DE112014006913B4

DE112014006913B4 - Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils

Info

Publication number: DE112014006913B4
Application number: DE112014006913.2T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Shibata; Atsushi Saitou; Masaharu Amano
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2034-08-30
Also published as: CN106660166A; US20170203383A1; JP6383423B2; WO2016031074A1; JPWO2016031074A1; KR20170026577A; CN106660166B; KR101859601B1; US10071440B2; DE112014006913T5

Abstract

Vorrichtung (9) zum Herstellen eines Metallteils (1) mittels Kammer-Reibschweißen, mit der ein Metallteil (1) hergestellt wird, indem ein aus einem ersten Metall bestehendes erstes Element (2, 4) und ein aus einem zweiten Metall bestehendes zweites Element (3, 5) verbunden werden, wobei die Vorrichtung (9) umfasst:eine Spindel (95);einen Basis-Abschnitt (98), der von der Spindel (95) in einer axialen Richtung beabstandet angeordnet ist; sowieeinen Antriebs-Abschnitt (97), der so ausgeführt ist, dass er die Spindel (95) oder/und den Basisabschnitt (98) in der axialen Richtung der Spindel (95) antreibt; wobeidie Spindel (95) oder der Basis-Abschnitt (98) einen ersten Halte-Abschnitt (94) zum Halten des ersten Elementes (2, 4) enthält, und an dem anderen Teil eine Form (93) angeordnet ist, in der das zweite Element (3, 5) so gehalten wird, dass es dem ersten Halte-Abschnitt (94) gegenüberliegt,und die Form (93) aus zwei Teilen (99,99) besteht, in die sie getrennt werden kann,eine Bodenwand (11), die eine plane Fläche ist,sowie eine Seitenwand (12A) enthält, die sich von der Bodenwand (11) aus in einer Richtung erstreckt, die die Bodenwand (11) schneidet,und an der Seitenwand (12A) eine Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) ausgebildet ist, wobei die Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) eine Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der axialen Richtung der Spindel (95) so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand (11) zugewandt ist, undwobei sich die Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) so erstreckt, dass sie sich der Bodenwand (11) in Richtung der Drehung der Spindel (95) nähert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Herstellen von Metallteilen und insbesondere eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente miteinander verbunden sind.
Technischer Hintergrund
Ein Metallteil, das aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente aufweist, die aneinander befestigt sind, kann als ein Maschinen-Bauteil eingesetzt werden. Beispielsweise weist ein bekannter Kolbenschuh für eine Hydraulikpumpe oder einen Hydraulikmotor einen aus Stahl bestehenden Basis-Teilabschnitt sowie einen aus Kupferlegierung bestehenden Gleit-Teilabschnitt auf, der an dem Basis-Teilabschnitt befestigt ist. Als ein Kolbenschuh dieses Typs kann ein Kolbenschuh eingesetzt werden, bei dem der Gleit-Teilabschnitt mittels Verstemmen an dem Basis-Teilabschnitt befestigt wird.
Um den Gleit-Teilabschnitt mittels Verstemmen an dem Basis-Teilabschnitt zu befestigen, muss der Gleit-Teilabschnitt maschinell auf eine vorgegebene Form bearbeitet werden, die das Verstemmen ermöglicht, bevor er an dem Basis-Teilabschnitt angebracht wird. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten für das Gleit-Bauteil aufgrund des für die maschinelle Bearbeitung des Gleit-Teilabschnitts erforderlichen Aufwandes. Darüber hinaus ist ein Kolbenschuh vorgeschlagen worden, bei dem der Gleit-Teilabschnitt an dem Basis-Teilabschnitt befestigt wird, indem der Gleit-Teilabschnitt so an den Basis-Teilabschnitt gepresst wird, dass der Gleit-Teilabschnitt verformt und damit mit dem Basis-Teilabschnitt in Eingriff gebracht wird (siehe beispielsweise die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP H10-89241 ).
Die DE 10 2012 001 779 A1 offenbart eine Methode und eine Vorrichtung zum Reibauftragsbeschichten einer Oberfläche eines Werkstücks. Dazu wird ein Auftragselement in einer Aufnahme eines Lagerelements befestigt, sodass das Auftragselement exzentrisch von einer Rotationsachse des Lagerelements versetzt ist und einen kreisförmigen Pfad um die Rotationsachse beschreibt. Aufgrund der Reibungswärme wird das Auftragselement plastiziert und durch Druckausüben auf die Oberfläche des Werkstücks übertragen.
Die DE 36 26 009 A1 beschreibt eine Methode zum Ausbilden einer Verbindung zwischen einem metallischen Körper und einem anderen metallischen oder nichtmetallischen Körper durch Reibschweißen. Dabei wird die Verbindung nicht oder nur teilweise durch die metallische Schweißverbindung zwischen den beiden Materialien aufrechterhalten, sondern durch Formschluss. Zu diesem Zweck wird eines der beiden Teile in Rotation versetzt und gegen das andere gedrückt, sodass aufgrund der Reibung das metallische Material erwärmt und plastiziert wird und einen Wulst ausbildet, welcher den metallischen Teil mittels Formschluss in eine kreisförmige Kerbe des nichtmetallischen Teils fixiert. Da die kreisförmige Kerbe den metallischen Teil nur in axialer Richtung fixiert, können zusätzliche Kerben verwendet werden, um eine kreisförmige Bewegung zu verhindern.
Die DE 10 2012 203 233 A1 beschreibt eine Methode, um zwei Metallteile mittels Reibrührschweißen zusammenzufügen. Um eine durchgehende Schweißnaht bis zum Ende der beiden Teile zu gewährleisten, werden Kantenstücke mit den Teilen verbunden oder mit diesen integral geformt. Die Kantenstücke werden durch Laststützlehren abgestützt, welche nach dem Schweißen entfernt werden.
Weiterer einschlägiger Stand der Technik geht aus folgenden Druckschriften hervor:

JP 558-70989 A , JP 2005-125344 A , JP 2006-255749 A , GB 2 306 366 A.

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem Aufbau des in dem oben genannten Patentdokument JP H10-89241 beschriebenen Kolbenschuhs wird der Gleit-Teilabschnitt lediglich mittels Eingriff an dem Basis-Teilabschnitt befestigt. Wenn beispielsweise ein Stoß auf den Kolbenschuh wirkt, kann der Zustand der Befestigung des Gleit-Teilabschnitts an dem Basis-Teilabschnitt instabil werden.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils zu schaffen, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente direkt fest miteinander verbunden sind.
Lösung des Problems
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Metallteil-Herstellungsvorrichtung, mit der ein Metallteil hergestellt wird, indem ein aus einem ersten Metall bestehendes erstes Element und ein aus einem zweiten Metall bestehendes zweites Element verbunden werden. Die Metallteil-Herstellungsvorrichtung enthält eine Spindel, einen Basis-Abschnitt, der von der Spindel in einer axialen Richtung beabstandet angeordnet ist, sowie einen Antriebs-Abschnitt, der so ausgeführt ist, dass er die Spindel oder/und den Basisabschnitt in der axialen Richtung der Spindel antreibt. Die Spindel oder der Basis-Abschnitt enthält einen ersten Halte-Abschnitt zum Halten des ersten Elementes, und an dem anderen Teil ist eine Form angeordnet, in der das zweite Element so gehalten wird, dass es dem ersten Halte-Abschnitt gegenüberliegt. Die Form enthält eine Bodenwand und eine Seitenwand, die sich in einer Richtung von der Bodenwand aus erstreckt, die die Bodenwand schneidet. An der Seitenwand ist eine Widerstand entgegensetzende Wand ausgebildet, wobei die Widerstand entgegensetzende Wand eine Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der axialen Richtung der Spindel so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand zugewandt ist.
Die Erfinder haben sich damit beschäftigt, wie sich aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente fest miteinander verbinden lassen. Sie sind dabei zu den im Folgenden aufgeführten Erkenntnissen gekommen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben. Wenn ein erstes Element in einem Zustand, in dem es in Kontakt mit einem in einer Form angeordneten zweiten Element ist, relativ um eine Drehachse herum gedreht wird, ohne die relative Positionsbeziehung zu dem zweiten Element zu ändern, werden das erste und das zweite Element erhitzt. Das erste und das zweite Element werden dann abgekühlt und verbleiben in dem Zustand, in dem sie in Kontakt miteinander sind, so dass das erste und das zweite Element direkt miteinander verbunden werden. Das erste und das zweite Element werden mit der Reibungswärme erhitzt, die erzeugt wird, wenn das erste Element relativ zu dem zweiten Element gleitet, so dass das erste und das zweite Element verbunden werden. Dabei kann ein Bereich (unverbundener Bereich), in dem das erste und das zweite Element nicht miteinander verbunden sind, in einem Teil der Verbindungsfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Element ausgebildet werden, insbesondere in einem Bereich, der den Drehmittelpunkt des ersten Elementes einschließt. Durch das Vorhandensein eines derartigen unverbundenen Bereiches verringert sich die Festigkeit der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element.
