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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Reibrührfügeverfahren zum Zusammenfügen von
metallischen Teilen, wie Teilen aus Aluminium oder dessen Legierung,
die aneinander stoßen,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 (siehe zum Beispiel JP-A-10/249 553). Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Reibrührfügeverfahren zur Verwendung
bei der Herstellung zum Beispiel von zugeschnittenen Rohteilen,
Aufhängungsarmteilen
oder Motorbefestigungsteilen für
Kraftfahrzeuge, Karosseriepaneelen für Schienenfahrzeuge und/oder
Wasserfahrzeuge, und elektromechanischen Teilen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
Reibrührfügeverfahren
gehört
zu einer Kategorie eines Festphasenfügeverfahrens. Das Reibrührfügeverfahren
hat solche Vorteile, dass es bei verschiedenen metallischen Fügeteilen
unabhängig
von den Werkstoffen angewendet werden kann, und diese Fügeteile
werden durch thermische Beanspruchung während des Zusammenfügens stark
verformt. Daher wurde in den letzten Jahren das Verfahren zum Zusammenfügen verschiedener
Strukturteile verwendet.
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5A zeigt
zwei Stücke
von plattenartigen metallischen Fügeteilen, die aneinandergelegt
sind, um mittels eines Reibfügeverfahrens
verbunden zu werden.
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In 5A bezeichnet
das Bezugszeichen „51" ein dickeres plattenförmiges erstes
metallisches Fügeteil
und „52" ein dünneres plattenförmiges zweites
metallisches Fügeteil.
Diese Fügeteile 51 und 52 sind
derart angeordnet, dass deren seitliche Seitenflächen mit deren unteren Flächen zueinander
fluchtend aneinander stoßen.
Daher wird an deren oberen Flächenseiten
eine Höhendifferenz
entsprechend deren Dickendifferenz gebildet. Das Bezugszeichen „55" bezeichnet einen
aneinander stoßenden
Abschnitt der Fügeteile 51 und 52.
Das Bezugszeichen „54" bezeichnet einen
gestuften Abschnitt, der an dem aneinander stoßenden Abschnitt 55 an
den oberen Flächenseiten
der Verbindungsteile 51 und 52 ausgebildet ist.
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In 5B bezeichnet
der Bezugsbuchstabe „A'" eine Fügevorrichtung zum Ausführen einer
Stoßfügung. Diese
Fügevorrichtung
A' ist mit einer
Fügeunterlage 80 (siehe 5A),
einem Fügewerkzeug 60 zum
Ausführen
eines Reibrührfügung, und einem
Hebewerk 70 versehen.
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Die
Fügeunterlage 80 ist
derart angeordnet, dass deren obere Fläche 81 horizontal
angeordnet ist. An dieser oberen Fläche 81 sind beide
der zuvor genannten Fügeteile 51 und 52 mit
ihren oberen Flächen
nach oben gerichtet platziert. Bei diesen Fügeteilen 51 und 52 entspricht
das erste Fügeteil 51 einem
Fügeteil
mit einem höheren
oberen Flächenniveau
von dessen Flächenseite
gesehen, und das zweite Fügeteil 52 entspricht
einem Fügeteil
mit einem niedrigeren Flächenniveau
von dessen Flächenseite
gesehen.
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Das
Hebewerk 70 ist über
den Fügeteilen 51 und 52 angeordnet
und zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet.
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Das
Fügewerkzeug 60,
das eine Drehachse Q' hat,
ist mit einem säulenartigen
Rotor 61, der einen großen Durchmesser hat und um
die Drehachse Q' ausgebildet
ist, und einer zapfenartigen Sonde 62 versehen, die einen
kleineren Durchmesser hat und von dem Drehmittelabschnitt der Endfläche 61a des Rotors 61 entlang
der Drehachse Q' einstückig vorsteht.
Dieses Fügewerkzeug 60 ist
mit einer Drehantriebsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Drehen des
Rotors 61 und der Sonde 62 um die Drehachse Q' ausgestattet. Bei
dem Fügewerkzeug 60 ist
der Umfangsrand der Endfläche 61a des
Rotors 61 in der Ebene senkrecht zu der Drehachse Q' platziert. Wie in 5B gezeigt,
ist die Endfläche 61a des
Rotors 61 zu einer flachen Fläche senkrecht zu der Drehachse
Q' geformt.
