CN1268465C - 摩擦搅拌接合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦搅拌接合方法及装置，在沿着两个部件(10)、(20)的对接部、通过切削刀具(60)切削加工具有一定截面形状的槽(41)后，将略呈同形状截面的填补材料(30)埋设在所述槽内，实质性地除去对接部的间隙，然后临时结合突部(12)、(20)和填补材料(30)三者，接着，使用旋转工具(81)，对部件(10)、(20)和填补材料(30)相互之间全面地进行摩擦搅拌接合。这种摩擦搅拌接合方法及装置，在两个部件的对接部的间隙大的时候，也能够在两者之间形成良好的摩擦搅拌接合的接缝。

Description

摩擦搅拌接合方法及装置
技术领域
本发明涉及一种摩擦搅拌接合方法及装置，是关于铁路车辆、特别是关于适合于车体制造的接合加工方法。
背景技术
摩擦搅拌接合方法，是边使插入到部件的接合部的刀具旋转、边对部件作相对移动、使接近刀具的领域的部件作塑性流动、固相接合部件的方法。
在这种情况下，对接部件之间的间隙是重要的。间隙过大时，不能很好地接合。象铁路车辆的车体那样，长度为约20m、宽为3m时，部件的制作误差容易变大，间隙也容易变得过大。
在特开2000-233285号公报中，在应该接合的2个部件的对接部的间隙之间配置填补材料进行摩擦搅拌接合。
另外，在特许第3014654号公报(US6050474)中，在对接部附近的各个部件上设置突部，当摩擦搅拌接合时，以突部的金属埋上间隙。
在应该接合的部件之间的间隙中加入填补材料时，为使该填补材料在摩擦搅拌接合时不从缝隙间中脱离而加强固定是重要的。
这时，考虑在应该接合填补材料的部件上通过焊接来固定，但要考虑在焊接时由于其高温的焊接热而使部件变形。另外，在摩擦搅拌接合后对表面不涂装时，焊接部会留下变色状态而影响美观。
本发明的目的是提供一种可以得到良好的接合和美观的外观的摩擦搅拌接合方法及装置。
发明内容
为达到上述目的，将两个部件对接、沿所述对接的接合线进行切削加工并在由该切削加工得到的槽中配置填补材料，在两个部件的外表面，对至少一方的部件与所述填补材料的、在所述外表面，通过第一旋转工具进行摩擦搅拌接合，
接着，比所述摩擦搅拌接合的接合深度深地对所述两个部件与所述填补材料由第二旋转工具进行摩擦搅拌接合。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的加工示意立体图。
图2是表示本发明的一实施例的加工、特别是填补材料的供给装置的
侧视略图。
图3是表示图1中III-III的截面图。
图4是表示图1、图2中IV-IV的截面图。
图5是表示图1、图2中V-V的截面图。
图6是表示图1、图2中VI-VI的截面图。
图7是表示图1、图2中VII-VII的截面图。
图8是表示图1中VIII-VIII的截面图。
图9是表示对对接摩擦搅拌接合部进行平滑加工的部件接合部截面图。
图10是表示图2中的X箭头方向视图。
图11是表示本发明的另一实施例的加工、特别是填补材料的供给装置的侧视略图。
图中：10、20-部件；12、22-突部；23-突出片；25-架台；30-填补材料；40-间隙；41-槽；43-摩擦搅拌接合部；50-切屑除去嘴；60-切削刀具；70-按压辊；71-气缸装置；80、81-旋转工具；83-旋转工具的小直径部；90-卷盘；91a～91c-矫正辊；92a～92f、93a～93d-送出辊；94-导向管；95-切屑排除板；
具体实施方式
对本发明一实施例根据图1～图10进行说明。然而，本发明方法的技术范围并不限于以下记载的实施形态和实施例的数值，是基于这个记载的具有该技术领域中一般知识的人能够容易实施的范围。
把板状的两个部件10、20放到架台25上并使部件10、20的边缘相向地对接。以这个状态固定部件。在对接部产生间隙的情况比较多。在两个部件10、20相对的对接部的上面侧，在部件10、20上分别设置突部12、22。另外，在部件20的对接部的下侧面上，设置有向部件10的对接部的下面侧突出的突出片23。