Wenn das erste und das zweite Element erhitzt werden und dabei das erste Element in dem Zustand gedreht wird, in dem es in Kontakt mit dem in der Form angeordneten zweiten Element ist, verformt sich das aus dem zweiten Metall bestehende zweite Element, da sein Verformungswiderstand in dem erhitzen Zustand geringer ist als der des ersten Elementes. Dadurch dringt ein Teil des zweiten Elementes in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Element und der Seitenwand der Form ein, so dass ein Grat entsteht. Wenn ein derartiger Grat groß wird, ist es wahrscheinlicher, dass der oben beschriebene unverbundene Bereich ausgebildet wird. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Reibungswärme, die durch Reibung zwischen dem ersten und dem zweiten Element entsteht, zu dem Grat abgeleitet wird, so dass die Reibungswärme, die zum Verbinden beitragen sollte, in der Nähe der Verbindungsfläche nicht ausreicht.
Wenn die Metallteil-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird und dabei die Spindel um die Achse herum gedreht wird und das erste Element in dem ersten Halte-Abschnitt gehalten wird, wird der Zwischenraum zwischen der Spindel und dem Basis-Abschnitt durch den Antriebs-Abschnitt so reguliert, dass das erste Element an das in der Form gehaltene zweite Element gepresst wird, so dass das erste und das zweite Element erhitzt werden. Anschließend werden das erste und das zweite Element, die in Kontakt miteinander gehalten werden, abgekühlt, so dass das erste und das zweite Element verbunden werden. Der oben beschriebene Grat wächst an der Seitenwand der Form entlang in einer Richtung von der Bodenwand weg. Bei der Metallteil-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist an der Seitenwand der Form die Widerstand entgegensetzende Wand ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der axialen Richtung der Spindel so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand zugewandt ist. Diese Widerstand entgegensetzende Wand unterdrückt das Wachstum des Grats. Die Reibungswärme, die zu dem Grat abgeleitet wird, wird verringert, so dass die Reibungswärme, die zu dem Verbinden beitragen sollte, in einem großen Maß in der Nähe der Verbindungsfläche verbleibt. Dadurch wird die Ausbildung eines unverbundenen Bereiches eingeschränkt, so dass feste Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element erreicht wird. So ist es mit der Metallteil-Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, ein Metallteil herzustellen, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente direkt fest miteinander verbunden werden.
Bei der oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsvorrichtung kann die Widerstand entgegensetzende Wand eine Wandfläche sein, die eine Vertiefung oder einen Vorsprung bildet, die/der an der Seitenwand ausgebildet ist. Dadurch wird Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand an der Seitenwand erleichtert.
Bei der oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsvorrichtung erstreckt sich die Widerstand entgegensetzende Wand so, dass sie sich der Bodenwand in einer Richtung der Drehung des ersten Elementes nähert. Damit wird das Wachstum des Grats zuverlässiger verhindert.
Bei der oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsvorrichtung kann an der Spindel oder/und dem Basis-Abschnitt ein Lastsensor installiert sein, mit dem eine Kontaktlast zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element erfasst wird. Dadurch wird Regulieren der Kontaktlast zwischen dem ersten und dem zweiten Element auf einen geeigneten Bereich ermöglicht.
Ein Metallteil-Herstellungsverfahren, das unter Einsatz der Metallteil-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden kann, schließt die Schritte ein, in denen ein aus einem ersten Metall bestehendes erstes Element sowie ein aus einem zweiten Metall bestehendes zweites Element gefertigt werden, das zweite Element in einer Form angeordnet wird, die eine Bodenwand und eine Seitenwand hat, die sich von der Bodenwand in einer Richtung erstreckt, die die Bodenwand schneidet, das erste Element und das zweite Element erhitzt werden, indem bewirkt wird, dass das erste Element, das in Kontakt mit dem in der Form angeordneten zweiten Element gehalten wird, relativ um eine Drehachse herum gedreht wird, ohne eine relative Positionsbeziehung zu dem zweiten Element zu ändern, und das erste und das zweite Element verbunden werden, indem das erste und das zweite Element, die erhitzt worden sind, in dem miteinander in Kontakt befindlichen Zustand abgekühlt werden. In dem Schritt des Anordnens des zweiten Elementes wird das zweite Element so angeordnet, dass es in Kontakt mit der Bodenwand der Form ist und von der Seitenwand umschlossen ist. In dem Schritt des Erhitzens des ersten Elementes und des zweiten Elementes weist das zweite Metall in dem erhitzten Zustand einen geringeren Verformungswiderstand auf als das erste Metall. An der Seitenwand ist eine Widerstand entgegensetzende Wand ausgebildet, wobei die Widerstand entgegensetzende Wand eine Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der axialen Richtung der Spindel so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand zugewandt ist.
Bei dem oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsverfahren ist an der Seitenwand der Form die Widerstand entgegensetzende Wand ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der axialen Richtung der Spindel so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand zugewandt ist. Der oben beschriebene Grat wächst an der Seitenwand der Form entlang in einer Richtung von der Bodenwand weg. Die Widerstand entgegensetzende Wand bringt dieses Wachstum des Grats zum Halten. Die Reibungswärme, die zu dem Grad abgeleitet wird, wird so verringert, so dass Reibungswärme, die zu dem Verbinden beitragen sollte, in einem großen Maß in der Nähe der Verbindungsfläche verbleibt. Dadurch wird die Ausbildung eines unverbundenen Bereiches eingeschränkt, so dass feste Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element erzielt wird. So ist es mit dem oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsverfahren möglich, ein Metallteil herzustellen, das aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente aufweist, die direkt fest miteinander verbunden sind.
Bei dem oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsverfahren kann die Widerstand entgegensetzende Wand eine Wandfläche sein, die eine Vertiefung oder einen Vorsprung bildet, die/der an der Seitenwand ausgebildet ist. Dadurch wird Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand an der Seitenwand erleichtert.
Bei dem oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsverfahren kann sich die Widerstand entgegensetzende Wand in ihrem Verlauf der Bodenwand in einer Richtung der Drehung des ersten Elementes nähern. Damit kann das Wachstum des Grats zuverlässiger eingeschränkt werden.
Bei dem oben beschriebenen Metallteil-Herstellungsverfahren können beim Schritt des Erhitzens des ersten und des zweiten Elementes das erste und das zweite Element in einem Zustand erhitzt werden, in dem ein Trennmittel im Inneren der Form vorhanden ist.
Beim Einsatz des Trennmittels kann das Metallteil leicht von der Form getrennt werden. Durch den Einsatz des Trennmittels kann jedoch das Wachstum des Grats beschleunigt werden. Wenn das Metallteil-Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, bei dem die Widerstand entgegensetzende Wand an der Seitenwand der Form ausgebildet ist, ist es möglich, das Wachstum des Grats wirkungsvoll selbst dann einzuschränken, wenn das Wachstum des Grats durch das Vorhandensein des Trennmittels gefördert wird.
Effekte der Erfindung
Mit der Metallteil-Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es, wie aus der oben stehenden Beschreibung deutlich wird, möglich, ein Metallteil herzustellen, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente direkt fest miteinander verbunden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines Kolbenschuhs zeigt;
2 ist eine schematische Schnittansicht, die in vergrößerter Ansicht den Bereich II in 1 zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs darstellt;
4 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs zeigt;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die die Funktion der Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs zeigt;
6 ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau einer Form zeigt;
7 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau der Form zeigt;
8 zeigt Änderungen der Drehgeschwindigkeit einer Spindel, der Presslast und der Temperatur des Verbindungs-Abschnitts im Verlauf der Zeit während eines Schrittes des Kammer-Reibschweißens;
9 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer ersten Abwandlung zeigt;
10 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer zweiten Abwandlung zeigt;
11 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer dritten Abwandlung zeigt;
12 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer vierten Abwandlung zeigt;
13 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer fünften Abwandlung zeigt;
14 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer sechsten Abwandlung zeigt;
15 ist eine Fotografie, die das Erscheinungsbild eines Prüfstücks nach dem Verbinden zeigt (Beispiel);
16 ist eine Fotografie, die einen Teil von 15 in vergrößerter Ansicht zeigt;
17 ist eine Fotografie, die das Erscheinungsbild eines Prüfstücks nach dem Verbinden zeigt (Vergleichsbeispiel);
18 zeigt ein Ergebnis von Ultraschallprüfung (Beispiel); und
19 zeigt ein Ergebnis von Ultraschallprüfung (Vergleichsbeispiel).