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Im übrigen wird
in Fällen,
wo beide der aneinander stoßenden
Fügeteile 51 und 52 in
einem Zustand verbunden sind, in dem der gestufte Abschnitt 54 an
dessen oberen Flächen
ausgebildet ist, eine Spannungskonzentration in dem gestuften Abschnitt 54 des
erlangten zusammengefügten
Abschnitts erzeugt, woraus eine verschlechterte Zuverlässigkeit
in der Festigkeit resultiert. Darüber hinaus verbreiten sich
während
des Fügevorgangs
manche Werkstoffe der Fügeteile 51 und 52,
die durch die Reibungswärme
erweicht werden, aus der Nähe
der Sonde 62, woraus Fügefehler
infolge von unzureichenden Werkstoffen resultieren.
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Die
japanische ungeprüfte
offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. 10.249553 offenbart ein Reibrührfügeverfahren, bei welchem das
aneinander stoßende
Fügeteil
in einem Zustand zusammengefügt
wird, in dem eine Drehachse einer Sonde eines Fügewerkzeugs um 10 Grad oder
weniger in Bezug auf die aneinander stoßenden Flächen der Fügeteile zu dem Fügeteil mit
einem niedrigeren oberen Flächenniveau
hin geneigt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Reibrührfügeverfahren
zu schaffen, welches günstigerweise
zum Zusammenfügen
zweier plattenartiger Fügeteile
verwendet wird, die derart aneinander stoßen, dass eine Höhendifferenz
an deren oberen Flächenseiten
gebildet wird.
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Es
ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Reibrührfügeverfahren
zu schaffen, welches die Fügevorgangseffizienz
der zuvor genannten aneinander stoßenden Fügeteile erhöht.
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Andere
Ziele der vorliegenden Erfindung sind aus den folgenden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
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Um
die zuvor genannten Ziele zu erreichen, ist ein Reibrührfügeverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Anspruch 1 definiert.
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Gemäß dem zuvor
genannten Reibrührfügeverfahren
kann durch Bewegen des Fügewerkzeugs in
der vertikalen Richtung nach unten die Sonde schnell in den aneinander
stoßenden
Abschnitt der Fügeteile
oder dessen Nähe
eingesetzt werden. Dies erhöht
die Einsetzgeschwindigkeit der Sonde, woraus eine erhöhte Fügevorgangseffizienz
resultiert.
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Es
ist bevorzugt, dass der Schritt des Einsetzens der Sonde in einem
Zustand durchgeführt
wird, in dem die Drehachse vertikal angeordnet ist. In diesem Zustand
kann die Sonde schneller eingesetzt werden. Dies erhöht weiter
die Sondeneinsetzgeschwindigkeit, woraus eine weiter erhöhte Fügevorgangseffizienz
resultiert. Ferner ist es im Vergleich zu dem Fall, wo das Fügewerkzeug
derart geneigt ist, dass die Sonde in den aneinander stoßenden Abschnitt
der Fügeteile
in einem geneigten Zustand eingesetzt werden kann, möglich, die
Neigung des Fügewerkzeugs
infolge des Einflusses der Schwerkraft zu verhindern, da die Drehachse
der Sonde vertikal angeordnet ist. Dementsprechend kann ein zusammengefügtes Teil
mit einem ausgezeichneten zusammengefügten Abschnitt erreicht werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass das Fügewerkzeug
an einem Hebewerk angebracht ist, das über den aneinander stoßenden Fügeteilen
angeordnet ist und zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet ist,
und dass der Schritt des Einsetzens der Sonde durch Absenken des
Hebewerks durchgeführt
wird. In diesem Falle kann das Einsetzen der Sonde mit hoher Effizienz
