CN116135395A - 摩擦搅拌接合方法及摩擦搅拌接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的问题是，在抑制劳动和工时的同时，高效且牢固地将工件彼此摩擦搅拌接合。为了解决上述问题，一种摩擦搅拌接合方法具有以下所示的固定工序、临时接合工序(S2)及正式接合工序。在固定工序中，利用互相分离的多个弹簧销(10)，将工件(W1,W2)按压并固定在承接台上。在临时接合工序(S2)中，在与弹簧销(10)不同的部位，借由摩擦搅拌接合将工件(W1,W2)彼此点接合。在正式接合工序中，借由摩擦搅拌接合将经点接合的工件(W1,W2)彼此线接合。

Description

摩擦搅拌接合方法及摩擦搅拌接合装置

技术领域

本发明涉及一种将铝材等的工件彼此摩擦搅拌接合的方法及装置。

背景技术

在将工件彼此摩擦搅拌接合时，从接合强度等方面出发，优选尽量消除工件彼此的间隙，将工件彼此在尽量紧密接触的状态下接合。因此，例如，在接合前对工件进行机械加工使其变得平坦，或利用由气压或液压驱动的夹具对工件进行面压，或借由点接合将工件彼此临时接合后进行正式接合。

[先前技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2007-038253号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，如果在接合前对工件进行平坦化，则在开始摩擦搅拌接合之前需要大量的劳动和工时。

另外，在对工件进行面压的同时，利用点接合进行临时接合的情况下，需要避免与呈面状扩展的面压部件的干涉，在面压部件的外侧进行临时接合。因此，无法临时接合的大块区域较为宽广，有可能产生无法以充分的密度进行临时接合的区域。进而，由于只能在面压部件的外侧进行临时接合，所以有可能只能在工件彼此的紧密接触不充分的位置进行临时接合。由于以上内容，有可能因为临时接合的结合力不足，从而由于正式接合工序中的搅拌(摩擦搅拌接合)，使临时接合断开而工件翻卷。并且，特别是在工件较大型的情况下，面压部件变得大型，所以这样的问题变得显著。

本发明是鉴于上述情况而形成的，目的在于在抑制劳动和工时的同时，高效且牢固地将工件彼此摩擦搅拌接合。

[解决问题的技术手段]

本发明人等发现，如果利用互相分离的多个弹簧销，将工件按压在承接台上，同时在与弹簧销不同的部位将工件彼此临时接合，则可以高效且牢固地进行临时接合，从而完成了本发明。本发明是以下(1)～(4)的摩擦搅拌接合方法及(5)的摩擦搅拌接合装置。

(1)一种摩擦搅拌接合方法，是将工件彼此摩擦搅拌接合，所述摩擦搅拌接合方法具有以下工序：

固定工序，利用互相分离的多个弹簧销，将前述工件按压并固定在承接台上；

临时接合工序，在前述固定的状态下，在与前述弹簧销不同的部位，借由摩擦搅拌接合将前述工件彼此点接合；及，

正式接合工序，借由摩擦搅拌接合将经点接合的前述工件彼此线接合。

根据前述(1)的发明，利用多个弹簧销按压工件的同时，在与弹簧销不同的部位将工件彼此临时接合(点接合)。因此，与利用呈面状扩展的面压部按压工件，同时避开与面压部的干涉而在面压部的外侧将工件彼此临时接合的情况相比，无法临时接合的大块的区域较为狭窄。因此，在工件的各部分中，容易以充分的密度进行临时接合。进而，与只能在呈面状扩展的面压部的外侧进行临时接合的情况相比，容易在工件彼此充分地紧密接触的恰当的位置进行临时接合。借由以上，可以高效且牢固地进行临时接合，即使是点接合程度的临时接合，也可以抑制由正式接合工序中的摩擦搅拌引起的工件的翻卷。其结果，可以高效且牢固地地将工件彼此摩擦搅拌接合。

而且，根据前述(1)的发明，由于在正式接合工序之前，仅仅是利用多个弹簧销将工件按压在承接台上并且进行临时接合(点接合)，所以与例如借由机械加工使工件平坦化的情况相比，正式接合工序前所需的劳动和工时较少。