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Kolbenschuhs zeigt, der ein Beispiel für ein Metallteil (Maschinen-Bauteil) ist, das mit der Metallteil-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Der Kolbenschuh 1 ist, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, ein Bauteil, das mit einem Kolben-Körper (nicht dargestellt) einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors verbunden wird und in Bezug auf eine Taumelscheibe gleitet. Der Kolbenschuh 1 enthält einen Basis-Teilabschnitt 2 (erstes Element), der aus Stahl (erstes Metall) besteht, sowie einen Gleit-Teilabschnitt 3 (zweites Element), der aus Kupferlegierung (zweites Metall) besteht und mit dem Basis-Teilabschnitt 2 verbunden ist. An dem Gleit-Teilabschnitt 3 ist eine Gleitfläche 31 ausgebildet. Als der Stahl, der den Basis-Teilabschnitt 2 bildet, kann beispielsweise legierter Stahl für den Einsatz im Maschinenbau (wie beispielsweise JIS SCM 440) oder Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau verwendet werden, der thermischer Raffination oder Vergüten unterzogen worden ist. Der Basis-Teilabschnitt 2 enthält einen kugelförmigen Abschnitt 21 in einer Kugelform, der schwenkbar mit dem Kolben-Körper verbunden wird, sowie einen Scheiben-Abschnitt 22 in Form einer abgesetzten Scheibe, der mit dem kugelförmigen Abschnitt 21 verbunden ist.
Der kugelförmige Abschnitt 21 wird schwenkbar von einem Aufnahme-Abschnitt (nicht dargestellt) aufgenommen, der eine kugelförmige Innenwand hat und in dem Kolben-Körper ausgebildet ist. An einem Ende des kugelförmigen Abschnitts 21, das der mit dem Scheiben-Abschnitt 22 verbundenen Seite gegenüberliegt, ist ein planer flache Abschnitt 21A ausgebildet. An einem Ende des Scheiben-Abschnitts 22, das der Seite des kugelförmigen Abschnitts 21 gegenüberliegt, ist eine plane Verbindungsfläche 23 des Basis-Teilabschnitts (Verbindungsfläche des ersten Elementes) ausgebildet.
Die Verbindungsfläche 23 des Basis-Teilabschnitts ist mit dem Gleit-Teilabschnitt 3 verbunden, der eine Scheibenform hat und dessen Dicke geringer ist als die des Scheiben-Abschnitts 22. Der Gleit-Teilabschnitt 3 ist an einer Hauptfläche, die eine Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts (Verbindungsfläche des zweiten Elementes) bildet, mit der Verbindungsfläche 23 des Basis-Teilabschnitts des Scheiben-Abschnitts 22 verbunden. Die andere Hauptfläche des Gleit-Teilabschnitts 3 dient als die Gleitfläche 31. Diese Gleitfläche 31 gleitet beispielsweise in Bezug auf eine Taumelscheibe (nicht dargestellt) einer Hydraulikpumpe. Der Gleit-Teilabschnitt 3, der aus Kupferlegierung besteht, die ausgezeichnete Gleiteigenschaften hat, verringert die Reibungskraft zwischen der Taumelscheibe und dem Kolbenschuh 1. Als die Kupferlegierung, die den Gleit-Teilabschnitt 3 bildet, können sowohl Messing, wie beispielsweise hochfestes Messing, als auch Bronze, wie beispielsweise Aluminiumbronze, eingesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Gleit-Teilabschnitt 3 aus hochfestem Messing. Des Weiteren weist die Gleitfläche 31 eine Vielzahl von Ringnuten 31A auf, die konzentrisch ausgebildet sind. Diese Nuten 31A nehmen eine geeignete Menge an Öl auf und verringern so weiter die Reibungskraft zwischen der Taumelscheibe und dem Kolbenschuh 1.
Der Kolbenschuh 1 hat eine Form, die um die Mittelachse A herum symmetrisch ist. Der Kolbenschuh 1 hat ein geradliniges Mittelloch 29, dass in dem Bereich, der die Mittelachse A einschließt, so ausgebildet ist, dass es von dem flachen Teil 21A des kugelförmigen Abschnitts 21 durch den Kolbenschuh 1 hindurch zu der Gleitfläche 31 des Gleit-Teilabschnitts 3 verläuft. Das Mittelloch 29 schließt einen ersten Bereich 29A, einen zweiten Bereich 29B, einen dritten Bereich 29C sowie einen vierten Bereich 29D ein. Der erste Bereich 29A erstreckt sich von dem flachen Teil 21A in der Richtung der Gleitfläche 31. Der zweite Bereich 29B ist mit dem ersten Bereich 29A verbunden und hat einen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung (entlang der Achse A), dessen Fläche kleiner ist als die des ersten Bereiches 29A. Der dritte Bereich 29C ist mit dem zweiten Bereich 29B verbunden und hat einen Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung, dessen Fläche mit Annäherung an die Gleitfläche 31 zunimmt. Der vierte Bereich ist mit dem dritten Bereich 29C verbunden und hat einen Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung, dessen Fläche größer ist als die des dritten Bereiches 29C.
Im Folgenden wird die Struktur in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Basis-Teilabschnitt 2 und dem Gleit-Teilabschnitt 3 beschrieben. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches II in 1. Der Basis-Teilabschnitt 2 ist, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, direkt mit dem Gleit-Teilabschnitt 3 verbunden, wobei ein Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts in dem Basis-Teilabschnitt 2 ausgebildet ist und der Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts die Verbindungsfläche 23 des Basis-Teilabschnitts einschließt und kleinere Körner hat als andere Bereiche in dem Basis-Teilabschnitt 2.
Bei dem Kolbenschuh 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Gleit-Teilabschnitt 3 metallurgisch mit dem Basis-Teilabschnitt 2 verbunden, in dem der Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts, der kleinere Körner hat als andere Bereiche in dem Basis-Teilabschnitt 2, ausgebildet worden ist. Das heißt, der Kolbenschuh 1 hat einen Aufbau, bei der der Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts, der aufgrund der kleinen Körner darin ausgezeichnete Zähigkeit aufweist, und der Gleit-Teilabschnitt 3 metallurgisch verbunden sind (einen Aufbau, bei dem der Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts und der Gleit-Teilabschnitt 3 direkt verbunden sind). So ist der Gleit-Teilabschnitt 3 stabil an dem Basis-Teilabschnitt 2 befestigt. Der Kolbenschuh 1 als solches ist ein Metallteil (Gleit-Bauteil), bei dem der Gleit-Teilabschnitt 3 stabil an dem Basis-Teilabschnitt 2 befestigt ist.
Die Dicke t₂ des Verbindungsbereiches 24 des Basis-Teilabschnitts in dem Bereich, der eine Fläche 1A des Kolbenschuhs 1 einschließt, kann, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, größer sein als die Dicke t₁ des Verbindungsbereiches 24 des Basis-Teilabschnitts an der Innenseite. Dadurch ist gewährleistet, dass in der Nähe der Verbindungsfläche dem Oberflächenbereich des Basis-Teilabschnitts 2, von dem Rissbildung ausgehen kann, zuverlässiger hohe Zähigkeit verliehen wird. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt die Dicke des Verbindungsbereiches 24 des Basis-Teilabschnitts mit Annäherung an die Fläche 1A des Kolbenschuhs 1 allmählich zu.
Des Weiteren kann in dem Gleit-Teilabschnitt 3 ein Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts, der eine geringere Härte hat als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt 3 so ausgebildet sein, dass er die Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts einschließt, die die mit dem Basis-Teilabschnitt 2 verbundene Fläche ist. Dadurch kann die Spannung in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Gleit-Teilabschnitt 3 und dem Basis-Teilabschnitt 2 verringert werden.
Vorzugsweise hat der Verbindungsabschnitt 34 des Gleit-Teilabschnitts eine Dicke von 0,2 mm oder weniger in der Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts. Wenn der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts nicht dicker ist als notwendig, kann dem Gleit-Teilabschnitt 3 ausreichend Festigkeit verliehen werden.
Des Weiteren kann das hochfeste Messing, das den Gleit-Teilabschnitt 3 bildet, Präzipitate enthalten, die eine höhere Härte haben als die Matrix, und die Präzipitate in dem Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts können kleiner sein als die Präzipitate in anderen Bereichen in dem Gleit-Teilabschnitt 3. Dadurch kann die Zähigkeit des Gleit-Teilabschnitts in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Weiterhin kann ein Präzipitat-Aggregat als ein Aggregat der Präzipitate in einem Bereich innerhalb des Verbindungsbereiches 34 des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet sein, der in Kontakt mit der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts ist. Durch das Aggregat feiner Präzipitate, das in der Nähe der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet ist, kann die Festigkeit in der Nähe der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts verbessert werden, ohne die Zähigkeit erheblich zu verringern.
