CN1185062C

CN1185062C - 结构体的制造方法及结构体的制造装置

Info

Publication number: CN1185062C
Application number: CNB001179063A
Authority: CN
Inventors: 江角昌邦; 福寄一成; 佐藤章弘
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: EP1057575B1; AU3635800A; US6311889B1; KR20010049423A; KR100433762B1; DE60030804D1; EP1057575A2; AU742926B2; DE60030804T2; TW460346B; EP1057575A3; CN1275450A

Abstract

一摩擦搅拌连结装置包括：要进行摩擦搅拌连结的元件，该元件被固定在工作台上；一连结头，相对于工作台沿一箭头的方向移动。旋转工具进行摩擦搅拌加工并且形成连结焊道。传感器发射光束并且检测元件的边缘部分，并且将连结焊道移动和控制到连结部分的中心。旋转工具的毛边去除切割装置切掉毛边并形成切屑。从空气喷嘴喷出的喷射空气从盖向外侧排出，并且能防止切屑进入传感器。在摩擦搅拌连结装置中，可防止切屑进入检测连结部分中央位置的传感器内。

Description

结构体的制造方法及结构体的制造装置

技术领域

本发明涉及一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是涉及一结构体的一摩擦搅拌连结(friction stir joining)方法和一结构体的摩擦搅拌连结装置。

背景技术

需要进行摩擦搅拌连结的两个元件在其一端部具有一凸起的部分，这两个元件靠近并且一旋转工具从该凸起的部分的一侧插入，然后进行一摩擦搅拌连结。在该摩擦搅拌连结中，当在要进行摩擦搅拌连结的两个元件之间存在一间隙时，补偿要进行摩擦搅拌连结的两个元件的一减小的厚度。

在摩擦搅拌连结后，当不需要进行摩擦搅拌连结的两个元件的凸起的部分时，就切断或取消凸起的部分并且移走被切断或取消的该凸起的部分，且平坦地形成要进行摩擦搅拌连结的元件的一外表面。该技术公开在日本专利申请尚未审查的公报平09-309164(EP 0797043 A2)中。

此外，在旋转工具的径向设置一切刀。旋转工具的小直径部分被插入一连结部分内，并且形成在旋转工具的大直径部分与小直径部分之间的一边界与要进行摩擦搅拌连结的元件接触。

切刀从上述边界伸向旋转工具的大直径部分的一侧。该切刀能切断或取消由摩擦搅拌连结所产生的毛边。该技术公开在日本专利申请未审公报平10-71477(US5794835，EP 0810055 A1)中。

此外，旋转工具和切刀被独立地设置，并且一端部铣刀作为切刀使用。该技术公开在日本专利申请未审公报平10-175089中。

当要进行连结的在其端部具有凸起部分的元件在进行摩擦搅拌连结时，在连结部分会产生毛边。而且，剩下了要进行摩擦搅拌连结的元件的凸起部分。在凸起部分侧形成在一结构体的一外表面的情况中，需要根据切割来去除凸起的部分。

在此，切刀被连接到旋转工具上，在进行连结时需要切断多余的凸起部分和毛边。

由于切割而产生切屑。因存在切屑而难以完成一良好的摩擦搅拌连结。

下面将解释上述原因。在旋转工具的前进方向的前部设置一光学传感器，用于光学地检测要进行摩擦搅拌连结的元件的凸起的部分。该光学传感器可检测要进行摩擦搅拌连结的元件的两个凸起部分的一宽度，并且旋转工具位于其中央。此外，光学传感器可检测要进行摩擦搅拌连结的元件的凸起部分，并且能合适地确定旋转工具相对于要进行摩擦搅拌连结的元件的一插入量。

当切屑进入光学传感器的一检测范围内时，就不能完成一精确的检测。

此外，在旋转工具的一前部和一后部安装滚筒，这样的滚筒将要进行摩擦搅拌连结的元件的凸起部分或者在凸起部分附近的要进行摩擦搅拌连结的元件按压到一基座上。由于切屑主要位于在旋转工具的后部，因此后部滚筒就按压切屑。因此，要进行摩擦搅拌连结的元件就受到切屑的损伤。