以上，根据前述(1)的发明，可以在抑制劳动和工时的同时，高效且牢固地将工件彼此摩擦搅拌接合。

(2)根据前述(1)所述的摩擦搅拌接合方法，其中，在前述临时接合工序中，在作为前述工件之一的第一工件中的外缘的角部进行前述点接合，在前述正式接合工序中，沿着前述外缘进行前述线接合。

根据前述(2)的发明，在沿着工件的外缘进行摩擦搅拌接合(线接合)时容易发生翻卷的角部进行临时接合(点接合)。因此，在这方面也可以高效地抑制工件的翻卷。而且，角部难以利用弹簧销进行按压，不太适合配置弹簧销，因此可以有效利用该部分来进行临时接合。

(3)根据前述(1)或(2)所述的摩擦搅拌接合方法，其中，在前述固定工序中，利用多个前述弹簧销，将伸展材料的前述工件即第一工件按压在压铸材料的前述工件即第二工件上。

此外，前述伸展材料例如包括在制造时进行轧制或锻造加工成的压制材料、挤出材料等。

根据前述(3)的发明，将作为容易展现出平坦度的伸展材料的第一工件按压在作为难以展现出平坦度的压铸材料的第二工件上。因此，难以展现出平坦度的第二工件被夹在容易展现出平坦度的第一工件与承接台等之间，而容易被矫正得平坦。即，在利用多个弹簧销离散地按压工件的多个部位的本发明中，也可以利用容易展现出平坦度的第一工件，对难以展现出平坦度的第二工件进行面压。因此，在这方面也可以高效且牢固地进行临时接合。

(4)根据前述(1)～(3)中任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其中，多个前述工件包括第一工件及第二工件，

前述第二工件具有：开口部，朝向规定方向开口；及，阶差部，在前述开口部的内周面的外侧，向前述规定方向的相反方向凹陷，且底面与前述开口部的内周面连续；

在前述固定工序中，将前述第一工件的外缘部嵌入至前述第二工件的前述阶差部，并且利用多个前述弹簧销向前述规定方向的相反方向将前述第一工件按压在前述第二工件上，

在前述临时接合工序中，将前述第一工件与前述第二工件在对接部点接合，前述对接部包含前述第一工件的前述外缘部的侧表面及前述第二工件中的与前述侧表面相对的部分，

在前述正式接合工序中，将前述第一工件与前述第二工件在重合部线接合，前述重合部中前述阶差部的底面与前述第一工件在前述规定方向上重合。

根据前述(4)的发明，借由将第一工件的外缘部嵌入至第二工件的阶差部，能够进行第一工件相对于第二工件的定位，在这方面，也可以更高效地进行临时接合。另外，在正式接合工序中，由于在重合部进行线接合，因此与在对接部进行线接合的情况相比，更容易获得接合强度。

(5)一种摩擦搅拌接合装置，是将工件彼此摩擦搅拌接合，所述摩擦搅拌接合装置具有：

板，在互相分离的多个部位安装有弹簧销，并且在与前述多个部位不干涉的另外的多个部位具有插孔，利用多个前述弹簧销将前述工件按压并固定在承接台上；

临时接合工具，借由摩擦搅拌接合将前述工件彼此在前述插孔处点接合；及，

正式接合工具，借由摩擦搅拌接合将经点接合的前述工件彼此线接合。

根据前述(5)的装置，可以获得与前述(1)的方法同样的效果。

(发明的效果)

以上，根据本发明，可以在抑制劳动和工时的同时，高效且牢固地将工件彼此摩擦搅拌接合。

附图说明

图1是绘示第一实施方式的摩擦搅拌接合装置的正面剖视图。

图2是绘示固定工序的前半程的正面剖视图。

图3是绘示固定工序的后半程的正面剖视图。

图4是绘示固定工序的完成时的平面图。

图5是绘示变更例的固定工序的正面剖视图。

图6是绘示本实施方式的固定工序的正面剖视图。

图7是绘示临时接合工序的正面剖视图。

图8是绘示临时接合工序的完成时的平面图。

图9是绘示正式接合工序的正面剖视图。

图10是绘示正式接合工序的平面图。

图11是绘示变更例的立体图。

图12是绘示第二实施方式的固定工序的正面剖视图。

图13是绘示正式接合工序的正面剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明毫不限定于以下的实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内适当变更来实施。