durch Verwendung des Hebewerks ohne Anbringen irgendeiner zusätzlichen
Vorrichtung zum Einsetzen der Sonde durchgeführt werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass das Fügewerkzeug
mit einem Rotor versehen ist, der einen Durchmesser hat, der größer als
ein Durchmesser der Sonde ist, die von einem Teil einer Endfläche des
Rotors vorsteht, wobei der Rotor geeignet ist, um die Drehachse
zu drehen, und dass der Schritt des Bewegens der Sonde relativ zu
den Fügeteilen
in einem Zustand durchgeführt
wird, in dem die Endfläche
des Rotors, der um die Drehachse dreht, einen Schulterabschnitt eines
der Fügeteile
andrückt,
das ein höheres
oberes Flächenniveau
hat, das an dem aneinander stoßenden
Abschnitt ausgebildet ist. In diesem Falle wird, da die Endfläche des
Rotors den Schulterabschnitt eines der Fügeteile mit einem höheren oberen
Flächenniveau
andrückt,
das an dem aneinander stoßenden
Abschnitt ausgebildet ist, der Schulterabschnitt infolge der Druckkraft
zu einer geneigten Fläche
plastisch verformt. Demzufolge kann die Spannungskonzentration,
welche an dem gestuften Abschnitt erzeugt werden kann, reduziert
werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die Endfläche des
Rotors vertikal den Schulterabschnitt andrückt. In diesem Falle kann der
Schulterabschnitt schnell plastisch verformt werden, woraus eine
erhöhte
Fügevorgangseffizienz
resultiert.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass das Fügewerkzeug
mit einem Hebewerk ausgestattet ist, das über den Fügeteilen angeordnet ist und
zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet ist, und dass die Endfläche des
Rotors den Schulterabschnitt durch Absenken des Hebewerks andrückt. In
diesem Falle kann das Andrücken
des Schulterabschnitts mit hoher Effizienz durch Verwendung des
Hebewerks ohne Anbringen irgendeiner Vorrichtung zum Andrücken des
Schulterabschnitts durchgeführt
werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die Fügeteile derart
angeordnet sind, dass sie von 3° bis
45° zu einer horizontalen
Ebene geneigt sind. Wenn der Winkel zu einer horizontalen Ebene
geringer als 3° ist,
ist es schwierig, den Schulterabschnitt eines der Fügeteile
mit einem höheren
Flächenniveau
zu verformen. Andererseits gelangt, wenn der Winkel 45° übersteigt,
der Rand des Rotors in Kontakt mit der Fläche des anderen der Fügeteile
mit einem niedrigeren Flächenniveau,
welches das Einsetzen der Sonde in den aneinander stoßenden Abschnitt
oder dessen Nähe verhindern
kann. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Fügeteile
derart angeordnet sind, dass sie von 3° bis 45° zu einer horizontalen Ebene,
bevorzugter von 5° bis
10° zu einer
horizontalen Ebene geneigt ist.
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Ferner
ist es bevorzugt, ein Gestell zu schaffen, das eine obere Fläche aufweist,
die zu einer horizontalen Ebene geneigt ist, und die Fügeteile
sind an der geneigten oberen Fläche
des Gestells angeordnet, um dadurch zu einer horizontalen Ebene
geneigt zu werden. Dies verbessert die geneigte Anordnung der Fügeteile.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die Sonde mit einer Drehzahl von 1000 U/min
bis 3000 U/min gedreht wird.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass eines der Fügeteile mit einem höheren oberen
Flächenniveau
dicker als das andere der Fügeteile
mit einem niedrigeren oberen Flächenniveau
ist, wobei das eine der Fügeteile
mit einem höheren
oberen Flächenniveau
und das andere der Fügeteile
mit einem niedrigeren oberen Flächenniveau
mit deren Bodenflächen
zueinander fluchtend aneinander gestoßen werden.
