CN1350902A - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

Abstract

提供一种重量轻又可以良好接合的摩擦搅拌接合方法。使中空型材10的面板11的端部和中空型材20的面板的端部对接。面板21的端部重合在突出片15上。把回转工具50的小径部52插入对接部,从大径部51侧看时,边右回转边沿对接部移动。移动方向是从图1的纸面的跟前侧朝向里侧。在图1中,回转工具的轴心的右侧的流动化的金属的压力高。从插入的小径部51的前端部到中空部10b、10a侧的构件的厚度是右侧方厚。由于压力高的右侧的构件的厚度厚,所以,金属不会流出到中空部10a侧。由于左侧的构件的厚度薄,所以重量轻。

Description

摩擦搅拌接合方法

本发明涉及摩擦搅拌接合方法，特别适用于中空型材的摩擦搅拌接合。

摩擦搅拌接合方法，是使插入接合部的圆棒(称为回转工具)边回转边沿接合线移动，使接合部发热、软化、塑性流动、固相接合的方法。回转工具由大径部和小径部构成。把小径部插入需要接合的构件内，使大径部的端面与上述构件接触。在小径上设置螺纹。

另外，在需要接合的2个构件的回转工具的插入侧设置凸部，用该凸部的金属填埋2个构件之间的间隙。使回转工具的大径部进入凸部内。

由于必需把回转工具插入接合部的金属内，所以在接合部上加上了很大的力。因此，在接合中空型材时，把连接中空型材的2个面板的连接板的部分作为与其他中空型材进行摩擦搅拌接合位置。用上述连接板支承上述力，边防止中空型材变形边进行摩擦搅拌接合。

这些都记述在特开平11-90655号公报(USP 6050474)中。

摩擦搅拌接合，是把回转工具插入需要接合的构件内使金属流动化的接合。因此，在从插入构件的小径部的前端到被接合构件的里侧(大径部侧的相反侧)的厚度薄时，流动化的金属向里侧流出。即使流出，也使构件向流出侧膨胀。包括此以下叫做「流出」。因此，有必要加厚填补流出的金属的凸部的厚度。另外，在接合部产生空孔。因此，有必要加厚从小径部的前端部到里侧的构件的厚度以使金属不流出，因此，型材变重，价格变高。

本发明的目的在于，提供一种重量轻可以良好接合的摩擦搅拌接合方法。

通过各种检验认识到，由回转工具的回转产生的流动化的金属的压力在整个回转工具的轴向投影范围内不是相同的，压力随位置不同而不同。压力高的位置由回转工具的回转方向和移动方向决定。

本发明的特征在于，在流动化的金属的压力变高的位置上放置从小径部的前端部到构件的里侧的厚度厚的部分。

图1是本发明的一个实施例的接合部的纵向剖视图。

图2是俯视图。

图3是本发明的一个实施例的一对中空型材的纵向剖视图。

图4是铁道车辆的车体的立体图。

图5是本发明的其他实施例的接合部的纵向剖视图。

根据图1至图4说明本发明的一个实施例。铁道车辆的车体500由构成侧面的侧构体501、构成屋顶的屋顶构体502、构成地板的底架503和构成长度方向的端部的端构体50构成。侧构体501、屋顶构体502和底架503分别由多个挤压型材10、20接合而成。使挤压型材10、20的长度方向(挤压方向)朝向车体500的长度方向。挤压型材10、20是铝合金制的中空型材。

下面对构成侧构体501的中空型材10，20的构造进行说明，其他地方的中空型材也是同样的。

中空型材10(20)实质上是由平行的2块面板11(21)、12(22)和连接该2块面板的多个连接板13(23)构成。连接板13(23)相对面板11(21)、12(22)倾斜。即由面板11(21)、12(22)和连接板13(23)构成桁架。

中空型材10(20)的宽度方向的端部的连接板14(24)与面板11、12(21，22)垂直。在连接板14和面板11(12)的连接部的外面侧上有重叠中空型材20的面板21(22)的凹部。中空型材10的端部与中空型材20的面板21、22重合，在面板的11、12的端部上有支持面板21、22的突出片15。突出片15从连接板14上突出出来。突出片15与上述凹部连接。