[第一实施方式]

图1是绘示本实施方式的摩擦搅拌接合装置50的正面剖视图。摩擦搅拌接合装置50具有承接台19、板15、支承台17及多个弹簧销10。

承接台19是以将互相摩擦搅拌接合的第一工件W1与第二工件W2的面长方向作为水平方向的方式，来载置所述第一工件W1与第二工件W2的台。板15借由安装在支承台17上，而以自身的面长方向为水平方向地配置在承接台19的上方。

弹簧销10安装在板15中在水平方向上互相分离的多个部位。具体而言，各弹簧销10具有销12及弹簧11。各销12由板15可在上下方向上位移地支承。弹簧11在销12的周围由板15支承，从而向下方(承接台19侧)对销12施力。板15借由利用多个弹簧销10向下方按压工件W1,W2中的在水平方向上互相分离的多个部位，而将工件W1,W2按压并固定在承接台19上。

板15在不与弹簧销10干涉(即，俯视中不与弹簧销10重叠)的多个部位分别具有插孔16。插孔16是用于供临时接合工具20从上侧向下侧插通的孔，所述临时接合工具20用于将工件W1,W2彼此临时接合。

本实施方式的摩擦搅拌接合方法具有以下所示的固定工序S1、临时接合工序S2及正式接合工序S3。

图2是绘示固定工序S1的前半程的正面剖视图。在固定工序S1的前半程，作业者等在承接台19上设置第二工件W2，并且进而在其上设置第一工件W1。第一工件W1是伸展材料，第二工件W2是压铸材料。因此，第一工件W1比第二工件W2更容易展现出平坦度。这是因为，压铸材料由于由成型后的退热引起的原材料的收缩，容易发生翘曲或起伏等弯曲、或者板厚的变化(不均匀)，而伸展材料(压制材料、挤出材料)是平坦地延伸而成型，所以容易确保平坦度。

图3是绘示固定工序S1的后半程的正面剖视图。在固定工序S1的后半程，作业者等借由将板15安装在支承台17上，而将板15设置在工件W1,W2的上方。由此，借由分散配置在板15上的多个弹簧销10，第一工件W1及第二工件W2被按压并固定在承接台19上。

图4是绘示固定工序S1的完成时的例子的平面图。多个弹簧销10例如如该图4所示，配置在第一工件W1的外缘E中除角部Ec之外的部分。但是，也可以取而代之或另外在第一工件W1中除外缘E之外的部分配置有弹簧销10。此外，弹簧销10的数量可以根据工件W1,W2的形状、大小等任意设定，例如5个以上、10个以上、20个以上等。

如果由于各工件W1,W2的翘曲或起伏等，在第一工件W1与第二工件W2之间存在间隙，则接合品质会恶化。另外，在第二工件W2与承接台19之间存在间隙也是使接合品质恶化的主要原因，因为在该部分无法将工件W1,W2紧按在承接台19上。因为这一点，在本实施方式中，是将容易展现出平坦度的第一工件W1(伸展材料)按压在难以展现出平坦度的第二工件W2(压铸材料)上。因此，可以使第一工件W1高效地贴合第二工件W2，并且使第二工件W2高效地贴合承接台19。以下对其细节进行说明。

图5是绘示第二工件W2和第一工件W1均是压铸材料的情况的变更例。此外，在该图5中，为了便于观察，夸张地示出了各工件W1,W2的弯曲等。如此，在变更例的情况下，不仅在第二工件W2上，在第一工件W1上也容易出现翘曲或起伏等弯曲、或者板厚的变化(不均匀)。因此，在有些部分，例如由于第一工件W1的弯曲等以及与其相反的方向的第二工件W2的弯曲等的重叠，两工件W1,W2间的间隙增大。因此，例如无法使第一工件W1高效地贴合第二工件W2。

