CN116685432A - 摩擦搅拌接合配件、摩擦搅拌接合头及摩擦搅拌接合装置 - Google Patents

Abstract

摩擦搅拌接合配件(10)具有：主体(11)，装接在机床(2)的主轴(4)上；加工轴(13)，被主体(11)旋转自如地支承，并且在前端上具有接合工具(20)的装接部(131)；以及一对推压部件(16)，被主体(11)支承而配置在装接部(131)的两侧，推压部件(16)由圆盘状的弹性材料形成，绕与加工轴(13)的旋转轴R斜着交叉的旋转轴(A)旋转自如地被支承。

Description

摩擦搅拌接合配件、摩擦搅拌接合头及摩擦搅拌接合装置

技术领域

本发明涉及摩擦搅拌接合配件、摩擦搅拌接合头及摩擦搅拌接合装置。

背景技术

作为材料的接合方法而使用摩擦搅拌接合。

在摩擦搅拌接合中，为了得到充分的摩擦热，在接合工具的旋转中需要高转矩，以往使用专用的摩擦搅拌接合装置。另一方面，只要能得到高转矩，可以使用通用的机床作为摩擦搅拌接合装置(参照专利文献1)。

在上述的专利文献1中，将接合工具的旋转轴相对于接合的工件的表面垂直地配置。相对于此，通过使接合工具的旋转轴倾斜，采取其前端侧变位到移动方向的前侧那样的姿势，能够提高向工件的进入性及软化的材料的保持性。

这样的接合工具的旋转轴的倾斜姿势除了在包括接合工具的摩擦搅拌接合头或能够装接接合工具的摩擦搅拌接合配件上设置包括弯曲接头的倾斜机构来实现以外，还通过将机床的主轴调整为倾斜状态来实现。

包括上述的专利文献1，在以往的摩擦搅拌接合中，接合的工件彼此的接合线是直线，使旋转的接合工具沿着该接合线移动。相对于此，要求对于更复杂的形状、例如在途中弯曲的接合线或曲线状的接合线等，应用摩擦搅拌接合。为此，要求不仅是接合工具的移动方向、对于接合工具的倾斜方向也能够容易地进行变更。

对于这样的要求，本申请人开发了一种摩擦搅拌接合配件，具有装接在机床的主轴上的主体、被主体旋转自如地支承并且能够装接接合工具的加工轴和将加工轴旋转驱动的旋转驱动部，作为旋转驱动部而使用被来自主轴的中心穿通空气驱动的空气马达(日本特愿2020－075490号)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－127881号公报

发明内容

发明要解决的课题

在使用通用的机床进行摩擦搅拌接合的情况下，将工件沿着机床的工作台表面平坦地保持。但是，通过接合时的发热而工件变形，有沿着接合线的一部分翘起的情况，如果相对于接合的另一方的工件发生阶差等，则有可能不能进行适当的接合。

对于工件的翘起，可以考虑追加从工件的表侧(与背抵部件相反的一侧)推压工件的推压部件，但在通用的机床中，难以进行这样的机构的追加。此外，在接合线不是直线而是多种多样的曲线的情况下等，更难以先行于接合工具用推压部件推压工件。

另一方面，在推压部件是在工件上滑动的部件的情况下，有可能发生摩擦阻力或向工件表面的擦伤等。进而，在工件沿着接合线具有凹凸的情况下，有可能推压部件与凹凸干涉而移动被妨碍。

因为这样的情况，要求开发构造简单、能够适应于多种多样的接合、并且能够防止工件的翘起的机构。

本发明的目的是提供一种构造简单、能够适应于多种多样的接合、并且能够防止工件的翘起的摩擦搅拌接合配件、摩擦搅拌接合头及摩擦搅拌接合装置。

用来解决课题的手段

本发明的摩擦搅拌接合配件的特征在于，具有：主体，装接在机床的主轴或主轴头上；加工轴，被上述主体旋转自如地支承，并且在前端上具有接合工具的装接部；以及一对推压部件，被上述主体支承，配置在上述装接部的两侧，上述推压部件由圆盘状的弹性材料形成，绕与上述加工轴的旋转轴斜着交叉的旋转轴旋转自如地被支承。

在这样的本发明中，通过将接合工具装接在装接部上并使加工轴旋转，能够进行对于工件的摩擦搅拌接合。此时，通过将一对推压部件推压在工件上，能够在接合工具的两侧防止工件的翘起。