在面板11、12(21、22)的端部上有向中空型材10、20的外面侧(厚度方向的外侧)突出的凸部17(27)。面板11、12(21、22)和凸部17(27)的端面顺沿着中空型材10(20)的厚度方向。面板11、12和凸部17的端面(即，凹部的面板11、12侧)处于连接板14的板厚的中心附近。中空型材10的面板11(12)和凸部17的端面与中空型材20的面板21(22)和凸部27的端面对接。

面板11(12)和面板21(22)在同一平面上，凸部17、27的突出量是相同的。2个凸部17、27的宽度是相同的。2个凸部的宽度比回转工具50的大径部51的直径大。凸部17、27的金属成为填埋对接部分的间隙的金属的原始材料。

当接合的时候，2个中空型材10、20固定在架台100上，101是放入下面的凸部17，27的槽。

回转工具50在大径部51的前端设置小径部52。在小径部52上设置螺纹。在接合时在对接部插入回转工具50。大径部51的下部位于凸部17、27内。小径部52插入面板11、12的对接部。小径部52的下端若干插入突出片15内。回转工具50边回转边沿对接部的接合线移动。

把回转工具50插入应该接合的部分之后，使回转工具50从图1中的纸面跟前侧向纸面里侧移动。在作为图1的俯视图的图2中，A是回转工具50的移动方向，B是回转工具50的回转方向。小径部52的螺纹是左螺纹。从大径部51侧看小径部52侧时，回转工具50的回转方向是右回转(顺时针方向)。从回转工具50向移动方向的前方看时，如图1所示，在回转工具50的轴心的右侧有突出片15。

图3的上面侧的摩擦搅拌接合完成之后，上下翻转中空型材10、20，同样地进行摩擦搅拌接合。

由于回转工具50产生的流动化的接合部的金属的压力，在回转工具50的移动方向上，回转工具50的轴心的右侧比左侧大。这是因为回转工具50进行右回转，回转工具50的前方的未接合的金属集合到右侧的缘故。

在图1中，连接板14的左右有中空部10b、10a。从插入接合部的小径部52的前端部到左右的中空部10b、10a的距离，在右侧的突出片15侧厚些。由于突出片15支持面板21，所以做得比较厚。由于压力高侧的构件的厚度厚，因而，流动的金属因突出片15的厚度而不会流出到中空部10a侧，在接合部的内部不会产生空洞。

另外，回转工具50的左侧的压力比右侧低，这是因为在回转工具50的后方没有未接合金属的缘故。

这样，由于回转工具50的轴心的左侧内部压力低，所以从小径部52的前端到连接板13的左侧的中空部10b的构件的厚度可以薄些，因此，可以减轻中空型材10的重量。

根据图1，对上述「从插入的小径部52的前端部到中空部10b、10a的构件的厚度」进行说明。把防止在压力高侧金属流出的必须的金属厚度作为R。沿小径部52的轴心的右半部分的前端部厚度比厚度R厚的构件是必须的。在小径部52的右侧前端的角部上，以该角部为中心以R为半径的厚的构件是必须的。上述所谓「从插入的小径部52的前端部到中空部10b的构件的厚度」也叫水平方向的厚度。沿小径部52的轴心左半部分的前端部的构件的厚度比厚度R还薄。

在这里，螺纹的方向和回转工具50的回转方向与上述的相同，但在中空型材10、20的朝向是左右相反的情况，即，考虑到突出片15向回转工具50的左侧突出的情况。在该情况下，由于薄的构件位于回转工具50的右侧的压力高的一侧，所以会流进空间侧。因此接合部的内部容易产生空洞。

另外，当突出片15与面板21的重合部在小径部的左侧时，接合部近旁的重合面向回转工具50的大径部51侧隆起，容易产生缺口。上述重合部在右侧时由于在高压部上有重合部，缺口的发生很少。

即，从小径部52的前端部到与大径部51侧相反侧的构件的面的厚度之中，使高压部位于厚度厚的一方。高压部发生在从大径部51侧看时的回转工具50的回转方向向右回转时，从回转工具50向移动方向看时，发生在回转工具50的右侧。