此外，在利用弹簧销10牢固地对工件W1,W2进行按压直到第一工件W1及第二工件W2的弯曲被消除的情况下，对弹簧销10所要求的输出载荷、和对承接台19所要求的承载变大。

在这方面，根据本实施方式，如图6所示，是利用多个弹簧销10，将容易展现出平坦度的第一工件W1(伸展材料)按压在难以展现出平坦度的第二工件W2(压铸材料)上。因此，难以展现出平坦度的第二工件W2被夹在容易展现出平坦度的第一工件W1与承接台19之间，而容易被矫正得平坦。即，在利用多个弹簧销10离散地按压工件W1,W2的多个部位的本实施方式中，也可以利用容易展现出平坦度的第一工件W1，对难以展现出平坦度的第二工件W2进行面压。因此，可以使第一工件W1高效地贴合第二工件W2，并且使第二工件W2高效地贴合承接台19。

图7是绘示临时接合工序S2的正面剖视图。摩擦搅拌接合装置50还具有臂等移动体及临时接合工具20。临时接合工具20从移动体的头部20h起向下方突出，并由马达等驱动装置而被绕轴线(绕上下线)旋转驱动。临时接合工具20具有从头部20h的下端起向下方突出的台肩25、及从台肩25的下端起向下方突出的探针26。摩擦搅拌接合装置50构成为能够借由移动体(臂等)的控制，使临时接合工具20在上下方向及水平方向上移动。

在临时接合工序S2中，利用移动体，使临时接合工具20移动至插孔16的正上方后，使其向下方移动。由此，将临时接合工具20插入至插孔16中，并且将探针26压接在第一工件W1及第二工件W2上。由此，将第一工件W1点接合在第二工件W2上，从而设置临时接合部Tj。

此外，该点接合(临时接合)既可以借由使一个临时接合工具20依次插通在多个插孔16中来依次进行，在摩擦搅拌接合装置50具有多个临时接合工具20的情况下，也可以利用多个临时接合工具20在多个部位同时进行临时接合。

图8是绘示临时接合工序S2的完成时的例子的平面图。插孔16设置在板15中与第一工件W1的外缘E的角部Ec重叠的位置。因此，在临时接合工序S2中，是将第一工件W1的外缘E的角部Ec点接合在第二工件W2上。由此，在角部Ec设置临时接合部Tj。

图9是绘示正式接合工序S3的正面剖视图。摩擦搅拌接合装置50还具有正式接合工具30。正式接合工具30既可以是与临时接合工具20相同的工具，也可以是不同的工具。此外，在图9中，正式接合工具30是与临时接合工具20不同的工具，探针36比临时接合工具20的探针26长。正式接合工具30也与临时接合工具20同样地，从移动体的头部30h起向下方突出，并由马达等驱动装置而被绕轴线(绕上下线)旋转驱动。摩擦搅拌接合装置50构成为能够借由移动体的控制，使正式接合工具30在上下方向及水平方向上移动。

在正式接合工序S3中，作业者等借由将板15从支承台17拆下，来解除多个弹簧销10对工件W1,W2的按压。其后，摩擦搅拌接合装置50借由利用正式接合工具30进行的摩擦搅拌接合，将经点接合的工件W1,W2彼此线接合。具体而言，摩擦搅拌接合装置50使正式接合工具30移动至第一工件W1的外缘E的内侧中的所希望的位置的正上方后，使其向下方移动。由此，将探针36压接在第一工件W1的上表面，并且使其插通第一工件W1而到达第二工件W2。

图10是绘示正式接合工序S3的平面图。摩擦搅拌接合装置50从使探针36到达第二工件W2的状态开始，使正式接合工具30沿着第一工件W1的外缘E移动，由此将第一工件W1的外缘E的内侧线接合在第二工件W2上。由此，沿着第一工件W1的外缘E设置正式接合部Mj。

图11是绘示本实施方式的变更例的工件W1,W2的平面图。如此，也可以使第一工件W1从水平方向侧与第二工件W2对接。并且，也可以在包含第一工件W1的外缘E的角部Ec及第二工件W2中的与该角部Ec相对的部分的部分上设置临时接合部Tj，并且沿着第一工件W1的外缘E进行正式接合。