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Andere
Ziele und die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung ist gründlicher
beschrieben und aus der folgenden Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen
betrachtet besser verständlich,
in welchen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Reibfügeverfahren gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 aus 1 betrachtet;
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2B ist
eine Querschnittsansicht, die ein zusammengefügtes Teil entsprechend der
Querschnittsansicht aus 2A zeigt;
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3A ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Reibfügeverfahren gemäß einem
Vergleichsbeispiel zeigt;
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3B ist
eine Querschnittsansicht eines zusammengefügten Teils, das durch das in 3A gezeigte
Reibfügeverfahren
erlangt wird;
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4 ist
ein Diagramm, das die Relation zwischen einer Sondeneinsetzgeschwindigkeit
und einer Drehzahl eines Fügewerkzeugs
und zwischen einer Fügegeschwindigkeit
und einer Drehzahl eines Fügewerkzeugs
zeigt;
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5A ist
eine Querschnittsansicht, die Fügeteile
zeigt, die an einer Fügeunterlage
mit ihren Seitenflächen
aneinander stoßend
platziert sind; und
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5B ist
eine schematische Seitenansicht eines Fügewerkzeugs.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Als
nächstes
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Zeichnungen erläutert.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen „1" ein erstes Fügeteil in
der Form einer verlängerten
dicken Platte, und „2" ein zweites Fügeteil in
der Form einer verlängerten
dünnen
Platte. Beide dieser Fügeteile 1 und 2 sind
aus Aluminium oder dessen Legierung hergestellt.
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Jedes
der Fügeteile 1 und 2 weist
eine Längsseitenfläche auf,
die aneinander zu stoßen
ist. Die Seitenfläche
ist senkrecht zu der oberen und unteren Fläche der Fügeteile 1 und 2,
wie in 2A gezeigt ist. Diese Fügeteile 1 und 2 stoßen an ihren
Seitenflächen
derart aneinander, dass deren untere Flächen zueinander fluchten. Daher
ist die Höhendifferenz
entsprechend der Dickendifferenz der Fügeteile 1 und 2 an
deren oberen Flächenseiten
ausgebildet. Das Bezugszeichen „5" bezeichnet einen
aneinander stoßenden
Abschnitt der Fügeteile 1 und 2.
Das Bezugszeichen „4" bezeichnet einen
gestuften Abschnitt, der an den aneinander stoßenden Abschnitt 5 ausgebildet
ist.
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In 2A bezeichnet „A" eine Fügevorrichtung
zum Durchführen
einer Stoßfügung. Diese
Fügevorrichtung
A ist aus einer Fügeunterlage 30,
einem Fügewerkzeug 10 zum
Reibrührfügen und
einem Hebewerk 20 zusammengesetzt.
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Die
Fügeunterlage 30 ist
derart angeordnet, dass deren obere Fläche P horizontale angeordnet ist.
An der oberen Fläche
P ist ein Gestell 7 mit einer im Querschnitt dreieckigen
Form platziert. Dieses Gestell 7 weist eine Montagefläche 7a auf,
die zu einer horizontalen Ebene geneigt ist. An der Montagefläche 7a sind
die beiden Fügeteile 1 und 2 mit
dem dünneren
zweiten Fügeteil 2 höher als
das dickere erste Fügeteil 1 positioniert
angeordnet. Daher sind die beiden Fügeteile 1 und 2 zu
einer horizontalen Ebene geneigt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die beiden Fügeteile 1 und 2 derart
angeordnet sind, dass sie von 3° bis
45° zu einer
horizontalen Ebene, bevorzugter von 5° bis 10° geneigt sind. In 2A bezeichnet „θ„ einen
Neigungswinkel der Fügeteile 1 und 2 zu
einer horizontalen Ebene. In 1 bezeichnet „T" eine vertikale Ebene,
die sich entlang des aneinander stoßenden Abschnitts 5 der Fügeteile 1 und 2 erstreckt.
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Das
Fügewerkzeug 10 hat
eine Drehachse Q und ist mit einem säulenartigen Rotor 11 größeren Durchmessers
und einer zapfenartigen Sonde 12 kleineren Durchmessers
versehen, die sich einstückig
von der Mitte der Endfläche 11a des
Rotors 11 entlang der Drehachse Q erstreckt. Dieses Fügewerkzeug 10 ist
mit einer Drehantriebsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Drehen des
Rotors 11 und der Sonde 12 um die Drehachse Q
ausgestattet. Daher drehen sich der Rotor 11 und die Sonde 12 in Übereinstimmung
mit dem Betrieb der Drehantriebsvorrichtung. Bei diesem Fügewerkzeug 10 ist
der Umfangsrand der Endfläche 11a des
Rotors 11 in der Ebene senkrecht zu der Drehachse Q, und
die Endfläche 11a des
Rotors 11 ist zu einer flachen Fläche senkrecht zu der Drehachse
Q ausgebildet.
