CN1657215A - 摩擦点接合构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩擦点接合构造。在重合第1及第2板材(W1、W2)，使两板材(W1、W2)塑性流动接合的摩擦点接合构造中，安定接合质量的同时，提高其接合强度。使用旋转工具(4)和支撑部件(5)，将第1板材(W1)朝着第2板材(W2)挤压，由旋转销部(42)在保留第1板材(W1)和第2板材(W2)的连续界面(S2)的状态下形成凹陷部分(61)。这时，使第1及第2板材(W1、W2)塑性流动在凹陷部分(61)的外侧第2板材(W2)朝着第1板材(W1)一侧隆起形成环状隆起部分(63)。

Description

摩擦点接合构造

技术领域

本发明涉及一种将复数的板材重合，使板材塑性流动接合的摩擦点接合构造。

背景技术

自古以来，特别是由于铝材等轻金属与钢材相比易通电、传热，所以比钢材更不适合于电弧焊等焊接方法是已为所知的。

为此，如特开2002-292479号公报那样，使用包括前端具有销部，且其基端一侧大于销部的大直径肩部形成的旋转工具，以及相对于该旋转工具的旋转轴的轴线方向相对配置的支撑部件的摩擦点接合装置，由这个摩擦点接合装置，在将重合的第1及第2板材由上述旋转工具及支撑部件夹住的同时，边旋转该旋转工具边朝着第1及第2板材压入，并且，通过上述肩部将第1板材沿上述轴线方向挤压，通过摩擦将板材的一部分熔融点接合的摩擦点接合构造已为所知。

然而，在迄今为止的摩擦点接合构造中，因为接合的质量和接合的状态的关系不明确，结合板材的板厚及材质，必须具体调节旋转工具的加压力、旋转数及接合时间，因为这个调节非常困难，就产生了称之为接合质量的偏差很大的问题。还有，因为是通过摩擦使板材熔融点接合的，一定的接合时间是必要的。

发明内容

本发明，鉴于以上各点，其目的在于通过在两枚的板材的接合构造的构成上下功夫，获得安定的接合质量且接合强度高的接合构造。

为了达到上述目的，本发明中是以机械接合的形式接合板材的。

具体地讲，第1发明中，是以下述构造为对象的，既：使用包括前端具有销部，且其基端一侧大于销部的大直径肩部形成的旋转工具，以及相对于该旋转工具的旋转轴的轴线方向相对配置的支撑部件的摩擦点接合装置，在将重合的第1及第2板材由上述旋转工具及支撑部件夹住的同时，边旋转该旋转工具边朝着第1及第2板材压入，并且，通过上述肩部将第1板材沿上述轴线方向挤压，使第1及第2板材两者产生塑性流动的点接合构造。

并且，使上述第1板材和第2板材的连续的界面存在的状态下由上述销部形成凹陷部分，在上述凹陷部分的外侧，在全周范围由第2板材的塑性流动使第1板材一侧凸起形成环状凸起部分的第1及第2板材接合构成。

根据上述构成，因为第1板材和第2板材的连续界面的存在，由上述旋转工具和支撑部件夹着的第1及第2板材，与旋转肩部和销部产生摩擦热被软化时，相互不溶解而为固相原样，被挤压的第2板材朝着第1板材一侧塑性流动，在凹陷部分的外侧形成环状隆起部分同时机械接合。由这个隆起部分的机械接合大小左右接合强度，但是，其大小又可以通过改变旋转工具所加压力，环转次数及接合时间等条件很容易得到调整，可以安定地得到目标接合强度。

还有，凹陷部分底面的第1板材和第2板材之间，因为残留了连续的界面，与界面中途剪断的情况相比不容易发生应力集中，可以防止龟裂的发生而提高剪力强度。再有，在形成凹陷部分的壁面上没有露出第2板材，这样，就是第2板材为耐腐蚀性差的材质而只要第1板材为耐腐蚀性的材料，在确保接合部位的耐腐蚀性的同时，因为存在同材质的连续表面，表面处理、涂装等质量管理就变得容易。

在第2发明中，上述环状隆起部分上，在其外侧形成了突出着的突出部分。根据这样的构成，在突出部分，第2板材朝着隆起部分外侧的第1板材嵌入，由其固定效果，对于从第1板材将第2板材牵离的剥离荷载的也提高了强度。

第3及第4发明中，是关于上述第1及第2板材为轻金属的说明。根据这样的构成，铝、镁等比重小的轻金属，在较低温的固相状态下容易发生塑性流动，所以本发明的作用效果显著得到发挥。

(发明的详细说明)

以下，基于图面说明本发明的实施方式。且，以下的实施方式，本质上是最好的示例，本发明，无意限制其适用物及用途的范围。

—摩擦点接合装置的构成—

图1，表示本发明的实施方式所涉及的摩擦点接合装置(未图示全体)上设置的接合枪1。这个接合枪1，例如，安装在机械手上，点状接合在厚度方向上的重叠状态下的用于汽车车身的由铝合金、镁合金、亚铅合金等的轻金属构成的复数个板材，形成摩擦点接合构造。这个接合枪1，包括旋转工具4和支撑部件5形成的接合工具6，由这个旋转工具4和支撑部件5夹住工件W的接合部位。