以下，将总结本实施方式的效果。根据本实施方式，利用互相分离的多个弹簧销10向下方按压工件W1,W2的同时，在与弹簧销10不同的多个部位(插孔16)将工件W1,W2彼此临时接合(点接合)。因此，与利用沿水平方向呈面状扩展的面压部向下方按压工件W1,W2，同时避开与面压部的干涉而在面压部的外侧将工件W1,W2彼此临时接合的情况相比，无法临时接合的大块的区域较为狭窄。因此，在工件W1,W2的各部分中，容易以充分的密度进行临时接合。进而，与只能在呈面状扩展的面压部的外侧进行临时接合的情况相比，容易在工件W1,W2彼此充分地紧密接触的恰当的位置进行临时接合。借由以上内容，可以高效且牢固地进行临时接合，即使是点接合程度的临时接合部Tj，也可以抑制由正式接合工序S3中的摩擦搅拌引起的第一工件W1的翻卷。其结果，可以高效且牢固地将工件W1,W2彼此摩擦搅拌接合。

而且，在固定工序S1中，利用多个弹簧销10，将第一工件W1(伸展材料)按压在第二工件W2(压铸材料)上。因此，可以利用容易展现出平坦度的第一工件W1，对难以展现出平坦度的第二工件W2进行面压。因此，在这方面也可以高效且牢固地进行临时接合。

而且，在临时接合工序S2中，在沿着第一工件W1的外缘E进行摩擦搅拌接合(线接合)时容易发生翻卷的角部Ec进行临时接合(点接合)。因此，在这方面也可以高效地抑制第一工件W1的翻卷。而且，角部Ec难以利用弹簧销10进行按压，不太适合配置弹簧销10，因此可以高效利用该部分来进行临时接合。

而且，根据本实施方式，由于在正式接合工序S3之前，仅仅是利用多个弹簧销10将工件W1,W2按压在承接台19上并且进行临时接合(点接合)，所以与例如借由机械加工使工件W1,W2平坦化的情况相比，正式接合工序S3前所需的劳动和工时较少。进而，在其后的正式接合工序S3中，借由临时接合部Tj使第一工件W1的翻卷得到抑制，因此降低了抑制正式接合工具30的移动速度的必要性。因此，在正式接合工序S3中，也可以抑制劳动和工时。

以上，根据本实施方式，可以在抑制劳动和工时的同时，高效且牢固地将工件W1,W2彼此摩擦搅拌接合。

[第二实施方式]

接下来对第二实施方式进行说明。关于本实施方式，以第一实施方式为基础，以与其不同的方面为中心来进行说明，针对与第一实施方式相同或相似的方面则适当省略说明。

图12是绘示固定工序S1的正面剖视图。第二工件W2具有开口部W2a及阶差部W2b。开口部W2a是向上方开口的部位。具体而言，开口部W2a在图12中是向上方开口的凹部，但也可以是沿上下方向贯穿的通孔等。阶差部W2b在第二工件W2中开口部W2a的内周面的外侧向下方凹陷，底面与开口部W2a的内周面连续。

在固定工序S1中，作业者等在承接台19上载置第二工件W2，并且进而在其上载置第一工件W1。此时，将第一工件W1的外缘部W1b嵌入至第二工件W2的阶差部W2b中。

以下，将包含第一工件W1的外缘部W1b的侧表面及第二工件W2中的与该侧表面相对的部分的部分称为“对接部Bp”。另外，将第一工件W1与阶差部W2b的底面在上下方向上重合的部分称为“重合部Op”。

作业者等在将第一工件W1载置在第二工件W2上后，将板15(在图12中省略图示)安装在支承台17上。由此，借由分散配置在板15上的多个弹簧销10，第一工件W1及第二工件W2被按压并固定在承接台19上。

图13是绘示正式接合工序S3的正面剖视图。插孔16(在图13中省略图示)设置在板15中位于对接部Bp的正上方的多个部位。在临时接合工序S2中，摩擦搅拌接合装置50借由在插孔16中插入临时接合工具20(在图13中省略图示)，从而将第一工件W1与第二工件W2在对接部Bp点接合，从而设置临时接合部Tj。