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Der
Rotor 11 und die Sonde 12 sind aus wärmebeständigen Werkstoffen
hergestellt, welche härter
als die Werkstoffe der beiden Fügeteile 1 und 2 sind
und der während
des Fügens
erzeugten Reibungswärme
standhalten können.
An der Außenfläche der
Sonde 12 sind Vorsprünge
(nicht gezeigt) zum Rühren
der Werkstoffe der Fügeteile 1 und 2 vorgesehen,
die durch die Reibungswärme
erweicht werden.
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Das
Hebewerk 20 ist zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet
und ist über
den Fügeteilen 1 und 2 angeordnet.
Das zuvor genannte Fügewerkzeug 10 ist
an dem Hebewerk 20 derart angebracht, dass die Drehachse
Q des Fügewerkzeugs vertikal
angeordnet ist. Daher ist die Endfläche 11a des Rotors 11 des
Fügewerkzeugs 10 horizontal
angeordnet. Daher werden in Übereinstimmung
mit der Bewegung des Hebewerks 20 nach unten der Rotor 11 und
die Sonde 12 des Fügewerkzeugs 10 vertikal nach
unten bewegt (d.h. in der Richtung der Drehachse Q).
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Dementsprechend
wird die Endfläche 11a des
Rotors 11 vertikal nach unten bewegt, während der horizontale Zustand
beibehalten wird.
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Als
nächstes
werden die Schritte zum Zusammenfügen der Fügeteile 1 und 2 erläutert.
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Zuerst
werden der Rotor 11 und die Sonde 12 des Fügewerkzeugs 10 über dem
aneinander stoßenden
Abschnitt 5 der Fügeteile 1 und 2 derart
angeordnet, dass die Drehachse Q des Fügewerkzeugs 10 parallel
zu der vertikalen Ebene T ist, die sich entlang des aneinander stoßenden Abschnitts 5 erstreckt.
Bei dieser Ausführungsform
sind der Rotor 11 und die Sonde 12 derart angeordnet,
dass deren Drehachse Q vertikal angeordnet ist. Anschließend werden
der Rotor 11 und die Sonde 12 integral angetrieben,
damit sie um die Drehachse Q gedreht werden können. Durch Absenken des Hebewerks 20 bewegen
sich der Rotor 11 und die Sonde 12 vertikal nach
unten, d.h. in der Richtung der Drehachse Q. Daher wird die Sonde 12 in
den aneinander stoßenden
Abschnitt 5 der Fügeteile 1 und 2 von
deren oberen Flächenseiten
eingesetzt, und die Endfläche 11a des
Rotors 11 drückt
vertikal einen Schulterabschnitt 1a an, der von dem aneinander
stoßenden
Abschnitt 5 des ersten Fügeteils 1 vorsteht.
Zu diesem Zeitpunkt kann, da die Drehachse Q des Fügewerkzeugs 10 vertikal
angeordnet ist, die Sonde 12 leicht eingesetzt werden.
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Infolge
der Reibungswärme,
die in Übereinstimmung
mit der Drehung der Sonde 12 erzeugt wird, und der Reibungswärme, die
durch den gegenseitigen Kontakt zwischen der Endfläche 11a des
Rotors 11 und dem Schulterabschnitt 1a des ersten
Fügeteils 1 erzeugt
wird, werden der Abschnitt der Fügeteile 1 und 2,
in dem die Sonde eingesetzt ist, und jener rundherum erweicht, und
der Schulterabschnitt 1a wird zu einer geneigten Fläche plastisch
verformt, indem er durch die Endfläche 11a des Rotors 11 angedrückt wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist, wie in 2A gezeigt
ist, die Endfläche 11a des
Rotors 11 horizontal angeordnet, und die Druckkraft der
Endfläche 11a gegen
den Schulterabschnitt 1a wird auf die Endfläche 11a senkrecht
ausgeübt.
Dies ermöglicht
eine schnelle plastische Verformung des Schulterabschnitts 1a.
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In
dieser Weise wird, während
sich der Schulterabschnitt 1a plastisch verformt, die Sonde 12 entlang
des aneinander stoßenden
Abschnitts 5 in einen Zustand bewegt, in dem die Sonde 12 in
den aneinander stoßenden
Abschnitt 5 mit der Endfläche 11a des Rotors 11 gegen
den Schulterabschnitt 1a drückend eingesetzt ist.