小径部52的螺纹为右旋螺纹，回转工具50的回转方向为左侧(逆时针方向)时，使中空型材10、20的组合左右相反，使突出片15位于回转工具50的轴心的左侧。

图5表示用于不是中空型材的构件的结合的情况。从图2的中空型材10、20中去除面板12、22、连接板14、24。结合部的里面放置在平的架台105上。

本发明的技术范围不限于在权利要求书中各项权利要求中所述的内容或者用于解决课题的各技术方案中所述的内容，也包括本技术领域人员从其中容易置换的范围。

根据本发明，可以得到重量轻且性能良好的摩擦搅拌结合。

Claims (8)

1.一种摩擦搅拌结合方法，其特征在于，第1构件由板和突出片构成，上述突出片在上述板的端部与该板实质上平行地突出，并相对该板的一个面凹入地被配置，在上述突出片上重合第2构件的端部，同时使上述板的端部与上述第2构件的端部对接，当使用在大径部的前端有小径部的回转工具，把上述小径部插入上述对接部分进行摩擦搅拌结合时，在向沿上述对接部分移动上述回转工具的方向看时，在上述回转工具的轴心的右侧设置从上述插入的上述小径部的前端部到与上述大径部侧相反侧的上述第1构件的面的厚度厚的一方，从上述大径部侧看时，使上述回转工具边右回转，边沿上述对接部分移动。

2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，把上述突出片设置于上述右侧，进行上述摩擦搅拌接合。

3.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，上述小径部的前端插入上述突出片内进行上述摩擦搅拌接合。

4.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，中空型材由实际上平行的2个面板、连接两面板的连接板、从该连接板向一个上述面板实际上平行的方向突出的突出片和凹部构成，上述凹部在上述一个面板、上述连接板及上述突出片的连接部向上述一个面板的外侧和上述突出片的突出的方向开放，使第2构件的端部重合在上述凹部上，同时，使上述一个面板的端部与上述第2构件的端部对接，当使用在大径部的前端部具有小径部的回转工具，把上述小径部插入上述对接部分和上述突出片内进行摩擦搅拌接合时，在向着沿上述对接部分移动上述回转工具的方向看的时候，使上述突出片位于上述回转工具的轴心的右侧，从上述插入的上述小径部的前端部到与上述大径部侧相反侧的面的厚度，在向上述移动方向看时，与上述轴心的左侧比，其右侧的上述突出片的一方厚。从上述大径部侧看时，使上述回转工具边右回转边沿上述对接部分移动。

5.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，第1构件由板和位于该板的端部实际上与该板平行突出的并相对该板的一个面凹地配置的突出片构成，使第2构件的端部重合在上述突出片上，同时，使上述板的端部和上述第2构件的端部对接，当使用在大径部的前端具有小径部的回转工具，把上述小径部插入上述对接部分进行摩擦搅拌接合时，在向着沿上述对接部分移动上述回转工具的方向看的时候，在上述回转工具的轴心的左侧设置从上述插入的上述小径部的前端到与上述大径部侧的反对侧的第1构件的面的厚度厚的一方，从上述大径部侧看的时候，使上述回转工具边左回转、边沿上述对接部分移动。

6.如权利要求5所述的摩擦搅拌结合方法，其特征在于，使上述突出片位于上述左侧地进行上述摩擦搅拌接合。

7.如权利要求5所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，上述小径部的前端插入突出片内地进行上述摩擦搅拌接合。

8.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，中空型材由实际上平行的2个面板、连接两个面板的连接板、从该连接板向与上述一个面板实际上平行的方向突出的突出片和凹部构成，上述凹部在上述一个面板、上述连接板和上述突出片的连接部处向上述一个面板的外侧和上述突出片的突出方向开放，使第2构件的端部与上述凹部重合，同时使上述一个面板的端部与上述第2构件的端部对接，当使用在大径部的前端具有小径的回转工具，使上述小径部插入上述对接部分和上述突出片内进行摩擦搅拌接合时，在向着沿上述对接部分移动上述回转工具的方向看时，上述突出片位于上述回转工具的轴心的左侧，从上述插入的小径部的前端部到与上述大径部侧的反对侧的面的厚度在向上述移动方向看时与上述轴心的右侧相比左侧的上述突出片的一方厚，从上述大径部侧看时，上述回转工具边左回转、边沿上述对接部分移动。

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