由于推压部件被形成为圆盘状并且旋转自如地被支承，所以在接合工具相对于工件移动时，通过在工件上转动而能够跟随。由此，能够避免对于工件的摩擦，即使在工件上有凹凸也能够越过，能够总是在稳定的状态下将工件推压。

进而，由于推压部件由弹性材料形成，并且旋转轴相对于加工轴斜着、即相对于工件表面也斜着配置，所以通过预先在向工件推压时通过推压力使其弹性变形，能够对于工件总是产生稳定的推压力。

在本发明的摩擦搅拌接合配件中，优选的是，上述主体被装接在上述主轴上；在上述主体上设置有将上述加工轴旋转驱动的旋转驱动部。

在这样的本发明中，由于主体被装接在主轴上，所以通过在机床中对主轴的旋转角度位置进行控制，能够自由地变更主体或接合工具的倾斜的朝向。

由此，通过使接合工具的旋转轴倾斜，设为其前端侧变位到移动方向的前侧那样的姿势，能够提高向工件的进入性及软化的材料的保持性。

另外，也可以将主体装接在主轴头上，将加工轴与主轴连接。如果是多轴控制的机床，则通过主轴头的朝向的控制能够将主体的朝向变更。

在本发明的摩擦搅拌接合配件中，优选的是，上述旋转驱动部是通过经由上述主轴的轴心被供给的空气旋转的空气马达。

在这样的本发明中，通过使用来自主轴的空气，不需要外部动力的供给等而能够容易地确保动力源。

另外，作为本发明的旋转驱动部，也可以设为从主轴头经由线缆被供电的电动马达。

在本发明的摩擦搅拌接合配件中，优选的是，上述推压部件的沿着旋转轴的截面形状中的外周部的轮廓是圆弧状。

在这样的本发明中，在将推压部件相对于工件斜着推压时，即使通过推压力而推压部件弹性变形，圆弧形状的任意的一部分也总是以同样的状态与工件接触。

本发明的摩擦搅拌接合头的特征在于，具有：上述的本发明的摩擦搅拌接合配件；以及上述接合工具，被装接在上述摩擦搅拌接合配件上。

在这样的本发明中，能够得到与上述的本发明的摩擦搅拌接合配件同样的效果。

本发明的摩擦搅拌接合装置的特征在于，具有：上述的本发明的摩擦搅拌接合配件；上述接合工具，被装接在上述摩擦搅拌接合配件上；以及机床，装接有上述摩擦搅拌接合配件。

在这样的本发明中，能够得到与上述的本发明的摩擦搅拌接合配件同样的效果。

根据本发明，能够提供构造简单、能够适应于多种多样的接合、并且能够防止工件的翘起的摩擦搅拌接合配件、摩擦搅拌接合头及摩擦搅拌接合装置。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的摩擦搅拌接合装置的立体图。

图2是表示第1实施方式的摩擦搅拌接合配件的立体图。

图3是表示第1实施方式的摩擦搅拌接合配件的装接状态的侧视图。

图4是表示本发明的第2实施方式的摩擦搅拌接合配件的侧视图。

具体实施方式

在图1至图3中表示本发明的第1实施方式。

在图1中，本实施方式的摩擦搅拌接合装置1在具有纵型主轴的通用的机床2上装接基于本发明的摩擦搅拌接合配件10和摩擦搅拌接合用的通用的接合工具20而构成。

机床2具备固定工件9的工作台3、在前端上能够装接工具的主轴4、将主轴4旋转自如地支承的主轴头5和使主轴头5向任意位置移动的移动机构6。

移动机构6具有被水平的导向杆61支承的滑块62，主轴头5被从滑块62朝下支承。因而，通过使主轴头5相对于滑块62升降，能够将主轴4的前端移动到Z轴方向的被指定的位置。此外，通过使滑块62沿着导向杆61移动，能够将主轴4的前端移动到X轴方向的被指定的位置。

主轴4其旋转轴R被设为垂直(Z轴方向)，通过主轴头5内的驱动马达，能够绕旋转轴R(C轴方向)旋转，并且能够停止在被指定的角度位置。

工作台3通过设置在床身7中的驱动机构，能够绕垂直的轴线(C轴方向)旋转，并且能够停止在被指定的角度位置。

这些工作台3、主轴4、主轴头5及移动机构6分别被设置在床身7的上表面，能够由开闭自如的罩8将整体包围。

在主轴4上，经由基于本发明的摩擦搅拌接合配件10装接着接合工具20。这里，通过在摩擦搅拌接合配件10上装接接合工具20，构成本发明的摩擦搅拌接合头19。

在图2中，摩擦搅拌接合配件10具有装接在机床2的主轴4上的主体11、被主体11旋转自如地支承并且在前端上具有接合工具20的装接部131的加工轴13、将加工轴13旋转驱动的旋转驱动部14、以及被主体11支承并配置在装接部131的两侧的一对推压部件16。