为了使所述部件10、20之间的间隙40尽量狭窄而尽可能除去间隙，即使有间隙40也为了使比规定的间隙小而对两个部件10、20挤押、固定在架台25上。所述规定间隙与后述的槽41相同或者比其实质上更小。
部件10、20是铝合金的挤出型材。将两个部件10、20的对接部(面)称为接合线。后述的填补材料30的材质与部件10、20的材质一致。
摩擦搅拌接合装置，由图1和图2的机器(除去部件10、20和架台25。包括填补材料30的供给装置。)构成，设置为行走体，相对于固定部件10、20的架台25，以规定的速度移动。在图1中从右侧向左侧移动(由中空的大箭头表示的方向)。在图2中从右侧向左侧移动。对于部件10、20，从在左侧所示的切削刀具60的加工开始，向右侧的摩擦搅拌接合刀具81的加工方向行进。
如果将部件10、20固定在架台25上，将接合线(间隙40的位置)从上侧用切削刀具60在规定的槽41处切削。槽41为长方形。槽41相对的边(部件10、20的端部)是平行的。
该切削宽度，至少设定大到不留有形成间隙40的两侧壁面的程度。切削的深度为直到突出片23的上面为止。切削通过干切削进行。
在上述中，对切削刀具60是用圆锯表示的，但槽铣刀或者立铣刀也有同样效果。主要要求切削的宽和深度要恒定。
接着，把由切削刀具60切出来的切屑，由从切屑除去咀50吹出的压缩空气吹开或者由吸尘器吸入除去。
在切屑除去咀50的后方，配置有与突部12、22的上面、其外侧部件10、20的上面以及槽41内的突出片23接触的橡胶板95。这样遮住而使切屑不向后方移动。
在制作槽41后，在槽41内插入填补材料30。这就是将卷盘90的填补材料30拉出，导引到槽41内并由按压辊70向下方按压插入填补材料30。按压辊70通过气缸装置71(或者压缩弹簧)，使填补材料30的上面向着槽41的下底面压入。
在使填补材料30的下面接触到突出片23的上面时，以填补材料30的上面占据比突部12、22的上面还稍微高的位置来确定填补材料30的高度尺寸。
填补材料30的截面形状几乎与槽41的截面形状相同。填补材料30的宽度几乎与槽41的宽度相同。然而，填补材料30通过按压辊70比较容易地进入槽41，但在部件10(20)和填补材料30之间不要空出过大的间隙。填补材料30的宽度和槽41的宽度之间的差为不到1mm的大小。
填补材料30被卷在自由旋转的卷盘90上，并按顺序经过矫正辊91a、91b、91c、送出辊92a、92b、92c、92d、92e、92f直到按压辊70。这些辊都接触填补材料30。
矫正辊91a、91b、91c夹住被卷在卷盘90上的填补材料30，是去掉填补材料30的卷摺、使其呈直线状的部件。矫正辊91a、91b主要接触被卷在卷盘90上的填补材料30的内侧面。矫正辊91c主要触接被卷在卷盘90上的填补材料30的外侧面。矫正辊91a、91b、91c向着填补材料30的接触部(辊的外周部)为凹状。在这个凹部放入填补材料30。
送出辊92a、92b、92c、92d是使填补材料30从卷盘90卷回、并供给槽41的辊。该送出辊接触填补材料30的高度方向的面(沿槽41的高度方向的面)。该送出辊与填补材料30的接触部为凹状。在该凹部装入填补材料30。送出辊92a、92c通过扭矩限制器由电动机驱动。由此，用规定的力使填补材料30沿长方向送出。送出辊92a、92c分别连接送出辊92b、92d。例如在送出辊92a、92c、92b、92d的外周部有齿轮，送出辊92a、92c的齿轮啮合在送出辊92b、92d的齿轮上。
送出辊92a、92b、92c、92d、92e、92f是填补材料30的导向辊。在送出辊92e、92f上没有电动机。送出辊92e、92f接触填补材料30的高度方向的面(沿槽41的高度方向的面)。该送出辊与填补材料30的接触部为凹状。在该凹部装入填补材料30。
在使填补材料30插到槽41时，在按压辊70的后方，通过旋转工具80使填补材料30临时插入接合到部件10、20上。该接合就是由旋转工具80进行的摩擦搅拌接合。