Des Weiteren kann der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts einen höheren Volumenanteil an α-Phase haben als andere Bereiche. Dadurch kann die Zähigkeit des Gleit-Teilabschnitts 3 in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Kolbenschuhs 1 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch das Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs darstellt. 4 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs zeigt. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die die Funktion der Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs zeigt. 6 ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau einer Form zeigt, die in der Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs enthalten ist. 7 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau der Form zeigt. In 7 wird eine der zwei Hälften der Form gezeigt.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbenschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform wird, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, zunächst ein Schritt der Fertigung geformter Elemente als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 werden, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, ein Basis-Element 4 (erstes Element), das aus thermisch raffinierter Stahllegierung für den Einsatz im Maschinenbau besteht, und ein scheibenförmiges Gleit-Element 5 (zweites Element) gefertigt, das aus hochfestem Messing besteht. Das Basis-Element 4 enthält einen Scheiben-Abschnitt 4B in Form einer Scheibe sowie einen zylindrischen Abschnitt 4C, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des Scheiben-Abschnitts und der mit dem Scheiben-Abschnitt 4B verbunden ist. An einem Ende des Scheiben-Abschnitts 4B, das der Seite des zylindrischen Abschnitts 4C gegenüberliegt, ist eine Kontaktfläche 4A des Basis-Elementes (Kontaktfläche des ersten Elementes) ausgebildet, die eine plane Fläche ist, die mit dem Gleit-Element 5 verbunden wird. Eine Hauptfläche des Gleit-Elementes dient als eine Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes (Kontaktfläche des zweiten Elementes), die eine plane Fläche ist, die mit dem Basis-Element 4 verbunden wird.
Anschließend wird ein Reinigungs-Schritt als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20 werden das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5, die in dem Schritt S10 gefertigt wurden, gereinigt. Das heißt, das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 werden unter Verwendung von Methanol, Ethanol, Azeton oder einer anderen Flüssigkeit gereinigt. Damit werden jegliche Fremdkörper entfernt, die bei dem Schneiden, maschinellen Bearbeiten oder anderen Prozessen zum Fertigen des Basis-Elementes 4 und des Gleit-Elementes 5 an das Basis-Element 4 oder das Gleit-Element 5 gelangen. Bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbenschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform kann Feinstbearbeitung an der Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes weggelassen werden, und die Kontaktfläche 5A kann beispielsweise wie geschnitten belassen werden.
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, ein Schritt des Kammer-Reibschweißens (enclosed friction welding) ausgeführt. Dieser Schritt des Kammer-Reibschweißens schließt einen Schritt der Vorbereitung zum Verbinden, einen Reibungs-Schritt sowie einen Abkühl-Schritt ein. Im Folgenden wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs (Metallteil) beschrieben, mit der der Kolbenschuh hergestellt wird, indem Kammer-Reibschweißen durchgeführt wird.
Eine Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen, die die Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbenschuhs ist, schließt, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, eine Spindel 95, die um eine Achse α herum gedreht werden kann, einen Basis-Abschnitt 98, der von der Spindel 95 in der Richtung der Achse α beabstandet angeordnet ist, einen Antriebs-Abschnitt 97, der den Zwischenraum zwischen der Spindel 95 und dem Basis-Abschnitt 98 reguliert, indem er die Spindel 95 in der Richtung der Achse α antreibt, sowie einen Rahmen 90 ein, der die Spindel 95 und den Basis-Abschnitt 98 trägt.
im Inneren des Rahmens 90 ist, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, eine Welle 90A so angeordnet, dass sie sich parallel zu der Achse α erstreckt. Diese Welle 90A trägt einen Spindel-Trageabschnitt 90C, der die Spindel 95 trägt, so, dass sich der Spindel-Trageabschnitt 90C in der Richtung bewegen kann, in der sich die Welle 90A erstreckt. Ein Spindel-Bewegungsmotor 90B, mit dem die Welle 90A angetrieben wird, ist mit der Welle 90A verbunden. Wenn die Welle 90A von dem Spindel-Bewegungsmotor 90B angetrieben wird, bewegt sich die von dem Spindel-Trageabschnitt 90C getragene Spindel 95 in der Richtung der Achse α. Dadurch kann der Zwischenraum zwischen der Spindel 95 und dem Basis-Abschnitt 98 reguliert werden. Die Welle 90A, der Spindel-Trageabschnitt 90C und der Spindel-Bewegungsmotor 90B bilden den Antriebs-Abschnitt 97.
Ein Spannkopf 94 (erster Halte-Abschnitt) und die Form 93 sind so eingerichtet, dass in dem Zustand, in dem das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 in Kontakt miteinander gebracht werden und der Zwischenraum zwischen der Spindel 95 und dem Basis-Abschnitt 98 durch den Antriebs-Abschnitt 97 reguliert wird (wie in 5 gezeigt), eine erste Seitenwand 12A eines Hohlraums 10 den Außenumfang der Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes umgibt, die die Fläche des Gleit-Elementes 5 ist, die in Kontakt mit dem Basis-Element 4 kommt. Die erste Seitenwand 12A des Hohlraums 10 hat, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, eine Höhe in der Richtung der Achse α, die größer ist als die Dicke des Gleit-Elementes 5.
Die Spindel 95 enthält, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, den Spannkopf 94, der der erste Halte-Abschnitt ist, mit dem das Basis-Element 4 so gehalten wird, dass es dem Basis-Abschnitt 98 gegenüberliegt. Mit der Spindel 95 ist ein Spindel-Motor 95B verbunden, der die Spindel 95 um die Achse α herum rotierend antreibt. An der Spindel 95 ist des Weiteren ein Lastsensor 96 installiert, der eine Kontaktlast zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 erfasst. Der Lastsensor 96 erfasst die Kontaktlast zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 anhand des Betrags der Kontakt-Gegenwirkungskraft zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5, die auf den Spannkopf 94 wirkt. Obwohl der Lastsensor 96 keine unbedingt erforderliche Komponente für die Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen ist, erleichtert der Sensor, wenn er vorhanden ist, Einstellen der Kontaktlast zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 auf einen geeigneten Bereich.
An dem Basis-Abschnitt 98 ist die Form 93 angeordnet, die ein zweiter Halte-Abschnitt ist, mit dem das Gleit-Element 5 so gehalten wird, dass es dem Spannkopf 94 gegenüberliegt. Das heißt, der Basis-Abschnitt 98 enthält, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 zu sehen ist, einen Basis-Körper 91, einen Form-Halter 92 und die Form 93. Der Basis-Körper 91 ist an dem Rahmen 90 angeordnet. Der Form-Halter 92 ist an dem Basis-Körper 91 befestigt. Die Form 93 ist fest in einen Form-Halteabschnitt 92A eingepasst, der ein in dem Form-Halter 92 ausgebildeter vertiefter Abschnitt ist. Die Form 93 kann, wie in 6 gezeigt, in zwei Teile 99, 99 getrennt werden.
Die Form 93 enthält, wie unter Bezugnahme auf 6 und 7 zu sehen ist, eine Bodenwand 11, die eine kreisförmige plane Fläche ist, eine erste Seitenwand 12A, die sich von der Bodenwand 11 in einer Richtung erstreckt, die die Bodenwand 11 schneidet (Richtung senkrecht dazu), sowie eine zweite Seitenwand 12B, die mit der ersten Seitenwand 12A verbunden ist und sich in einer Richtung von der Bodenwand 11 weg erstreckt. Die Bodenwand 11, die erste Seitenwand 12A und die zweite Seitenwand 12B bilden den Hohlraum 10. Die erste Seitenwand 12A, die mit dem Außenumfang der Bodenwand 11 verbunden ist, die eine Kreisform hat, hat eine zylindrische Form, die den gleichen Durchmesser hat wie die Bodenwand 11. Die zweite Seitenwand 12B , die mit der ersten Seitenwand 12A verbunden ist, hat eine konische Form mit einem Durchmesser, der mit zunehmendem Abstand zu der Bodenwand 11 zunimmt.