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In Übereinstimmung
mit der Vorrückbewegung
der Sonde 12 werden die Werkstoffe der Fügeteile 1 und 2,
die durch die Drehbewegung der Sonde 12 erweicht und gerührt werden,
plastisch fluidisiert, damit sie um die Sonde 12 herum
gelangen, um eine Nut aufzufüllen,
die hinter der vorrückenden
Sonde 12 ausgebildet ist. Dann werden die erweichten und gerührten Werkstoffe
durch den sofortigen Verlust der Reibungswärme abgekühlt und verfestigt. Diese Erscheinung
wird mit der Vorrückbewegung
der Sonde 12 wiederholt, welches eine Reibrührfügung des aneinander
stoßenden
Abschnitts 5 der Fügeteile 1 und 2 entlang
deren gesamter Länge
ermöglicht.
Somit wird das wie in 2B gezeigte, vorbestimmte zusammengefügte Teil
erlangt. In 2B bezeichnet „W" einen zusammengefügten Abschnitt,
der an dem aneinander stoßenden
Abschnitt 5 der Fügeteile 1 und 2 ausgebildet
ist.
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Da
das zusammengefügte
Teil eine plastisch verformte Schrägfläche an dem Schulterabschnitt 1a des
ersten Fügeteils 1 aufweist,
wird die Spannungskonzentration reduziert, welche mit einem gestuften Abschnitt
erzeugt werden kann, woraus eine außerordentliche Zuverlässigkeit
in der Festigkeit resultiert. Daher würde, selbst wenn das zusammengefügte Teil
verschiedenen Vorgängen,
wie Biegevorgängen, Pressformvorgängen und
Schneidvorgängen,
ausgesetzt wäre,
das zusammengefügte
Teil keinerlei Mängel,
wie unerwartete Brüche
oder Verformungen, verursachen. Daher ist das zusammengefügte Teil
ausgezeichnet in der Verarbeitbarkeit.
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Ferner
können
gemäß diesem
Fügeverfahren,
wie oben erwähnt
ist, da ein schnelles Einsetzen der Sonde 12 und eine schnelle
plastische Verformung des Schulterabschnitts 1a des ersten
Fügeteils 1 durchgeführt werden
können,
die Einsetzgeschwindigkeit der Sonde 12 und die Fügegeschwindigkeit der
Fügeteile
erhöht
werden, woraus eine erhöhte Fügevorgangseffizienz
resultiert.
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Ferner
bewirkt bei diesem Fügeverfahren
die Absenkbewegung des Hebewerks 20, das an der Fügevorrichtung
A vorgesehen ist, ein Einsetzen der Sonde 12 in den aneinander
stoßenden
Abschnitt 5 der Fügeteile 1 und 2,
und gibt die Schubkraft zum Drücken
des Schulterabschnitts 1a an die Endfläche 11a des Rotors 11 ab.
Dementsprechend ist es vorteilhaft, dass es keinen Bedarf zum Anbringen
irgendeiner zusätzlichen
Vorrichtung an das Fügewerkzeug 10 zum
Einsetzen der Sonde 12 oder Abgeben der Schubkraft an die
Endfläche 11a des
Rotors 11 gibt.
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Obwohl
das Reibrührfügeverfahren
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung oben erläutert ist, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und
kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden.
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Zum
Beispiel kann bei der zuvor genannten Ausführungsform, obwohl die Endfläche 11a des
Rotors 11 des Fügewerkzeugs 10 zu
einer flachen Fläche
senkrecht zu der Drehachse Q ausgebildet ist, die Endfläche 11a des
Rotors 11 zu einer konkaven Fläche ausgebildet sein, welche
sich von dem äußeren Umfangsrand
zu dem Drehmittelabschnitt hin nach innen krümmt.