通常，摩擦搅拌接合的旋转工具在大直径部的前端有小直径部，但该旋转工具80没有小直径部。旋转工具80的前端是平的。旋转工具80从上方插入到部件10、20和填补材料30中。旋转工具80的轴心与通常的旋转工具同样是倾斜着的。倾斜方向是相同的。旋转工具80处于旋转状态。
旋转工具80的直径为比槽41的宽度稍微大一些。例如，槽41的宽度为3mm时，旋转工具80的直径为6mm。向突部12、22的旋转工具80的插入深度，由于为临时插入，因而只是少量插入。例如从突部12、22的上面起为1.0mm。该临时的接合在由后述的旋转工具81的摩擦搅拌接合的时候，填补材料30有从槽41不脱离的接合强度。即，设为能够得到该接合强度的插入深度。
填补材料30的上端位于比突部12、22的顶还高的位置。填补材料30也比突部12、22突出。由此，即使由于填补材料30和槽41的制作误差在两者之间有间隙，通过填补材料30的突部也能够埋上该间隙。从而，能够使填补材料30在部件10、20上坚固地固定。另外，在填补材料30由按压辊70按压插入时，使填补材料30能够紧结合在接突出片23上，并能够形成坚固的接合。
在通过旋转工具80接合时，接合部的上面侧呈稍凹陷。在图7、图8中平面地图示了接合部的上面。
在旋转工具80的大直径部的外周面上由于不设置螺钉，所以在摩擦搅拌接合时不用担心把填补材料30、突部12、22向旋转工具80的轴方向挤出。
旋转工具80的位置尽量靠近按压辊70是理想的。
接着，由旋转工具81，摩擦搅拌接合突部12、22和填补材料30三者。该接合是为了使部件10、20真正地接合的接合。
旋转工具81是在大直径部的前端有小直径部的旋转工具。小直径部的直径比填补材料30的宽度和槽41的宽度稍大。在摩擦搅拌接合时，旋转工具81的大直径部和小直径部的交界的下端，在比除去突部12、22的部件10、20的上面靠上方，位于比突部12、22的顶靠下方的位置。同样，旋转工具81的小直径部的前端位于突出片23的上面的付近或者突出片23的内部的位置。
如上所述在填补材料30和部件10、20之间有间隙时，用比除去突部12、22的部件10、20的上面靠上方的突部12、22和填补材料30埋上所述间隙。接合部的上面侧稍微凹陷。
接着，在必要时对比除去突部12、22的部件10、20的上方靠上方的突部12、22和填补材料30(为接合部)进行切削加工，并使其呈平滑状。
图9出示了在摩擦搅拌接合部中切除比部件10、20的表平面靠上的突部12、22和接合部、对摩擦搅拌接合部进行了平滑加工的截面。43是摩擦搅拌接合部。
切削刀具60、旋转工具80、81分别在接合线的直角方向、即间隙40(槽41)的宽方向能够单独地移动。这是为了检测接合线(间隙40、槽41)的位置、使切削刀具60、旋转工具80、81位于其中心的原故。另外，切削刀具60，旋转工具80、81能够分别单独地上下动作。这是为了规定由切削刀具60形成的切削深度(槽41的深度)、由旋转工具80、81形成的接合深度的原故。
为此，分别具备检测突部12、22的光学传感器(图中未示)。光学传感器检测两个突部12、22的宽度位置，使切削刀具60、旋转工具80、81位于该宽度的中心位置。另外，检测突部12、22的顶的位置，规定切削刀具60、旋转工具80、81的插入深度。
由于在由旋转工具81进行摩擦搅拌接合时，产生按压填补材料30的反力，所以由送出辊92a、92b、92c、92d给与填补材料30的驱动力必须是与该按压反力方向相对的力。
从送出辊92e、92f到按压辊70的距离、从按压辊70到旋转工具80的距离、从旋转工具80到旋转工具81的距离，根据按压所述填补材料30的反力，必须是在各自的位置使填补材料30不发生压曲的距离。
根据该实施例，在对接两个部件的时候，即使沿着接合线存在一定间隙，也可以切削接合线形成规定的间隙，接着插入填补材料，实质地除去接合线的间隙，由于实施摩擦搅拌接合，而能够进行良好的接合。
摩擦搅拌接合以后，使接合部呈平滑状，在实施极细的线加工的精加工时，由于填补材料30的材质与母材(部件10、20)为同一材质，所以接合部的变色少，外观也不会变坏。
另外，旋转工具80与旋转工具81同样，也可以在大直径部的前端有小直径部。