Eine Vielzahl von Nuten 13 sind, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, an der ersten Seitenwand 12A ausgebildet. Die Nuten 13 sind so ausgebildet, dass sie sich von der Seite der Bodenwand 11 zu der Seite der zweiten Seitenwand 12B hin an der ersten Seitenwand 12A erstrecken. Die Nuten 13 sind jeweils so in Bezug auf die axiale Richtung (entlang der Achse α) geneigt ausgebildet, dass sie sich von der Seite der zweiten Seitenwand 12B in der Richtung der Drehung der Spindel 95 (mit dem Pfeil β angedeutet) der Seite der Bodenwand 11 nähern. Von den Wandflächen, die eine Nut 13 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 13A. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist eine der Wandflächen, die die Nut 13 bilden, die sich an der Seite (Vorderseite in der Richtung der Drehung der Spindel 95) befindet, die der Seite der Bodenwand in der Richtung der Achse α gegenüberliegt. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 ist die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist geneigt so ausgebildet, dass sie sich von der Seite der zweiten Seitenwand 12B in der Richtung der Drehung der Spindel 95 der Seite der Bodenwand 11 nähert. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist eine Wandfläche, die eine an der ersten Seitenwand 12A ausgebildete Vertiefung bildet.
Im Folgenden wird ein konkreter Ablauf des Schrittes des Kammer-Reibschweißens beschrieben. 8 zeigt Änderungen der Drehgeschwindigkeit der Spindel 95, der Kontaktlast (Presslast) zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 sowie der Temperatur des Verbindungsabschnitts zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit Element-5 während des Schrittes des Kammer-Reibschweißens im Verlauf der Zeit. In dem Schritt der Vorbereitung zum Verbinden, der als ein Schritt S30 ausgeführt wird, wird das Basis-Element 4 mit dem Spannkopf 94 an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 4C gehalten, und wird das Gleit-Element 5 in den Hohlraum 10 der Form 93 eingesetzt. Zu diesem Zeitpunkt sind das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 so angeordnet, dass die Kontaktfläche 4A des Basis-Elementes und die Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes einander gegenüberliegen, und so, dass die Mittelachsen des Basis-Elementes 4 und des Gleit-Elementes 5 mit der Drehachse α des Spannkopfes 94 übereinstimmen. Des Weiteren wird ein Trennmittel in den Hohlraum 10 eingeleitet. So werden in einem weiter unten beschriebenen Schritt S40 das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 in dem Zustand erhitzt, in dem das Trennmittel in dem Hohlraum 10 vorhanden ist. Obwohl Einleitung des Trennmittels kein unbedingt erforderlicher Vorgang ist, erleichtert das Trennmittel, wenn es eingeleitet ist, Entnahme eines strukturellen Körpers, der aus dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 besteht, die verbunden sind, aus der Form 93. Das Trennmittel kann flüssig oder pulverförmig sein.
Anschließend wird der Reibungs-Schritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird die Spindel 95 von dem Spindel-Motor 95B so angetrieben, dass sie sich um die Achse α dreht, und wird des Weiteren von dem Spindel-Bewegungsmotor 90B so angetrieben, dass sie sich dem Basis-Abschnitt 98 nähert. Dadurch nähert sich der Spannkopf 94 bei Drehung um die Achse α der Form 93. Dabei erreicht, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, die Drehgeschwindigkeit der Spindel 95, die zu Zeitpunkt S₀ begonnen hat, sich zu drehen, eine gewünschte Drehgeschwindigkeit zu Zeitpunkt S₁ und wird anschließend auf der gewünschten Drehgeschwindigkeit gehalten. Des Weiteren kommt zu Zeitpunkt S₂, wie in 5 gezeigt, die Kontaktfläche 4A des Basis-Elementes in Kontakt mit der Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes. So dreht sich das Basis-Element 4 in Bezug auf das Gleit-Element 5 und wird dabei mit Last L an das Gleit-Element 5 gepresst, ohne seine Position relativ zu dem Gleit-Element 5 zu ändern. Dadurch erhöht sich die Temperatur an dem Kontaktabschnitt (Verbindungsabschnitt) zwischen dem Basis-Element und dem Gleit-Element 5 aufgrund der Reibungswärme. Dann erreicht zu Zeitpunkt S₃ die Presslast (Kontaktlast zwischen der Kontaktfläche 4A des Basis-Elementes und der Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes), die von dem Lastsensor 96 erfasst wird, einen gewünschten Wert und wird anschließend auf dem gewünschten Wert gehalten. Während dieser Zeit nimmt die Temperatur des Kontaktabschnitts zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 weiter zu.
Dann erreicht zu Zeitpunkt S₄ die Temperatur des Kontaktabschnitt zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 eine Temperatur, die nicht unter dem Transformationspunkt A₁ und unter der Solidustemperatur liegt. Dadurch wird ein Bereich innerhalb des Basis-Elementes 4, der die Kontaktfläche 4A des Basiselementes einschließt, auf eine Temperatur erhitzt, die nicht unter dem Transformationspunkt A₁ und unter der Solidustemperatur liegt, und nimmt der Stahl, der diesem Bereich bildet, den Austenit-Zustand ein, der keine flüssige Phase enthält.
Das erhitzte Gleit-Element 5 hingegen wird erweicht. Dadurch dreht sich, selbst wenn sich das Basis-Element 4 um die Achse α herum dreht, das Gleit-Element 5 nicht dementsprechend. Des Weiteren weist in einem derartigen erhitzten Zustand hochfestes Messing (Kupferlegierung), das das Gleit-Element 5 bildet, geringeren Verformungswiderstand auf als der legierte Stahl für den Einsatz im Maschinenbau (Stahl), der das Basis-Element 4 bildet. So dringt ein Teil des erweichten Gleit-Elementes 5 in einen Zwischenraum zwischen der Außenumfangsfläche des Scheiben-Abschnitts 4B des Basis-Elementes 4 und der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 der Form 93 ein und bildet so einen Grat. Dieser Grat wächst an der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 entlang in einer Richtung von der Bodenwand 11 weg. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 der Form 93, die in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist, wie oben beschrieben, die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A bringt das Wachstum des Grats zum Halten. So wird die Reibungswärme reduziert, die zu dem Grat abgeleitet wird, so dass die Reibungswärme, die zum Verbinden des Basis-Elementes 4 und des Gleit-Elementes 5 beitragen sollte, in einem großen Maß in der Nähe der Verbindungsfläche verbleibt. Das heißt, die Widerstand entgegensetzende Wand 13A an der Form 93, die in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, verläuft so, dass sie sich der Bodenwand 11 in der Richtung der Drehung des Basis-Elementes 4, d. h. in der Richtung der Drehung der Spindel 95 (siehe die mit dem Pfeil β in 5 gekennzeichnete Richtung), nähert. Dadurch wird das Wachstum des Grats noch effektiver zum Halten gebracht.
Anschließend wird der Abkühl-Schritt als ein Schritt S50 ausgeführt. In diesem Schritt S50 wird zunächst die Drehgeschwindigkeit der Spindel 95 verringert und wird die Drehung zu Zeitpunkt S₅ zum Halten gebracht. Anschließend wird die durch den Lastsensor 96 erfasste Presslast verringert. Zu dieser Zeit wird der Kontaktabschnitt zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 abgekühlt, wobei das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 in dem Zustand gehalten werden, in dem sie aneinander gepresst werden. Dementsprechend werden das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 verbunden. Dann wird zu Zeitpunkt S₆ die Presslast auf 0 eingestellt, und der strukturelle Körper, der durch das Basis-Element 4 und das Gleit-Element 5 gebildet wird, die miteinander verbunden sind, wird aus der Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen entnommen.
Dabei wird der Bereich im Inneren des Basis-Elementes 4, der die Kontaktfläche 4A des Basis-Elementes einschließt und der in dem Schritt S40 auf eine Temperatur nicht unter dem Transformationspunkt A₁ erhitzt wurde, in dem Schritt S50 auf eine Temperatur unter dem Transformationspunkt A₁ abgekühlt. In einem derartigen Bereich, der einmal auf eine Temperatur nicht unter dem Transformationspunkt A₁ erhitzt und anschließend auf eine Temperatur unter dem Transformationspunkt A₁ abgekühlt wurde, werden die Körner feiner. Dadurch wird der Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts ausgebildet, der kleinere Körner aufweist als die anderen Bereiche (siehe 2). Mit dem oben beschriebenen Vorgang wird der Schritt des Kammer-Reibschweißens abgeschlossen.
Anschließend wird ein Schritt des maschinellen Bearbeitens als ein Schritt S60 ausgeführt. In diesem Schritt S60 wird der in dem Schritt S50 gewonnene strukturelle Körper maschinellem Bearbeiten unterzogen. Das heißt, die Außenumfangsfläche des Gleit-Elementes 5 wird, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, maschinell bearbeitet, um den scheibenförmigen Gleit-Teilabschnitt 3 auszubilden. Des Weiteren wird der zylindrische Abschnitt des Basis-Elementes 4 maschinell bearbeitet, um den kugelförmigen Abschnitt 21 auszubilden. Das Mittelloch 29, der flache Teil 21A und die Nuten 31A werden ebenfalls in diesem Schritt ausgebildet.