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Darüber hinaus
wird bei der zuvor genannten Ausführungsform die Sonde 12 entlang
des aneinander stoßenden
Abschnitts 5 bewegt, um die aneinander stoßenden Fügeteile 1 und 2 zusammenzufügen. Alternativ
können
bei der vorliegenden Erfindung anstelle der Bewegung der Sonde 12 die
beiden Fügeteile 1 und 2 derart
bewegt werden, dass der aneinander stoßende Abschnitt 5 die
Sonde 12 passiert.
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Als
nächstes
werden Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Ein
plattenartiges Aluminiumlegierungsteil (Werkstoffe: JIS A5052-0,
Größe: 200
mm Länge × 100 mm
Breite × 2
mm Dicke) wurde als ein erstes Fügeteil
vorbereitet, und ein plattenartiges Aluminiumlegierungsteil (Werkstoff:
JIS A5052-0, Größe: 200
mm Länge × 100 mm
Breite × 1
mm Dicke) wurde als ein zweites Fügeteil vorbereitet.
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Ein
Fügewerkzeug,
das mit einem Rotor mit einer Endfläche eines Außenumfangsdurchmessers φ von 5 mm
und einer Sonde mit einem Außendurchmesser φ von 1,5
mm ausgestattet ist, wurde ebenfalls vorbereitet.
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Das
erste und zweite Fügeteil
wurden in einem Zustand zusammengefügt, in dem beide von ihnen
entsprechend dem in der zuvor genannten Ausführungsform erläuterten
Fügeverfahren
aneinander gestoßen
wurden. Der Neigungswinkel der Fügeteile zu
einer horizontalen Ebene war 10°.
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<Vergleichsbeispiel>
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Das
erste und zweite Fügeteil 51 und 52 wurden
gemäß dem unten
erwähnten
Fügeverfahren
zusammengefügt.
Wie in 3A gezeigt, wurden die Fügeteile 51 und 52 auf
einer horizontalen Ebene 81 mit deren Seitenflächen aneinander
anstoßend
angeordnet, und das Fügewerkzeug 60 wurde über dem
aneinander stoßenden
Abschnitt 55 der Fügeteile 51 und 52 derart
angeordnet, dass die Drehachse Q' in
dem Winkel θ' zu der vertikalen
Ebene T' geneigt
war, die sich entlang des aneinander stoßenden Abschnitts 55 erstreckt.
Der Neigungswinkel θ' war 10°. Dann wurde
die Sonde 62 in den aneinander stoßenden Abschnitt 55 der
Fügeteile 51 und 52 in
dem geneigten Zustand eingesetzt, und die Endfläche 61a des Rotors 61 drückte den
Schulterabschnitt 51a eines der Fügeteile 51 mit einem
höheren
oberen Flächenniveau,
das an dem aneinander stoßenden
Abschnitt 55 ausgebildet ist. Während des Aufrechterhaltens
des geneigten Zustands des Fügewerkzeugs 60 wurde
die Sonde 62 entlang der gesamten Länge des aneinander stoßenden Abschnitts 55 vorgerückt.
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Das
zuvor genannte erfinderische Beispiel und das Vergleichsbeispiel
wurden verglichen. Im Einzelnen wurden die Grenze der Einsetzgeschwindigkeit
der Sonde und jene der Fügegeschwindigkeit der
Fügeteile
durch Änderung
der Drehzahl des Rotors und jener der Sonde innerhalb des Bereichs
von 1000 U/min und 3000 U/min untersucht. Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt.
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In
4 bezeichnen „Δ" und „o" die Einsetzgeschwindigkeit
der Sonde bzw. die Fügegeschwindigkeit
des erfinderischen Beispiels. „
" und „•" bezeichnen die Einsetzgeschwindigkeit
der Sonde bzw. die Fügegeschwindigkeit
des Vergleichsbeispiels.
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Wie
aus den in
4 gezeigten Daten bezüglich der
Einsetzgeschwindigkeit der Sonde (siehe „Δ" und „
") zu verstehen ist,
sagt der Vergleich des erfinderischen Beispiels und des Vergleichsbeispiels aus,
dass es möglich
ist, die Einsetzgeschwindigkeit der Sonde bei dem erfinderischen
Beispiel gegenüber
jener bei dem Vergleichsbeispiel um 1,3 mal oder mehr zu erhöhen. Bezüglich der
Fügegeschwindigkeit
(siehe „o" und „•") sagt der Vergleich
des erfinderischen Beispiels und des Vergleichsbeispiels aus, dass
es möglich
ist, die Fügegeschwindigkeit
bei dem erfinderischen Beispiel gegenüber jener bei dem Vergleichsbeispiel
um 1,5 mal oder mehr zu erhöhen.