如图2模式表示的那样，上述旋转工具4，在前端部分41上装有圆柱状销部42，且销部42的基部一侧形成了比销部42直径大的肩部43。

上述旋转工具4，将第1及第2板材W1、W2配置在垂直于其厚度方向上重合的工件W的重合面S1的旋转轴X(轴线)上，由旋转轴马达11，构成为围绕这个旋转轴X旋转的形式。还有，上述旋转工具4，由推压轴马达12，构成为在上述旋转轴X上升降的形式。这个第1及第2板材W1、W2，即可是同材质又可以是异材质，只要是轻金属其组合就自由。

上述支撑部件5，其构成为与上述旋转工具4的前端部分41的前端面的形状及面积近似相同或者是具有比其大的前端面52的圆柱状的本体部分51。还有，支撑部件5，安装在略成L字状的臂13的前端，夹着工件W对向上述旋转工具4配设在上述旋转轴X上。

—工件接合的顺序—

如图2所示，由接合枪1的旋转轴马达11，使旋转工具4围绕旋转轴X旋转。并且，上述旋转工具4的旋转次数到达目标旋转次数后，边使该旋转工具4旋转，边通过推压马达12到接触到工件W(第1板材W1)的表面为止降落该旋转工具4。由此，上述旋转工具5和上述支撑部件5夹住上述工件W的同时，将这个工件W朝着旋转轴X方向(图2的下方向)推压。这样做，将上述旋转工具4的销部42压入上述工件W。另一方面，上述支撑部件5由其前端面52支撑着工件W。这样，上述旋转工具4的朝着工件W的推压力由上述支撑部件5的前端面52支撑，可以抑制该工件W朝着上述支撑部件5一侧的变形。

接下来，在使上述旋转工具4处于旋转状态下朝着工件W挤压。由此，上述旋转工具4的销部42挤压入第1板材W1，在发热的同时该销部42沉入第1板材W1内后，由上述旋转工具4的肩部43和第1板材W1的表面摩擦产生摩擦热。这个摩擦热，从第1板材W1传给第2板材W2，该第2板材也发生软化。

并且，继续上述旋转工具4的旋转及推压。由此，上述第1及第2板材W1、W2上产生旋转方向的塑性流动。通过继续该旋转工具4的旋转和推压，扩大工件W内的塑性流动范围。

再有，边使上述销部42和肩部43旋转边将第1板材W1朝着第2板材一侧挤压，这样该销部42及肩部43沉入工件W内，由销部42，保留第1板材W1和第2板材W2之间的连续界面S2形成凹陷部分61。这时，第1及第2板材W1、W2在固相状态下塑性流动，由旋转工具4和支撑部件5支撑的第2板材W2朝着比凹陷部分61的侧壁面的内部压力小的径向外侧的第1板材W1一侧流动。由此，以旋转轴X为中心的环状隆起部分63围绕凹陷部分61在第1板材W1一侧形成。在这个环状隆起部分63的外侧，伴随着肩部43的旋转的塑性流动，形成朝着径向外侧突出的突出部分64。由这个第2板材W2形成的突出部分64嵌入第1板材W1的形式接合。

这样做，在所定的时间持续工件W内的塑性流动后，在旋转工具4旋转的情况下，由推压轴马达12使旋转工具4上升，将该旋转工具4从工件W内抽出。

其后，使工件W急剧冷却硬化，结束工件W的接合。

—实施方式的效果—

根据上述实施方式所涉及的摩擦点接合构造，由旋转工具4和支撑部件5将第1板材W1朝着第2板材W2一侧挤压销部42，在保留第1板材W1和第2板材W2之间的连续界面S2形成凹陷部分61时，第1及第2板材W1、W2塑性流动第2板材W2在第1板材W1一侧形成隆起的环状隆起部分63。由这个隆起部分63的机械接合的大小左右接合强度，但是，这个机械接合的大小，但是，其大小又可以通过改变旋转工具4所加压力，旋转次数及接合时间等条件很容易得到调整，可以安定地得到目标接合强度。再有，由于上述界面S2的存在，在剪力强度增大的同时，表面处理、涂装等质量管理就变得容易。

还有，隆起部分63的外侧形成了突出部分64，由此，由这个突出部分64的固定效果也提高了接受部位的承受剥离方向的荷载的强度。

再有，因为第1及第2板材W1、W2是由轻金属形成的，在固相状态下容易发生塑性流动，所以本实施方式的所用效果得到明显发挥。

—实施方式的变形例—

上述实施方式中，固定了支撑部件5，但是，使支撑部件5沿着旋转轴X移动也是可以的。还有，将支撑部件5形成为旋转工具5的前端面的形状及面积基本相同或者是更大的具有前端面52的圆柱状本体部分51，但是如为平板亦可。