发明内容

本发明的目的是涉及一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是涉及一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的摩擦搅拌连结装置，其中能获得一良好的结构体。

本发明的另一目的是涉及一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是涉及一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的摩擦搅拌连结装置，其中能获得具有一小的凸起部分的结构体。

通过在一切割装置与一检测装置之间使空气从指向一后部的一移动方向的一前部侧或者从背离移动方向的一横向流出，可达到上述目的。

同时使用一切刀可达到上述目的，该切刀具有比一结构体的一凸起部分的一宽度大的一旋转直径。

上述目的可以在一种结构体的制造方法中达到，其中使一切割装置相对于一连结部分移动，并且根据用于检测所述连结部分的一检测装置，在所述检测装置的一移动方向的一后部导引所述切割装置，并且根据所述切割装置切割所述连结部分，在所述切割装置与所述检测装置之间，使空气从所述检测装置的所述移动方向的一前部向所述检测装置的所述移动方向的一后部或者沿一横向向所述检测装置的所述移动方向流出。

上述目的可以在一种结构体的制造方法中达到，其中根据用于检测一连结部分的一检测装置，在一前进方向的一后部导引一切割装置，并且切割所述连结部分，使从所述前进方向的一前部的一侧指向所述检测装置的一后部的一方向的空气从所述检测装置向所述检测装置的后部流出。

上述目的可以由用于一结构体的一摩擦搅拌连结装置达到，该装置包括：用于固定要进行连结的元件的一基座；用于通过相对于所述基座移动而对所述元件进行摩擦搅拌连结的一头部；所述头部包括一旋转工具，该旋转工具具有摩擦搅拌连结使用的一毛边去除切割装置和设置在相对于所述旋转工具的一前进方向的一前部的一检测装置，用于检测所述连结部分的一中心位置；用于覆盖所述检测装置的一壳体的一盖；和一空气喷嘴，用于相对于所述盖喷出一喷射空气。

附图说明

图1是根据本发明的用于一结构体的一摩擦搅拌连结装置的一侧视图；

图2是表示用于图1的结构体的摩擦搅拌连结装置的基本部件的一侧视图；

图3是用于图2的结构体的摩擦搅拌连结装置的一平面图；

图4是表示一旋转工具与要进行一摩擦搅拌连结的元件之间的一关系的一说明图；

图5是表示一旋转工具与要进行一摩擦搅拌连结的元件之间的一关系的一说明图；

图6(A)是表示旋转工具的一结构的一说明图；

图6(B)是表示旋转工具的另一结构的一说明图；

图7(A)是表示一旋转工具与要进行摩擦搅拌连结的元件的一摩擦搅拌连结部分之间的一关系的一说明图；

图7(B)是表示要进行摩擦搅拌连结的元件的一摩擦搅拌连结部分的一说明图；

图7(C)是表示要进行摩擦搅拌连结的元件的一摩擦搅拌连结部分的一说明图；

图7(D)是表示要进行摩擦搅拌连结的元件的一摩擦搅拌连结部分的一说明图；

图8是表示根据本发明的用于一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是用于一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的摩擦搅拌连结装置的另一实施例的一侧视图；

图9是表示根据本发明的用于一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是用于一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的一摩擦搅拌连结装置的再一实施例的一侧视图；

图10是表示根据本发明的用于一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是用于一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的一摩擦搅拌连结装置的还一实施例的一侧视图；

图11是表示根据本发明的用于一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是用于一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的一摩擦搅拌连结装置的又一实施例的一侧视图。

具体实施方式

图1是表示根据本发明的用于一结构体的一制造方法及一结构体的制造装置，尤其是用于一结构体的一摩擦搅拌连结方法和一结构体的一摩擦搅拌连结装置的一侧视图。

总体上由参考标记1a表示的用于一结构体的一摩擦搅拌连结装置包括一工作台5，要进行一摩擦搅拌连结的两个元件20和30安装于该工作台5上，并且一连结头200沿箭头A的方向相对于工作台5移动，其中在工作台上一第一按压滚筒单元110设置于连结头200的一前部，并且一第二按压滚筒单元120设置于连结头200的一后部。