主体11能够用基于规格的锥形柄12装接到主轴4上，并且沿着轴心具有中心通孔121，对于中心通孔121能够从主轴4供给中心穿通空气。

旋转驱动部14由通过高压空气旋转的空气马达构成，通过经由中心通孔121被从主轴4供给的中心穿通空气而旋转，能够将加工轴13旋转驱动。

推压部件16分别由圆盘状的弹性材料形成，绕与加工轴13的旋转轴R斜着交叉的旋转轴A旋转自如地被支承。

推压部件16的外周部161其径向的截面形状的轮廓被形成为半圆形状即中心角约180度的圆弧状。

在主体11中，加工轴13的旋转中心相对于主轴4的旋转轴R以0～5度左右的稍稍的角度倾斜而设置。

加工轴13的旋转中心倾斜的方向被设为与一对推压部件16的旋转轴A分别正交的方向(后述的图3的图面正交方向)。

在图3中，当使用本实施方式的摩擦搅拌接合配件10进行摩擦搅拌接合时，在将接合工具20装接在装接部131上之后，将摩擦搅拌接合配件10装接到主轴4上。接着，从主轴4经由中心通孔121供给中心穿通空气，旋转驱动部14使加工轴13及接合工具20旋转驱动，并且使接合工具20与工件9的接合部分W1、W2的接合线WL接近。

旋转的接合工具20被导入到接合线WL，并且推压部件16与工件9的表面接触。在使推压部件16与工件9接触时，推压部件16施加充分的推压力，以弹性变形而成为挠曲的状态(参照图3的单点划线)。

这里，通过主轴4调整摩擦搅拌接合配件10的朝向，使加工轴13倾斜的方向沿着接合线WL。在该状态下，通过使主轴4沿着接合线WL移动，由接合工具20在接合线WL进行摩擦搅拌接合。推压部件16一边在接合工具20的两侧分别推压工件9的接合部分W1、W2，一边随着接合工具20的移动而在接合部分W1、W2上转动，由此，防止接合工具20进行摩擦搅拌的部位处的接合部分W1、W2的翘起。

根据这样的本实施方式，能得到以下这样的效果。

在本实施方式中，通过将接合工具20装接在装接部131上并使加工轴13旋转，能够进行对于工件9的摩擦搅拌接合。此时，通过将一对推压部件16推压在工件9上，能够在接合工具20的两侧防止工件9的接合部分W1、W2的翘起。

推压部件16被形成为圆盘状并且旋转自如地被支承，所以在接合工具20相对于工件9移动时，通过在工件9上转动而能够跟随。由此，能够避免相对于工件9的摩擦，即使在工件9上有凹凸也能够越过，能够总是在稳定的状态下推压工件9。

进而，推压部件16由弹性材料形成，并且旋转轴A相对于加工轴13斜着、即相对于工件9的表面斜着配置，所以通过预先在推压在工件9上时由推压力使其弹性变形，能够对工件9总是产生稳定的推压力。

在本实施方式中，由于主体11被装接在主轴4上，所以通过在机床2中对主轴4的旋转角度位置进行控制，能够将主体11或接合工具20的倾斜的朝向自由地变更。

由此，通过使接合工具20的旋转轴R倾斜，并设为其前端侧变位到移动方向的前侧那样的姿势，能够提高向工件9的进入性及软化的材料的保持性。

在本实施方式中，由于将旋转驱动部14设为空气马达，所以通过使用来自主轴4的空气，不需要外部动力的供给等，能够容易地确保动力源。

在本实施方式中，由于推压部件16其沿着旋转轴A的截面形状中的外周部161的轮廓呈半圆形状，所以在将推压部件16相对于工件9斜着推压时，即使通过推压力而推压部件弹性变形，圆弧形状的任意的一部分也能够总是以同样的状态与工件9接触。

图4中示出本发明的第2实施方式。

本实施方式与上述的第1实施方式基本结构是共用的，但对于旋转驱动部14的空气的供给路径不同。因此，关于与第1实施方式的共用部分的重复的说明省略，以下对不同的部分进行说明。