附图说明

图1，是表示接合枪的侧面图。

图2，是表示本发明的实施方式所涉及的摩擦点接合构造的扩大剖面图。

图3，是表示实施例1所涉及的摩擦点接合构造中每个接合时间的剪断直径及牵引剪断强度的推移变化的图。

图4，是表示接合时间为0.4秒时的接合部位剖面图。

图5，是表示接合时间为0.7秒时的接合部位剖面图。

图6，是扩大表示图5的隆起部分的剖面图。

图7，是表示实施例2所涉及的摩擦点接合构造的接合部位的剖面图。

图8，是扩大表示图7的C部分的剖面图。

(符号说明)

4   旋转工具

5   支撑部件

42  销部

43  肩部

61  凹陷部分

63  隆起部分

64  突出部分

X   旋转轴

S2  界面

W1  第1板材

W2  第2板材

具体实施方式

(实施例)

接下来，说明具体实施了的实施方式。

(实施例1)

作为工件W，第1板材W1使用了1mm板厚的6000系铝合金，第2板材W2使用了1mm板厚的3000系铝合金。并且，使用上述摩擦点接合装置改变旋转工具4的加压力、旋转数及推压入旋转工具4后的接合时间接合工件W。

具体地讲，使用肩部直径为8mm的旋转工具4，其压力为3.4KN，旋转数为2500rpm，使各接合时间每0.1秒发生变化在同一个工件W的不同位置设置复数个接受部位。并且，为了解其接合状态剪断工件W的每个接合时间的接合部位，观察了其断面。再有，测定了不同位置的每个接合部位的剪力强度。

在图3中表示了测定的每个接合时间的剪断直径R及剪力强度的推移变化的结果。图4，是表示接合时间为0.4秒时的接合部位剖面图。图5，是表示接合时间为0.7秒时的接合部位剖面图。剪断直径R，大致相当于隆起部分63的最大直径，相当于在第1板材W1和第2板材W2重叠面S1中机械接合的有效直径。也就是，如图6的扩大表示那样，在剪断直径R的范围内，第1板材W1和第2板材W2无间隙地机械结合着。另一方面，图中未表示，但是，在剪断直径R的更外侧，第1板材W1和第2板材W2之间看到了微小的间隙。

正如比较图4及图5所知的一样，得知通过增大接合时间，隆起部分63增大，剪断直径R增大。也就是如图3所示，得知通过增加一定程度的接合时间，剪断直径R增大，伴随于此剪力强度也增大。如图6的扩大详细表示那样，在接合时间为0.7秒的时候，形成了隆起部分63的突出部分64，进一步增大了剪力强度。但是，也得知了如果使接合时间超过一定的时间(本实施方式中为0.8秒)，由于界面S2的第1板材W1的厚度变得过薄，相反的剪力强度会变小。

图像信号3所示的区域B，表示了拉伸剪断试验的平面图的剪断面形状为按钮状(环状)的区域，在这个区域中，在这个区域中得到了最好的接合强度。区域A，表示了拉伸剪断试验的平面图的剪断部分中途剪断不再成为环状的区域，在这个区域A中，与区域B相比接合强度降低，在0.4秒的接合时间中形成了如图4所示的环状隆起部分63，提高了剪力强度。

这样，得知了机械接合的大小，也就是剪断直径R的大小，可以由改变旋转工具4的加压力、旋转数及接合时间等的接合条件容易得到调整，所以可以得到作为目标值的接合强度。

(实施例2)

作为工件W，第1板材W1使用了1mm板厚的6000系铝合金，第2板材W2使用了2mm板厚的5000系铝合金。并且，使用上述摩擦点接合装置的旋转工具4的加压力为3.92KN，旋转数为3500rpm，使各接合时间每0.8秒接合工件W。这时的接合部位的扩大剖面图由图7所示。在实施例2所涉及的摩擦点接合构造中，亦得知良好地形成了隆起部分63。如图8所示，扩大凹陷部分61的底部(图7的C部分)，得知形成了第1板材W1和第2板材W2的连续界面S2。

Claims (4)

1.一种摩擦点接合构造，其为：使用包括前端具有销部，且在其基端一侧形成有大于销部直径的大直径肩部的旋转工具，和相对于该旋转工具配置成相对于旋转轴的轴线方向的支撑部件，

由上述旋转工具及支撑部件夹住重合的第1及第2板材的同时，边旋转该旋转工具边朝着第1及第2板材压入上述销部，并且利用上述肩部将第1板材沿上述轴线方向挤压，使第1及第2板材两者产生塑性流动而点接合着的点接合构造，其特征为：

在使上述第1板材和第2板材的连续的界面存在的状态下由上述销部形成凹陷部分，

在上述凹陷部分的外侧，在整个一周范围第2板材借助塑性流动在第1板材一侧形成凸起的环状凸起部分，构成第1及第2板材接合。

2.根据权利要求1所述的摩擦点接合构造，其特征为：

上述环状隆起部分上，形成了突向外侧的突出部分。

3.根据权利要求1所述的摩擦点接合构造，其特征为：

上述第1及第2板材为轻金属。

4.根据权利要求2所述的摩擦点接合构造，其特征为：

上述第1及第2板材为轻金属。

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