第一按压滚筒单元110被布置在背离连结头200的一前进方向的一前部，并且一旋转滚筒112向下按压要进行摩擦搅拌连结的元件20和30的未连结的凸起部分22和32的上表面。

第一按压滚筒单元110具有一空气喷嘴114，并且该空气喷嘴114能去除摩擦搅拌连结部分的外部物质。此外，第一按压滚筒单元110能从滚筒112的一滚动面去除外部物质。空气喷嘴114的一空气喷射方向是在移动方向A的前方。此外，空气喷嘴114的空气喷射方向是在背离移动方向的一侧部。

第二按压滚筒单元120被布置在连结头200的一前进方向的一后部，并且一旋转滚筒122向下按压一连结焊道(bead)50的一上表面。第二按压滚筒单元120也具有一空气喷嘴124，并且该空气喷嘴124能去除在摩擦搅拌连结时所产生的切屑等。此外，该第二按压滚筒单元120能从滚筒122的一滚动面去除外部物质。空气喷嘴124的一空气喷射方向是在移动方向A的前方。此外，空气喷嘴124的空气喷射方向是在背离移动方向的一侧部。

图2是表示用于结构体的摩擦搅拌连结装置的连结头的一侧视图，图3是表示用于结构体的摩擦搅拌连结装置的连结头的一平面图。

总体上由一参考标记1a表示的摩擦搅拌连结装置的连结头200沿箭头A方向相对于工作台5移动，并且还相对于与前进方向直交的一方向B及一高度方向C可进行移动控制。

在工作台5上，要进行摩擦搅拌连结的第一元件20和第二元件30通过使它们的连结端面接触或靠近而安装。要进行摩擦搅拌连结的第一元件20具有连结使用的凸起部分22，并且要进行摩擦搅拌连结的第二元件30也具有连结使用的凸起部分32。

连结头200包括旋转工具10和光学传感器210。旋转工具10通过转向一箭头R的方向而向箭头A的方向移动，并且向要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的连结部分完成摩擦搅拌连结，然后形成连结焊道50。

旋转工具10具有毛边去除切刀12并且该切刀12切掉在摩擦搅拌连结时所产生的毛边等，并且在连结焊道50上将它们作为切屑60而去除。

设置在连结头200上的光学传感器210具有一箱形壳体并且被一盖230覆盖。盖230覆盖光学传感器210的一个侧面和与旋转工具10相对的一前面。

在连结头200的壳体的与旋转工具10相对侧的一位置，安装一空气喷嘴240。

光学传感器210向要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的上表面发射出一光束212，并且光学地检测要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的凸起部分22与32的边缘部分24与34的位置。

根据该光学传感器210的信息，连结头200沿箭头B的方向移动和控制，并且旋转工具10的中心沿要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的凸起部分22与32的两个边缘部分24与34的中央导引。

此外，光学传感器210检测要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的凸起部分22与32的顶部的高度位置。根据该检测，连结头或一加工头200沿箭头C的方向移动和控制，并且将旋转工具10的插入量确定在一预定值。

旋转工具10具有毛边去除切刀12，并且切刀12切去在摩擦搅拌连结时所产生的毛边，将它们转为切屑60。此外，凸起部分22和32的顶侧被切掉并且被切掉的物质转为切屑60。根据旋转工具10的一离心力，切屑60向工作台5的周边部分散开。

盖230的一前面板232相对于一侧面板231折叠成一钝角α并且覆盖光学传感器210的壳体的一前侧，其中侧面板231平行于连结头200的前进方向。前面板232相对于前进方向倾斜。