Anschließend wird ein Schritt des Gasnitrocarburierens als ein Schritt S70 ausgeführt. In diesem Schritt S70 wird, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, das Gasnitrocarburier-Bearbeiten in dem Zustand ausgeführt, in dem der in dem Schritt S60 ausgebildete kugelförmige Abschnitt 21 in einen Halteabschnitt (nicht dargestellt) eingepasst ist, der eine kugelförmige Innenwand hat und in einem separat gefertigten Kolben-Körper ausgebildet ist. Das heißt, es werden beim Erhitzen in einer Atmosphäre, die Ammoniakgas enthält, auf eine Temperatur unter dem Transformationspunkt A₁ Nitridschichten in den Oberflächenabschnitten des Basis-Elementes 4 (Basis-Teilabschnitt 2) und des Kolben-Körpers (nicht dargestellt) ausgebildet. Dabei wird bei dem Erhitzen zum Gasnitrocarburier-Bearbeiten ein Bereich, der einen höheren Volumenanteil an α-Phase hat als andere Bereiche, in einem Bereich innerhalb des Gleit-Elementes 5 ausgebildet, der in Kontakt mit der Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes ist. Dementsprechend ist, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, der Volumenanteil der α-Phase in dem Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts höher als in den anderen Bereichen.
Anschließend wird ein Endbearbeitungs-Schritt als ein Schritt S80 ausgeführt. In diesem Schritt werden das Basis-Element 4, das Gleit-Element 5 und der Kolben-Körper (nicht dargestellt), die das Gasnitrocarburier-Bearbeiten in dem Schritt S70 durchlaufen haben, je nach Erfordernis Endbearbeitung unterzogen. Mit dem oben dargestellten Vorgang wird der Kolbenschuh 1 in der vorliegenden Ausführungsform in dem Zustand fertiggestellt, in dem er eine Kombination mit dem Kolben-Körper bildet.
Mit dem Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs unter Einsatz der Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen in der vorliegenden Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, der Kolbenschuh 1 der vorliegenden Ausführungsform, wie er oben beschrieben ist, hergestellt werden. Dabei ist, wie oben beschrieben, an der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 der Form 93, die in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A bringt das Wachstum des Grats zum Halten. So wird die Reibungswärme verringert, die zu dem Grat abgeleitet wird, so dass Reibungswärme, die zum Verbinden des Basis-Elementes 4 und des Gleit-Elementes 5 beitragen sollte, in einem großen Maß in der Nähe der Verbindungsfläche verbleibt. Dadurch wird die Ausbildung eines unverbundenen Bereiches eingeschränkt, so dass feste Verbindung zwischen dem Basis-Element 4 und dem Gleit-Element 5 erzielt wird.
So ist es mit dem Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs (Metallteil) unter Einsatz der Vorrichtung zum Kammer-Reibschweißen in der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Kolbenschuh (Metallteil) herzustellen, der einen Aufbau hat, bei dem aus verschiedenen Metallen bestehende Elemente direkt fest miteinander verbunden sind.
Des Weiteren nimmt in dem Schritt S40, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, wenn sich das Basis-Element 4 dreht, ohne seine Position relativ zu dem Gleit-Element zu ändern, die Umfangsgeschwindigkeit des Basis-Elementes 4 in Bezug auf das Gleit-Element 5 mit zunehmendem Abstand zu der Achse α zu. So nimmt die durch Reibung erzeugte Wärme an der Außenumfangsseite des Basis-Elementes 4 zu. Dadurch wird die Dicke des Bereiches innerhalb des Basis-Elementes 4, in dem die Temperatur den Transformationspunkt A₁ aufgrund der Reibungswärme übersteigt, an der Außenumfangsseite des Basis-Elementes 4 größer. Dementsprechend kann, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, der Verbindungsbereich 24 des Basis-Teilabschnitts, in dem die Körner kleiner sind als in den anderen Bereichen, an der Außenumfangsseite, d. h. in dem Bereich, der die Fläche 1A des Kolbenschuhs 1 einschließt, größer sein als an der Innenseite. Des Weiteren hat, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, der zylindrische Abschnitt 4C des Basis-Elementes 4 in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der des Scheiben-Abschnitts 4B. Dadurch wird Übertragung der in dem Außenumfangsabschnitt der Kontaktfläche 4A des Basis-Elementes erzeugten Reibungswärme zu dem zylindrischen Abschnitt 4C erschwert. So wird der Bereich im Inneren des Basis-Elementes, in dem die Temperatur aufgrund der Reibungswärme den Transformationspunkt A₁ übersteigt, an der Außenumfangsseite des Basis-Elementes 4 nach wie vor dicker. Daher ist es mit dem Verfahren zum Herstellen des Kolbenschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform ohne weiteres möglich, die Dicke des Verbindungsbereiches 24 des Basis-Teilabschnitts an der Außenumfangsseite, d. h. in dem Bereich, der die Fläche 1A des Kolbenschuhs 1 einschließt, gegenüber der Innenseite zu vergrößern.
Des Weiteren ist bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbenschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, die Höhe der ersten Seitenwand 12A in der Richtung der Achse α größer als die Dicke des Gleit-Elementes 5. Dadurch wird in den Schritten S40 und S50 der Zustand aufrechterhalten, in dem das Gleit-Element 5 an der Außenumfangsseite der Kontaktfläche 5A des Gleit-Elementes gehalten wird. Damit kann das Maß der Verformung des erweichten Gleit-Elementes 5 verringert werden. Das heißt, bei dem hergestellten Kolbenschuh 1 kann der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts, der durch Verformung des Gleit-Elementes 5 ausgebildet wird, eine Dicke von 0,2 mm oder weniger in der Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts haben. Dadurch wird der Arbeitsaufwand bei der maschinellen Bearbeitung nach dem Verbinden verringert, wodurch sich die Ausnutzung des Materials des Gleit-Elementes 5 verbessert. Selbst wenn das Gleit-Element 5 geringe Dicke hat, wird verhindert, dass der plastisch verformte Bereich des Gleit-Elementes 5 zu der Gleitfläche 31 des Kolbenschuhs 1 freiliegt, wodurch stabile Gleiteigenschaften des Gleit-Teilabschnitts 3 gewährleistet sind. Des Weiteren wird der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts, der eine geringe Härte hat, nicht dicker als notwendig, so dass dem Gleit-Teilabschnitt 3 ausreichende Festigkeit verliehen werden kann.
Obwohl in der oben stehenden Ausführungsform der Fall beschrieben worden ist, in dem sich das Basis-Element dreht, während das Gleit-Element feststehend ist, ist das Verfahren zum Herstellen eines Metallteils unter Einsatz der Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern das Gleit-Element kann sich drehen, während das Basis-Element feststehend ist, oder beide Elemente können sich drehen, so dass eines von Ihnen relativ zu dem anderen gleitet.
Des Weiteren wurde in der oben dargestellten Ausführungsform die Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen (Vorrichtung zum Herstellen eines Gleit-Bauteils, das das Metallteil ist) als die Struktur erläutert, bei der die Spindel in der axialen Richtung bewegt werden kann. Die Vorrichtung zum Herstellen eines Gleit-Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern der Basis-Abschnitt kann in der axialen Richtung beweglich sein.
Des Weiteren wurde in der oben dargestellten Ausführungsform der Fall erläutert, in dem der Hohlraum 10 der Form 93 in Draufsicht (in der Richtung der Achse α gesehen) kreisförmig ist. Die einzusetzende Form ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern der Halteabschnitt kann beispielsweise die Form eines Polygons haben.
In der oben dargestellten Ausführungsform wurde der Kolbenschuh als ein Beispiel für das Metallteil beschrieben. Das mit der Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Metallteil ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern es kann eine Vielzahl von Metallteilen einschließlich eines Maschinen-Bauteils hergestellt werden, das Teile aufweist, die aus unterschiedlichen Metallen bestehen und direkt miteinander verbunden sind. Das heißt, obwohl in der oben dargestellten Ausführungsform eine Kombination aus Stahl und Kupferlegierung als eine Kombination aus dem ersten Metall und dem zweiten Metall beschrieben wurde, kann eine Vielzahl von Kombinationen eingesetzt werden, die beispielsweise eine Kombination aus Gusseisen und Kupferlegierung, eine Kombination aus Stahl und Aluminiumlegierung, eine Kombination aus Nickelbasis-Superlegierung und Stahl sowie eine Kombination aus Sintercarbid und Stahl einschließt.
Im Folgenden werden Formen mit anderem Aufbau beschrieben, die in der Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt werden können.