在上述的第1实施方式中，在主体11上设置中心通孔121，通过被从主轴4供给的中心穿通空气使旋转驱动部14旋转。

相对于此，在本实施方式中，如图4所示，在主体11的外周上装接着外周部件17。

外周部件17绕旋转轴R旋转自如地装接在主体11的外周上，能够通过延长部件171及副柄172与主轴头5连接。

从副柄173朝向外周部件17形成空气通路，能够供给来自主轴头5的空气。对于外周部件17与主体11之间，能够经由形成在外周部件17的内周面或主体11的外周面上的环状槽进行向旋转驱动部14的空气供给。

在本实施方式中，能够将旋转驱动部14的驱动空气从主轴头5供给。因此，在主轴4上没有中心穿通空气的供给功能的情况下，通过在主轴头5上形成空气供给配管，也容易进行向旋转驱动部14的空气供给。

此外，通过使用外周部件17，只要仅将外周部件17相对于主轴头5固定即可，由于主体11相对于外周部件17旋转自如，所以能够自由地进行由主轴4带来的主体11或接合工具20的倾斜的朝向调整。

另外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够达成本发明的目的的范围内的变形等包含在本发明中。

在上述实施方式中，将推压部件16做成圆盘状的弹性材料，但只要在接合工具20相对于工件9移动时能够在工件9上转动，也可以是多边形状，或者并不限于板状，也可以是将弹性部件形成为圆柱状的辊等。

在上述实施方式中，推压部件16也可以为行进方向前侧比后侧宽那样的姿势。通过设为这样的姿势，当推压部件16在工件9上转动时产生自对心效果，能够抑制接合工具20的行进方向的摇摆。

在上述实施方式中，作为旋转驱动部14而使用空气马达，但作为本发明的旋转驱动部，也可以为从主轴头5经由线缆被供电的电动马达。

在上述实施方式中，做成了将主体11装接在主轴4上、能够通过主轴4进行朝向改变的结构，但也可以将主体11装接在主轴头5上。在此情况下，可以将加工轴13与主轴4连接，通过主轴4的旋转力旋转驱动接合工具20。在此情况下，也只要机床2是多轴控制，就能够通过主轴头5的朝向的控制将主体11或接合工具20的倾斜的朝向变更。

工业实用性

本发明能够用于摩擦搅拌接合配件、摩擦搅拌接合头及摩擦搅拌接合装置。

标号说明

1…摩擦搅拌接合装置；2…机床；3…工作台；4…主轴；5…主轴头；6…移动机构；7…床身；8…罩；9…工件；10…摩擦搅拌接合配件；11…主体；12…锥形柄；121…中心通孔；13…加工轴；131…装接部；14…旋转驱动部；16…推压部件；161…外周部；17…外周部件；171…延长部件；172…副柄；173…副柄；19…摩擦搅拌接合头；20…接合工具；61…导向杆；62…滑块；A…推压部件的旋转轴；R…加工轴的旋转轴；W1；W2…接合部分；WL…接合线。

Claims (6)

1.一种摩擦搅拌接合配件，其特征在于，

具有：

主体，装接在机床的主轴或主轴头上；

加工轴，被上述主体旋转自如地支承，并且在前端上具有接合工具的装接部；以及

一对推压部件，被上述主体支承，配置在上述装接部的两侧，

上述推压部件由圆盘状的弹性材料形成，绕与上述加工轴的旋转轴斜着交叉的旋转轴旋转自如地被支承。

2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合配件，其特征在于，

上述主体被装接在上述主轴上，

在上述主体上设置有将上述加工轴旋转驱动的旋转驱动部。

3.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合配件，其特征在于，

上述旋转驱动部是通过经由上述主轴的轴心被供给的空气旋转的空气马达。

4.如权利要求1～3中任一项所述的摩擦搅拌接合配件，其特征在于，

上述推压部件的沿着旋转轴的截面形状中的外周部的轮廓是圆弧状。

5.一种摩擦搅拌接合头，其特征在于，

具有：

权利要求1～4中任一项所述的摩擦搅拌接合配件；以及

上述接合工具，被装接在上述摩擦搅拌接合配件上。

6.一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

具有：

权利要求1～4中任一项所述的摩擦搅拌接合配件；上述接合工具，被装接在上述摩擦搅拌接合配件上；以及

机床，装接有上述摩擦搅拌接合配件。