一部件2与第二部件3难以良好地接合。因此，需要在工序(S40)中严密管理第一部件2及第二部件3的温度。通过将温度上升状态下的第二金属的变形阻力设定为比第一金属的变形阻力小10％以上，容易实现良好的接合。通过将温度上升状态下的第二金属的变形阻力设定为比第一金属的变形阻力小50％以上、以及进一步设定为小80％以上，更容易实现良好的接合。
实施例
通过与上述实施方式相同的程序将第一部件2与第二部件3接合而进行了制作金属部件1的样品的实验。作为构成第一部件2的金属(第一金属)，采用了钢(机械构造用合金钢)。作为构成第二部件的金属(第二金属)，采用了高力黄铜(实施例A)及6000系铝合金(Al-Mg-Si系合金)(实施例B)。另外，为了比较，对于采用高力黄铜作为构成第一部件2的金属、采用钢作为构成第二部件3的金属的情况也按照相同的程序试制作了金属部件的样品。表1中示出了用于实验的金属组合。另外，图6～图12中示出了所得样品的照片。
[表1]
第一部件 第二部件
实施例A 钢 高力黄铜
实施例B 钢 铝合金
比较例A 高力黄铜 钢
参见表1，在实施例A及实施例B的金属组合中，第二部件3的变形阻力小于第一部件2的变形阻力。在比较例A的金属组合中，第二部件3的变形阻力大于第一部件2的变形阻力。
图6及图7是利用实施例A的金属组合得到的样品的照片。参见图6及图7，在实施例A的组合中，制作了第一部件2与第二部件3接合良好的金属部件。
图8及图9是利用实施例B的金属组合得到的样品的照片。参见图8及图9，在实施例B的组合中，也制作了第一部件2与第二部件3接合良好的金属部件。
图10是表示实施例B中得到的金属部件的第一部件2与第二部件3的边界面附近的SEM照片。参见图10可知，在第一部件2与第二部件3的边界面形成了反应层8。经分析可知，反应层8是铁与铝的金属间化合物。在形成这样的反应层8的同时，第一部件2与第二部件3被直接牢固地接合。
图11及图12是利用比较例A的金属组合得到的样品的照片。参见图11及图12，在比较例A的组合的情况下，没有实现第一部件2与第二部件3的良好接合。
这被认为是因为，在摩擦工序即工序(S40)中，由高力黄铜构成的第一部件2的变形变大，第一部件2在与模具93的侧壁12接触的同时进行了旋转。第一部件2变形而形成的毛刺变大。另外，第一部件2的应与第二部件3接合的区域被大范围挖除，形成了啃削部2D。
由以上实验结果可以确认，根据本发明的金属部件的制造方法，能够制造出具有将由不同金属构成的部件彼此相互直接牢固地接合的构造的金属部件。
在上述实施方式及实施例中，例示了采用钢作为构成第一部件的金属(第一金属)、采用黄铜及铝合金作为构成第二部件的金属(第二金属)的情况，但本发明中可采用的金属不限于此。表2中示出了可采用的金属组合的一个例子。
[表2]
第一部件 第二部件
钢 黄铜
钢 铝合金
钢 镍基合金
超硬合金 钢
如表2所示，在本发明的金属部件的制造方法中，能够采用由第一金属构成的第一部件和由变形阻力比第一金属小的第二金属构成的第二部件的各种组合。
本次公开的实施方式及实施例在所有方面都应该被理解成是示例，而不是限制性的内容。本发明的范围包含权利要求书所示的范围、以及与权利要求书同等含义及范围内的全部变更、改进，而不是上述说明。
工业实用性
本发明的金属部件的制造方法尤其能够很好地应用于具有将由不同金属构成的部件彼此相互直接接合的构造的金属部件的制造
附图标记说明
1金属部件、2第一部件、2A端面、2D啃削部、3第二部件、3A端面、8反应层、9封闭摩擦焊装置、10型腔、11底壁、12侧壁、90机架、90A轴体、90B主轴移动马达、90C主轴支承部、91基座体、92模具保持架、92A模具保持部、93模具、94卡盘、95主轴、95B主轴马达、96载荷传感器、97驱动部、98基台部、99构件。

Claims (3)

1.一种金属部件的制造方法，其特征在于，具有：
准备由第一金属构成的第一部件和由变形阻力比所述第一金属小的第二金属构成的第二部件的工序；
将所述第一部件与所述第二部件接合的工序；
将所述第一部件与所述第二部件接合的工序包含：
向形成有由底壁和从所述底壁向与所述底壁交叉的方向延伸的侧壁规定的型腔的模具的所述型腔内，以在所述第二部件与所述侧壁之间形成间隙的方式，配置所述第二部件的工序；
向配置于所述型腔内的所述第二部件按压所述第一部件，并使所述第一部件在与所述第二部件的相对位置关系不变的情况下绕铅直方向的旋转轴相对旋转，从而加热所述第一部件及所述第二部件的工序；
使加热的所述第一部件和所述第二部件在相互接触的状态下冷却的工序；
在配置所述第二部件的工序中，以第二部件接触面即所述第二部件中与所述第一部件接触的面被所述型腔的所述侧壁包围的方式配置所述第二部件。
2.如权利要求1所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
还具有将所述第二部件在加热所述第一部件及所述第二部件的工序中变形而形成的毛刺除去的工序。
3.如权利要求1或2所述的金属部件的制造方法，其特征在于，
在加热所述第一部件及所述第二部件的工序中，温度上升状态下的所述第二金属的变形阻力比所述第一金属的变形阻力小10％以上。
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