Erste Abwandlung
9 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer ersten Abwandlung zeigt. Eine Form 93 in der ersten Abwandlung hat, wie unter Bezugnahme auf 9 zu sehen ist, im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Form 93 in der oben dargestellten Ausführungsform und erbringt die gleichen Effekte. Die Form 93 in der ersten Abwandlung unterscheidet sich jedoch von der in der oben dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand.
Das heißt, es ist, wie unter Bezugnahme auf 9 zu sehen ist, eine Nut 13 an der ersten Seitenwand 12A ausgebildet. Die Nut 13 verläuft, spiralförmig ausgebildet, in der Umfangsrichtung der ersten Seitenwand 12A. Die Nut 13 nähert sich, spiralförmig ausgebildet, von der Seite der zweiten Seitenwand 12B aus in der Richtung der Drehung der Spindel 95 (Richtung des Pfeils β) der Seite der Bodenwand 11. Von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 13A. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, die Wand an einer Seite (Vorderseite in der Richtung der Drehung der Spindel 95), die der Bodenwand in der Richtung der Achse α gegenüberliegt. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 ist die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A nähert sich, spiralförmig ausgebildet, der Seite der Bodenwand 11 von der Seite der zweiten Seitenwand 12B in der Richtung der Drehung der Spindel 95. Von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, ist die der Widerstand entgegensetzenden Wand 13A gegenüberliegende Wandfläche der Öffnungsseite der Form 93 zugewandt. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist eine Wandfläche, die eine an der ersten Seitenwand 12A ausgebildete Vertiefung bildet.
Zweite Abwandlung (nicht von der Erfindung umfasst)
10 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer zweiten Abwandlung zeigt. Eine Form 93 in der zweiten Abwandlung hat, wie unter Bezugnahme auf 10 zu sehen ist, im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die Form 93 in der oben dargestellten Ausführungsform und erbringt ähnliche Effekte. Die Form 93 in der zweiten Abwandlung unterscheidet sich jedoch von der in der oben dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand.
Das heißt, eine Nut 13 ist, wie unter Bezugnahme auf 10 zu sehen ist, an der ersten Seitenwand 12A ausgebildet. Die Nut 13 verläuft parallel zu der Bodenwand 11. Von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 13A. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, die Wand an einer Seite, die der Bodenwand in der Richtung der Achse α gegenüberliegt. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 ist die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, ist die der Widerstand entgegensetzenden Wand 13A gegenüberliegende Wandfläche der Öffnungsseite der Form 93 zugewandt. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist eine Wandfläche, die eine an der ersten Seitenwand 12A ausgebildete Vertiefung bildet.
Dritte Abwandlung
11 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer dritten Abwandlung zeigt. Eine Form 93 in der dritten Abwandlung hat, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die Form 93 in der oben dargestellten Ausführungsform und erbringt ähnliche Effekte. Die Form 93 in der dritten Abwandlung unterscheidet sich jedoch von der in der oben dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand.
Das heißt, es sind, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, eine Vielzahl von Nuten 13 an der ersten Seitenwand 12A ausgebildet. Die Nuten 13 sind so ausgebildet, dass sie an der ersten Seitenwand 12A von der Seite der Bodenwand 11 zu der Seite der zweiten Seitenwand 12B hin verlaufen. Eine Nut 13 hat einen Aufbau, bei dem ein Paar Nuten, die in Bezug auf die axiale Richtung (entlang der Achse α) so geneigt sind, dass sie von der Seite der zweiten Seitenwand 12B in der Richtung der Drehung der Spindel 95 (mit dem Pfeil β angedeutete Richtung) zu der Seite der Bodenwand 11 verlaufen, miteinander über eine Nut verbunden sind, die zu einer den paarigen Nuten gegenüberliegenden Seite hin geneigt ausgebildet ist. Von den Wandflächen, die eine Nut 13 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 13A. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist von den Wandflächen, die die Nut 13 bilden, die Wand an einer Seite, die der Bodenwand in der Richtung der Achse α gegenüberliegt. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 ist die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 13A ist eine Wandfläche, die eine an der ersten Seitenwand 12A ausgebildete Vertiefung bildet.
Vierte Abwandlung
12 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer vierten Abwandlung zeigt. Eine Form 93 in der vierten Abwandlung hat, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die Form 93 in der oben dargestellten Ausführungsform und erbringt ähnliche Effekte. Die Form 93 in der vierten Abwandlung unterscheidet sich jedoch von der in der oben dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand.
Das heißt, es sind, wie unter Bezugnahme auf 12 zu sehen ist, eine Nut 14, die parallel zu der Bodenwand 11 verläuft, und eine Vielzahl von Nuten 15 ausgebildet, die von der Seite der Bodenwand 11 aus so zu der Seite der zweiten Seitenwand 12B hin verlaufen, dass sie die Nut 14 kreuzen. Die Nuten 15 haben einen Aufbau, der denen der Nuten 13 in der oben dargestellten Ausführungsform gleicht. Die Nut 14 hat einen Aufbau, der dem der Nut 13 in der oben beschriebenen zweiten Abwandlung gleicht. In der vierten Abwandlung sind die Nuten 13 in der oben dargestellten Ausführungsform und die Nut 13 in der zweiten Abwandlung kombiniert. Von den Wandflächen, die die Nut 14 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 14A. Von den Wandflächen, die die Nut 14 bilden, ist die Widerstand entgegensetzende Wand 14A der Seite der Bodenwand 11 zugewandt, während die Wandfläche, die der Widerstand entgegensetzenden Wand 14A gegenüberliegt, der Öffnungsseite der Form 93 zugewandt ist. Von den Wandflächen, die eine Nut 15 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 15A. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 sind die Widerstand entgegensetzenden Wände 14A und 15A ausgebildet, die die Wandflächen sind, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt sind, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt sind. Die Widerstand entgegensetzenden Wände 14A und 15A sind Wandflächen, die jeweils eine an der ersten Seitenwand 12A ausgebildete Vertiefung bilden.
Fünfte Abwandlung
13 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer fünften Abwandlung zeigt. Eine Form 93 in der fünften Abwandlung hat, wie unter Bezugnahme auf 13 zu sehen ist, im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die Form 93 in der oben dargestellten Ausführungsform und erbringt ähnliche Effekte. Die Form 93 in der fünften Abwandlung unterscheidet sich jedoch von der in der oben dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand.
Das heißt, es sind, wie unter Bezugnahme auf 13 zu sehen ist, eine Vielzahl von Vertiefungen 16 an der ersten Seitenwand 12A ausgebildet. Eine Vertiefung 16 wird durch eine kreisförmige Bodenwand und eine Umfangswand gebildet, die eine mit der Bodenwand verbundene zylindrische Fläche ist. Von der Umfangswand, die die Vertiefung 16 bildet, ist ein Bereich, der in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass er der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 16A. Die Widerstand entgegensetzende Wand 16A ist eine obere Hälfte der Umfangswand, die die Vertiefung 16 bildet, an der der Bodenwand in der Richtung der Achse α gegenüberliegenden Seite. An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 sind die Widerstand entgegensetzenden Wände 16A ausgebildet, die jeweils die Wandfläche sind, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 16A ist eine Wandfläche, die eine an der ersten Seitenwand 12A ausgebildete Vertiefung bildet.
Sechste Abwandlung
14 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Form gemäß einer sechsten Abwandlung zeigt. Eine Form 93 in der sechsten Abwandlung hat, wie unter Bezugnahme auf 13 zu sehen ist, im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die Form 93 in der oben dargestellten Ausführungsform und erbringt ähnliche Effekte. Die Form 93 in der sechsten Abwandlung unterscheidet sich jedoch von der in der oben dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung der Widerstand entgegensetzenden Wand.
Das heißt, es ist, wie unter Bezugnahme auf 14 zu sehen ist, ein Steg 17 an der ersten Seitenwand 12A ausgebildet. Der Steg 17 erstreckt sich, spiralförmig ausgebildet, in der Umfangsrichtung der ersten Seitenwand 12A. Der Steg 17 nähert sich, spiralförmig ausgebildet, von der Seite der zweiten Seitenwand 12B aus in der Richtung der Drehung der Spindel 95 (Richtung des Pfeils β) der Seite der Bodenwand 11. Von den Wandflächen, die den Steg 17 bilden, ist die Wandfläche, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist, eine Widerstand entgegensetzende Wand 17A. Die Widerstand entgegensetzende Wand 17A ist von den Wandflächen, die den Steg 17 bilden, die Wand an der Seite der Bodenwand in der Richtung der Achse α (an der hinteren Seite in der Richtung der Drehung der Spindel 95). An der ersten Seitenwand 12A des Hohlraums 10 ist die Widerstand entgegensetzende Wand 17A ausgebildet, die die Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Richtung der Achse α der Spindel 95 so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand 11 zugewandt ist. Die Widerstand entgegensetzende Wand 17A nähert sich, spiralförmig ausgebildet, der Seite der Bodenwand 11 von der Seite der zweiten Seitenwand 12B in der Richtung der Drehung der Spindel 95 (mit dem Pfeil β angedeutete Richtung). Die Widerstand entgegensetzende Wand 17A ist eine Wandfläche, die einen an der ersten Seitenwand 12A ausgebildeten Vorsprung bildet.