一喷射空气J从空气喷嘴向设置在前面板232附近的侧面板231喷出。空气喷嘴的喷出口的一高度位置靠近凸起的部分32。

已到达盖230的侧面231的喷射空气J沿着侧面板232偏转到箭头F的方向，然后使切屑60散开到盖230的一开口侧部分。由此，可以排出已进入盖230内的切屑60。在移动方向的一侧部，由于没有侧面板，因此已进入盖230内的切屑60可以容易地排出。

喷射空气J从设置在光学传感器210壳体后部的空气喷嘴240喷出并且从形成在盖230的前面板232的一下表面处的一间隙G喷出，并且将进入盖230内的切屑60去除。用于喷出喷射空气J的空气喷嘴可以设置在光学传感器210的一横向。

此外，与盖230的前面板的一后侧相撞的喷射空气J沿着前面板232偏转到一箭头F的方向，并且将切屑60向一侧部吹出，在该侧部，盖230打开和关闭。

图4表示旋转工具10的一旋转中心线C1与要进行摩擦搅拌连结的元件20和30的凸起部分22和32之间的一关系。

在旋转工具10的一尖端部分设置小直径部分14，并且形成毛边去除切刀12的一外周部分。

图4表示旋转工具10的旋转中心轴线C1相对于要进行摩擦搅拌连结的元件20和30的凸起部分22和32布置成90度的一状态。

在进行一实际的摩擦搅拌连结时，如图5所示，相对于元件表面的垂直线C1，旋转工具10的一旋转中心线C2倾斜一角度β。该角度β不同于摩擦搅拌连结状态并且被选择成大约3度。

图6(A)和图6(B)分别表示在旋转工具10的大直径部分的尖端与毛边去除切刀12之间的一位置关系。图6(A)表示切刀12的下端设有从旋转工具10的大直径部分的尖端开始的一阶梯式差的状态，其中切刀12的下端相对于旋转工具10的大直径部分的尖端具有一高度尺寸H1。图6(B)表示切刀12的下端被布置成从旋转工具10的大直径部分的尖端伸出一高度尺寸H2的状态。

毛边去除切刀12的布置位置可以被设置成例如使该毛边去除切刀12的下端位于相对于大直径部分的尖端的同一高度处。

图7(A)、图7(B)、图7(C)和图7(D)分别表示连结焊道部分的一状态。

如图7(A)所示，旋转工具10的大直径部分的一外径D1小于要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的凸起部分22与32的一宽度尺寸L1。毛边去除切刀12的一旋转直径D2被设置成大于要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的凸起部分22与32的一宽度尺寸L1。

如图7(B)所示，当连结焊道50根据摩擦搅拌连结装置而形成时，就产生毛边52。由于这一状态，连结焊道50的一表面50a就位于离要进行摩擦搅拌连结的元件20与30的表面的一高度尺寸T1的位置处。

图7(C)表示根据切刀12来切掉包括毛边的表面并且在一高度尺寸T2的位置形成一平坦面50b。

此外，如图7(D)所示，使用一手动工具等来去除上述表面，并且可获得与要进行摩擦搅拌连结的元件20和30同样的一平坦面50c。

图8表示根据本发明的用于一结构体的一摩擦搅拌连结装置的另一实施例。根据本发明的该实施例的一摩擦搅拌连结装置1b的一连结头300具有旋转工具10，但该旋转工具10没有毛边去除切刀。

在旋转工具10的前进方向的一后部，设置诸如一端部铣刀的一切割工具310，并且该切割工具310去除在连结焊道产生的毛边。

根据本发明的该实施例的用于结构体的摩擦搅拌连结装置的其它构造类似于图1所示的根据本发明的用于一结构体的摩擦搅拌连结装置的前述实施例的。

图9表示根据本发明的用于一结构体的一摩擦搅拌连结装置的再一实施例。该实施例的由参考标记1c表示的一摩擦搅拌连结装置的一连结头400具有一焊接吹管(焊炬)410并且形成一焊接焊道W1。根据设置在焊接吹管410后部的一切割工具420，切掉焊接焊道W1的一表面，以形成一平坦面。