下面，用图11说明本发明的其它的实施例。在该图中的符号与图1～图10相同的符号实质上是相同的部件。该实施例主要是废除了临时接合的步骤。
送出辊92a、92b、92c、92d与图2的情况比较，是设置方向改变了90度。虽然也可以在从矫正辊91a～91b到送出辊93a～93d之间有导向辊，但在这里除去，取而代之的是设置导向管94。导向管94是具有耐磨耗性和刚性并且有挠性的部件。例如是聚四氟乙烯(注册商标)管。在导向管94的内径和填补材料30之间有适当的间隙。导向管94的两端固定在设置了该摩擦搅拌接合装置的行走体(图中未示)上。在图11中对导向管94内的填补材料30用实线表示。虽然也可以有按压辊70，但这里除去了。并除去了临时接合用的旋转工具80。
送出辊92a～92d的送出力，是能够对由旋转工具81产生的所述按压反力而提供给填补材料30的力。从送出辊93a～93d到旋转工具81的距离，是不使填补材料30由所述按压反力而产生压曲的距离。由此，能够省略旋转工具80的临时接合。
使用送出辊92a～92f时，使应该把它们设置为对于行走体可自由移动，但在取代它们使用导向管94时是能够使构成变得简单。
对在实施所述本发明方法时使用的有关各部分尺寸的一例，在以下给与说明。
部件10、20和填补材料30的材质：铝合金，
部件10、20的板厚(除去突部12、22的厚度)：4mm，
突部12、22的宽度：8mm，
突部12、22的高度(除去部件10、20的板厚)：2mm，
槽41的宽度：3mm，
槽41的深度：6mm，
填补材料30的宽度：3mm，
填补材料30的高度：6.5mm，
旋转工具80的直径：6mm，
旋转工具80的摩擦搅拌接合深度：从突部12、22的表面起为1.0mm。
根据本发明的方法，由于切削两个部件的对接部的间隙、埋设埋住间隙的部件并以在实质上除去对接部件间的间隙的基础上实施摩擦搅拌接合，所以能够形成良好的摩擦搅拌接合。

Claims (4)

1.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：
将两个部件对接，
沿所述对接的接合线进行切削加工，
在由该切削加工得到的槽中配置填补材料，
在两个部件的外表面，对至少一方的部件与所述填补材料的所述外表面，通过第一旋转工具进行摩擦搅拌接合，
接着，比所述摩擦搅拌接合的接合深度深地对所述两个部件与所述填补材料由第二旋转工具进行摩擦搅拌接合。
2.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：
将两个部件对接，
沿所述对接的接合线进行切削加工，
边卷回被卷在卷盘上的填补材料、边使该填补材料通过一对矫正辊而使其呈直线状并在由所述切削加工得到的槽中配置所述填补材料，
接着，使所述两个部件和所述填补材料通过旋转工具进行摩擦搅拌接合。
3.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于：
将两个部件对接，
沿所述对接的接合线进行切削加工，
边卷回被卷在卷盘上的填补材料、边通过一对送出辊夹住该填补材料并送出，在由所述切削加工得到的槽中配置所述填补材料，
接着，对所述两个部件和所述填补材料通过旋转工具进行摩擦搅拌接合，
所述一对送出辊的挤出力，比在由所述旋转工具进行摩擦搅拌接合时按压所述填补材料而产生的反力大，
从所述送出辊到所述旋转工具的距离，比由所述按压反力使所述填补材料产生压曲的距离小。
4.一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于：
由卷装填补材料的辊，和
沿对接两个部件的接合线进行切削的切削刀具，和
作为从卷盘起对在由所述切削加工得到的槽中的所述填补材料进行引导的机构、使所述填补材料通过其内部的导向管，和
对插入在所述槽中的所述填补材料与所述两个部件进行摩擦搅拌接合的旋转工具构成。
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