Beispiele
Der Vorgang von dem Schritt S10 bis zu dem Schritt S50 in der oben dargestellten Ausführungsform wurde ausgeführt, um ein Prüfstück herzustellen, dass das Basis-Element und das Gleit-Element aufweist, die mittels Kammer-Reibschweißen verbunden wurden (Beispiel). Zu Vergleichszwecken wurde ein weiteres Prüfstück gefertigt, das in einem ähnlichen Vorgang hergestellt wurde, wobei jedoch eine Form eingesetzt wurde, die keine Widerstand entgegensetzende Wand aufwies (Vergleichsbeispiel). Die äußeren Erscheinungsbilder der Prüfstücke des Beispiels und des Vergleichsbeispiels wurden untersucht. Des Weiteren wurde Ultraschallprüfung des Verbindungsabschnitts zwischen dem Basis-Element und dem Gleit-Element an jedem der Prüfstücke durchgeführt.
15 ist eine Fotografie, die das äußere Erscheinungsbild eines Prüfstücks des Beispiels zeigt. 16 ist eine Fotografie, die einen Teil von 15 (Bereich, der dem Bereich XVI in 15 entspricht) in vergrößerter Ansicht zeigt. 17 ist eine Fotografie, die das äußere Erscheinungsbild eines Prüfstücks des Vergleichsbeispiels zeigt. Wie unter Bezugnahme auf 15 und 17 zu sehen ist, bestätigt sich, dass im Vergleich zu dem Prüfstück des Vergleichsbeispiels die Ausbildung des Grats bei dem Prüfstück des Beispiels eingeschränkt wurde. Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 16 zu sehen ist, ist bei dem Prüfstück des Beispiels ein Vorsprung ausgebildet worden, der der an der Form ausgebildeten Nut (Widerstand entgegensetzende Wand) entspricht. Damit wird bestätigt, dass durch Ausbilden der Nut (Widerstand entgegensetzende Wand) an der Form die Ausbildung des Grats eingeschränkt werden kann.
18 zeigt ein Ergebnis der an dem Prüfstück des Beispiels durchgeführten Ultraschallprüfung. 19 zeigt ein Ergebnis der an dem Prüfstück des Vergleichsbeispiels durchgeführten Ultraschallprüfung. Bei dem Prüfstück des Vergleichsbeispiels ist, wie unter Bezugnahme auf 19 zu sehen ist, ein unverbundener Bereich 40 in der Mitte und um sie herum ausgebildet. Im Unterschied dazu findet sich, wie unter Bezugnahme auf 18 zu sehen ist, in dem Prüfstück des Beispiels kein unverbundener Bereich. Es wird angenommen, dass bei dem Prüfstück des Beispiels die zu dem Grat abgeleitete Reibungswärme reduziert worden ist und damit die Reibungswärme, die zu dem Verbinden beitragen sollte, in einem großen Maß in der Nähe der Kontaktfläche verblieben ist, so dass Ausbildung eines unverbundenen Bereiches vermieden worden ist.
Die oben beschriebenen Prüfungsergebnisse bestätigen, dass es mit dem Verfahren zum Herstellen eines Metallteils und der Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils der vorliegenden Erfindung möglich ist, ein Metallteil herzustellen, das aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente aufweist, die direkt fest miteinander verbunden sind.
Es sollte klar sein, dass die hier offenbarten Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dienen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorgaben der Ansprüche und nicht durch die oben stehende Beschreibung definiert und er soll jegliche Abwandlungen und Verbesserungen im Rahmen des Schutzumfangs und der Bedeutung äquivalent zu den Vorgaben der Ansprüche einschließen.
Industrielle Einsatzmöglichkeiten
Das Verfahren zum Herstellen eines Metallteils und die Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils gemäß der vorliegenden Erfindung können besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines Metallteils eingesetzt werden, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente direkt miteinander verbunden sind.
Beschreibung der Bezugszeichen
1: Kolbenschuh; 1A: Fläche; 2: Basis-Teilabschnitt; 3: Gleit-Teilabschnitt; 4: Basis-Element; 4A: Kontaktfläche des Basis-Elementes; 4B: Scheiben-Abschnitt; 4C: zylindrischer Abschnitt; 5: Gleit-Element; 5A: Kontaktfläche des Gleit-Elementes; 9: Vorrichtung zum Kammer-Reibschweißen; 10: Hohlraum; 11: Bodenwand; 12A: erste Seitenwand; 12B: zweite Seitenwand; 13: Nut; 13A: Widerstand entgegensetzende Wand; 14: Nut; 14A: Widerstand entgegensetzende Wand; 15: Nut; 15A: Widerstand entgegensetzende Wand; 16: Vertiefung; 16A: Widerstand entgegensetzende Wand; 17: Steg; 17A: Widerstand entgegensetzende Wand; 21: kugelförmiger Abschnitt; 21A: flacher Teil; 22: Scheiben-Abschnitt; 23: Verbindungsfläche des Basis-Teilabschnitts; 24 Verbindungsbereich des Basis-Teilabschnitts; 29: Mittelloch; 29A: erster Bereich; 29B: zweiter Bereich; 29C: dritter Bereich; 29D: vierter Bereich; 31: Gleitfläche; 31A: Nut; 32: Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts; 34: Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts; 40: unverbundener Bereich; 90: Rahmen; 90A: Welle; 90B: Spindel-Bewegungsmotor; 90C: Spindel-Trageabschnitt; 91: Basis-Körper; 92: Form-Halter; 92A: Form-Halteabschnitt; 93: Form; 94: Spannkopf; 95: Spindel; 95B: Spindel-Motor; 96: Lastsensor; 97: Antriebs-Abschnitt; 98: Basis-Abschnitt; und 99: Teil.

Claims

Vorrichtung (9) zum Herstellen eines Metallteils (1) mittels Kammer-Reibschweißen, mit der ein Metallteil (1) hergestellt wird, indem ein aus einem ersten Metall bestehendes erstes Element (2, 4) und ein aus einem zweiten Metall bestehendes zweites Element (3, 5) verbunden werden, wobei die Vorrichtung (9) umfasst: eine Spindel (95); einen Basis-Abschnitt (98), der von der Spindel (95) in einer axialen Richtung beabstandet angeordnet ist; sowie einen Antriebs-Abschnitt (97), der so ausgeführt ist, dass er die Spindel (95) oder/und den Basisabschnitt (98) in der axialen Richtung der Spindel (95) antreibt; wobei die Spindel (95) oder der Basis-Abschnitt (98) einen ersten Halte-Abschnitt (94) zum Halten des ersten Elementes (2, 4) enthält, und an dem anderen Teil eine Form (93) angeordnet ist, in der das zweite Element (3, 5) so gehalten wird, dass es dem ersten Halte-Abschnitt (94) gegenüberliegt, und die Form (93) aus zwei Teilen (99,99) besteht, in die sie getrennt werden kann, eine Bodenwand (11), die eine plane Fläche ist, sowie eine Seitenwand (12A) enthält, die sich von der Bodenwand (11) aus in einer Richtung erstreckt, die die Bodenwand (11) schneidet, und an der Seitenwand (12A) eine Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) ausgebildet ist, wobei die Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) eine Wandfläche ist, die in Bezug auf eine Ebene parallel zu der axialen Richtung der Spindel (95) so geneigt ist, dass sie der Seite der Bodenwand (11) zugewandt ist, und wobei sich die Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) so erstreckt, dass sie sich der Bodenwand (11) in Richtung der Drehung der Spindel (95) nähert.
Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils nach Anspruch 1, wobei die Widerstand entgegensetzende Wand (13A, 14A, 15A, 16A, 17A) eine Wandfläche ist, die eine Vertiefung (13, 14, 15, 16) oder einen Vorsprung (17) bildet, die/der an der Seitenwand (12A) ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines Metallteils nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei an der Spindel (95) oder/und dem Basis-Abschnitt (98) ein Lastsensor (96) installiert ist, mit dem eine Kontaktlast zwischen dem ersten Element (2, 4) und dem zweiten Element (3, 5) erfasst wird.