根据本发明的用于该实施例的结构体的摩擦搅拌连结装置的其它构造类似于图1所示的根据本发明的用于一结构体的摩擦搅拌连结装置的前述实施例的。

图10表示根据本发明的用于一结构体的一摩擦搅拌连结装置的又一实施例。根据本发明的用于该实施例的结构体的由参考标记1d表示的一摩擦搅拌连结装置的一头部400具有一切割工具510，并且在要进行摩擦搅拌连结的元件20和30的凸起部分22和32上以及在连结焊道的一上表面上进行一必要的加工。

本发明的技术范围不限于对权利要求书中的每一权利要求的措词或者对用于解决问题的装置事项的措词，其进一步包括本领域的技术人员容易替换的范围。

如上所述，根据本发明，用于结构体的摩擦搅拌连结装置具有能根据光学传感器来检测连结部分的中心的一功能，并且使旋转工具的中心与连结部分的中心一致地进行整个连结焊道的位置控制。

此外，光学传感器布置在旋转工具的前部并且光束照射到摩擦搅拌连结部分上，且光学地检测连结部分的位置。在用于结构体的该摩擦搅拌连结装置中，光学传感器由盖来覆盖并且可防止所产生的切屑进入。

盖具有板的形状并且由侧面板与前面板构成，其中侧面板覆盖平行于箱形光学传感器壳体的连结焊道前进方向的一个侧部，而前面板则被折叠成相对于侧面板成钝角，并且覆盖光学传感器壳体的旋转工具侧的面。

此外，在光学传感器壳体的后面部设置空气喷嘴，并且喷射空气从盖的内侧喷向外侧。该喷射空气从盖的前面板的下部喷向外侧并且能防止所产生的切屑进入光学传感器侧。

此外，已经碰撞到盖的内面的喷射空气被盖的前面板偏转并且进一步被向光学传感器壳体开口的侧部吹出。

因此，能防止所产生的切屑进入光学传感器的光束部分并且能改善其精度。

此外，设置在连结头的前部与后部的按压滚筒单元具有空气喷嘴，并且可去除在要进行摩擦搅拌连结的元件上的切屑，并且根据所产生的切屑的步骤，该按压滚筒不会损伤要进行摩擦搅拌连结的元件的表面。

Claims

1.一种结构体的制造方法，其中使一切割装置相对于一连结部分移动，并且根据用于检测所述连结部分的一检测装置，在所述检测装置的一移动方向的一后部导引所述切割装置，并且根据所述切割装置切割所述连结部分，该结构体的制造方法的特征在于：

在所述切割装置与所述检测装置之间，使空气从所述检测装置的所述移动方向的一前部向所述检测装置的所述移动方向的一后部或者沿一横向向所述检测装置的所述移动方向流出。

2.根据权利要求1的结构体的制造方法，其特征在于：

空气沿设置在所述检测装置与所述切割装置之间的一分隔件向背离所述传感器的所述移动方向的一倾斜侧部流出。

3.根据权利要求2的结构体的制造方法，其特征在于：

空气由所述检测装置从所述检测装置的所述移动方向的所述前部向所述检测装置的所述移动方向的所述后部流出。

4.根据权利要求1的结构体的制造方法，其特征在于：

所述切割装置安装在一摩擦搅拌连结所使用的旋转工具的一旋转轴线中央的一侧面上；并且

伴随着摩擦搅拌连结进行一切割。

5.根据权利要求1的结构体的制造方法，其特征在于：

用于按压要进行连结的元件的一滚筒装置设置在所述切割装置的一移动方向的一后部；和

在所述滚筒装置与所述切割装置之间，空气进一步向指向所述检测装置的所述移动方向的所述前部的方向或所述检测装置的所述移动方向的所述横向流出。

6.根据权利要求1的结构体的制造方法，该结构体的制造方法的特征在于：

用于按压要进行一连结的元件的一第二滚筒装置设置在所述切割装置的一移动方向的一后部；并且

从所述第二滚筒装置到所述检测装置的所述移动方向的一前部，空气进一步向指向所述检测装置的所述移动方向的所述前部的方向或者从所述第二滚筒装置向所述检测装置的所述移动方向的所述横向流出。