Dementsprechend wird es bestätigt,
dass die vorliegende Erfindung die Einsetzgeschwindigkeit der Sonde
und die Fügegeschwindigkeit
im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel beachtlich erhöhen kann. In
anderen Worten ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die Fügevorgangseffizienz
beachtlich zu erhöhen.
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Andererseits
wurden ein plattenartiges Aluminiumlegierungsteil als ein erstes
Fügeteil
und ein plattenartiges Aluminiumlegierungsteil als ein zweites Fügeteil vorbereitet.
Die Differenz der Dicke oder die Niveaudifferenz war 2 mm. In Übereinstimmung mit
dem bei der bevorzugten Ausführungsform
erwähnten
Fügeverfahren
wurden die Grenze der Einsetzgeschwindigkeit der Sonde und jene
der Fügegeschwindigkeit
durch Änderung
des Neigungswinkels der Fügeteile
zu einer horizontalen Ebene unter der Bedingung untersucht, dass
die Drehzahl des Rotors und der Sonde bei 2000 U/min konstant gehalten wird.
Infolgedessen sagt in dem Falle, wo der Neigungswinkel in den Bereich
von 3° bis
45° fällt, die Untersuchung
aus, dass die Sondeneinsetzgeschwindigkeit um 1,3 mal oder mehr
erhöht
werden kann und die Fügegeschwindigkeit
um 1,5 mal oder mehr erhöht
werden kann. Daher wird es bestätigt, dass
die Sondeneinsetzgeschwindigkeit und die Fügegeschwindigkeit beachtlich
erhöht
werden können, in
anderen Worten kann die Fügevorgangseffizienz beachtlich
erhöht
werden, wenn der Neigungswinkel in den Bereich von 3° bis 45° fällt. Ebenso
wird bestätigt,
dass der bevorzugte Neigungswinkel in den Bereich von 5° bis 10° fällt.
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Gemäß dem Reibrührfügeverfahren
der vorliegenden Erfindung können
die Einsetzgeschwindigkeit der Sonde und die Fügegeschwindigkeit beachtlich
erhöht
werden, woraus eine erhöhte
Fügevorgangseffizienz
resultiert.
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Ferner
kann in Fällen,
wo das Fügewerkzeug an
einem Hebewerk angebracht ist, das über den Fügeteilen angeordnet ist und
zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet ist, und der Schritt
des Einsetzens der Sonde durch Absenken des Hebewerks durchgeführt wird,
das Einsetzen der Sonde mit hoher Effizienz durch Verwenden des
Hebewerks ohne Anfertigung irgendeiner zusätzlichen Vorrichtung zum Einsetzen
der Sonde durchgeführt
werden. Dies erhöht
ebenfalls die wirksame Verwendung des Fügewerkzeugs.
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Ferner
kann in Fällen,
wo das Fügewerkzeug an
einem Hebewerk angebracht ist, das über den Fügeteilen angeordnet ist und
zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet ist, und die Endfläche des Rotors
den Schulterabschnitt eines der Fügeteile mit einem höheren oberen
Flächenniveau,
das an dem aneinander stoßenden
Abschnitt ausgebildet ist, durch Absenken des Hebewerks andrückt, das
Andrücken
des Schulterabschnitts mit hoher Effizienz ohne Anfertigung irgendeiner
zusätzlichen
Vorrichtung zum Andrücken
des Schulterabschnitts durchgeführt
werden. Dies erhöht
ebenfalls die wirksame Verwendung des Fügewerkzeugs.
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Die
Begriffe und Ausdrücke,
welche hierin angewendet wurden, sind verwendete Begriffe der Beschreibung
und nicht der Einschränkung,
und es ist keine Absicht, bei der Verwendung solcher Begriffe und
Ausdrücke
irgendwelche Äquivalente
der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, sondern
es wird zugegeben, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des
Bereichs der in den beigefügten
Ansprüchen
definierten Erfindung möglich
sind.