在正式接合工序S3中，作业者等将板15从支承台17拆下。其后，摩擦搅拌接合装置50使正式接合工具30移动至重合部Op中的所希望的位置的正上方之后，使其向下方移动。由此，将探针36压接在第一工件W1的上表面，并且使其插通第一工件W1而到达第二工件W2。从该状态开始，摩擦搅拌接合装置50借由使正式接合工具30沿着第一工件W1的外缘部W1b移动，从而将第一工件W1的外缘部W1b线接合在第二工件W2的阶差部W2b的底部。由此，沿着第一工件W1的外缘部W1b设置正式接合部Mj。

根据本实施方式，借由将第一工件W1的外缘部W1b嵌入至第二工件的阶差部W2b，能够进行第一工件W1相对于第二工件W2的定位，在这方面，也可以更高效地进行临时接合。另外，在正式接合工序S3中，由于在重合部Op进行线接合，因此与在对接部Bp进行线接合的情况相比，更容易获得接合强度。

[其他实施方式]

以上的实施方式例如可以如下变更来实施。在第一实施方式中，是将第一工件W1的外缘E的角部Ec临时接合在第二工件W2上，但也可以另外或者取而代之，将第一工件W1中除角部Ec之外的部分临时接合在第二工件W2上。

附图标记

10 弹簧销

15 板

16 插孔

19 承接台

20 临时接合工具

30 正式接合工具

50 摩擦搅拌接合装置

Bp 对接部

E 第一工件的外缘

Ec 第一工件的外缘的角部

Op 重合部

S1 固定工序

S2 临时接合工序

S3 正式接合工序

W1 第一工件

W1b 第一工件的外缘部

W2 第二工件

W2a 第二工件的开口部

W2b 第二工件的阶差部

Claims (5)

1.一种摩擦搅拌接合方法，是将工件彼此摩擦搅拌接合，所述摩擦搅拌接合方法具有以下工序：

固定工序，利用互相分离的多个弹簧销，将前述工件按压并固定在承接台上；

临时接合工序，在前述固定的状态下，在与前述弹簧销不同的部位，借由摩擦搅拌接合将前述工件彼此点接合；及，

正式接合工序，借由摩擦搅拌接合将经点接合的前述工件彼此线接合。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其中，在前述临时接合工序中，在作为前述工件之一的第一工件中的外缘的角部进行前述点接合，在前述正式接合工序中，沿着前述外缘进行前述线接合。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其中，在前述固定工序中，利用多个前述弹簧销，将伸展材料的前述工件即第一工件按压在压铸材料的前述工件即第二工件上。

4.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其中，多个前述工件包括第一工件及第二工件，

前述第二工件具有：开口部，朝向规定方向开口；及，阶差部，在前述开口部的内周面的外侧，向前述规定方向的相反方向凹陷，且底面与前述开口部的内周面连续；

在前述固定工序中，将前述第一工件的外缘部嵌入至前述第二工件的前述阶差部，并且利用多个前述弹簧销向前述规定方向的相反方向将前述第一工件按压在前述第二工件上，

在前述临时接合工序中，将前述第一工件与前述第二工件在对接部点接合，前述对接部包含前述第一工件的前述外缘部的侧表面及前述第二工件中的与前述侧表面相对的部分，

在前述正式接合工序中，将前述第一工件与前述第二工件在重合部线接合，前述重合部中前述阶差部的底面与前述第一工件在前述规定方向上重合。

5.一种摩擦搅拌接合装置，是将工件彼此摩擦搅拌接合，所述摩擦搅拌接合装置具有：

板，在互相分离的多个部位安装有弹簧销，并且在与前述多个部位不干涉的另外的多个部位具有插孔，利用多个前述弹簧销将前述工件按压并固定在承接台上；

临时接合工具，借由摩擦搅拌接合将前述工件彼此在前述插孔处点接合；

及，

正式接合工具，借由摩擦搅拌接合将经点接合的前述工件彼此线接合。

Images