7.根据权利要求1的结构体的制造方法，其特征在于：

在所述检测装置与所述切割装置之间，设置一分隔件，并且

空气沿着设置在所述检测装置与所述切割装置之间的所述分隔件向背离所述检测装置的所述移动方向的一倾斜侧部流出。

8.根据权利要求7的结构体的制造方法，其特征在于：

9.根据权利要求1的结构体的制造方法，其特征在于：

空气在所述检测装置之前向着所述检测装置的所述移动方向的所述前部流出，从所述检测装置与所述连结部分之间通过。

10.根据权利要求1的结构体的制造方法，其特征在于：

空气向着所述检测装置的所述移动方向的所述横向流出，通过所述检测装置与所述连结部分之间。

11.一种结构体的制造方法，其中使一切割装置相对于一连结部分移动，并且根据用于检测所述连结部分的一检测装置，在所述检测装置的一移动方向的一后部导引所述切割装置，并且根据所述切割装置切割所述连结部分，其特征在于：

在所述滚筒装置与所述切割装置之间，使空气进一步向指向所述检测装置的所述移动方向的所述前部的一方向或者所述检测装置的所述移动方向的所述横向流出。

12.一种结构体的制造方法，其中使一切割装置相对于一连结部分移动，并且根据用于检测所述连结部分的一检测装置，在所述检测装置的一移动方向的一后部导引所述切割装置，并且根据所述切割装置切割所述连结部分，其特征在于：

空气从所述第二滚筒装置进一步向指向所述检测装置的一移动方向的前部的方向或者所述检测装置的所述移动方向的一横向流出。

13.用于结构体的摩擦搅拌连结装置，包括：

用于固定要进行摩擦搅拌连结的元件的一基座；

用于通过相对于所述基座移动而对所述元件进行一摩擦搅拌连结的一头部；

所述头部包括：一旋转工具，该旋转工具具有摩擦搅拌连结使用的一毛边去除切割装置；设置在相对于所述旋转工具的所述检测装置的一前进方向的一前部的一检测装置，用于检测所述构件的一连结部分的一中心位置；

用于覆盖所述检测装置的一壳体的一盖，所述盖包括位于所述检测装置与所述旋转工具之间的第一部分和用于连接所述第一部分的第二部分，并且该第二部分位于所述检测装置的一移动方向的一侧部，且构成沿所述检测装置的所述移动方向的一个面；和

一空气喷嘴设置在所述盖内，其沿着所述检测装置的所述移动方向并且在所述检测装置之前，用于向所述一个面的一侧经所述检测装置的一下部喷出喷射空气。

14.根据权利要求13的用于结构体的摩擦搅拌连结装置，其特征在于：

位于所述旋转工具与所述检测装置之间的所述第一部分向所述检测装置的所述移动方向倾斜。

15.用于一结构体的一摩擦搅拌连结方法，其特征在于：

使两个元件的凸起部分对接，其中每一元件的用于对所述两个元件进行摩擦搅拌连接的所述凸起部分是在其一端部；

使用从所述元件的所述凸起部分的一侧插入所述元件的一旋转工具进行该摩擦搅拌连结；

倾斜所述旋转工具，使得在所述旋转工具的所述移动方向上，所述旋转工具的一个尖端处的一小直径部分与所述旋转工具的一大直径部分相比、位于所述旋转工具的一个移动方向的一前部上；

定位所述旋转工具的所述大直径部分的最深的部分，其中该部分已经插入所述凸起部分，并位于所述凸起部分的一顶部与所述元件的除所述凸起部分外的一外面之间；

提供一切割装置，该切割装置被装到所述旋转工具的所述大直径部分、靠近所述旋转工具的所述小直径部分，并且向所述切割装置的一径向伸出，所述切割装置的一旋转半径大于所述两个凸起部分的一半宽度；和

在摩擦搅拌连结过程中，使用所述的切割装置切掉在所述凸起部分的所述顶部与所述元件的除所述凸起部分外的所述外面之间的所述凸起部分。