DE60108812T2

DE60108812T2 - Drehendes Reibungschweissverfahren

Info

Publication number: DE60108812T2
Application number: DE60108812T
Authority: DE
Inventors: Shigetoshi Jogan
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: EP1166946B1; US20020000461A1; DE60108812D1; EP1166946A1; US6585147B2; JP4467723B2; JP2002011583A

Description

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.
Beschreibung des Standes der Technik
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.
5A zeigt zwei Stücke von plattenartigen metallischen Fügeteilen, die aneinandergelegt sind, um mittels eines Reibfügeverfahrens verbunden zu werden.
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.
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.
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.
Das Hebewerk 70 ist über den Fügeteilen 51 und 52 angeordnet und zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Reibrührfügeverfahren zu schaffen, welches die Fügevorgangseffizienz der zuvor genannten aneinander stoßenden Fügeteile erhöht.
Andere Ziele der vorliegenden Erfindung sind aus den folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, ist ein Reibrührfügeverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Anspruch 1 definiert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Sonde mit einer Drehzahl von 1000 U/min bis 3000 U/min gedreht wird.
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.
Andere Ziele und die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist gründlicher beschrieben und aus der folgenden Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet besser verständlich, in welchen:
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Reibfügeverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 aus 1 betrachtet;
2B ist eine Querschnittsansicht, die ein zusammengefügtes Teil entsprechend der Querschnittsansicht aus 2A zeigt;
3A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Reibfügeverfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
3B ist eine Querschnittsansicht eines zusammengefügten Teils, das durch das in 3A gezeigte Reibfügeverfahren erlangt wird;
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;
5A ist eine Querschnittsansicht, die Fügeteile zeigt, die an einer Fügeunterlage mit ihren Seitenflächen aneinander stoßend platziert sind; und
5B ist eine schematische Seitenansicht eines Fügewerkzeugs.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Als nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Zeichnungen erläutert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
Dementsprechend wird die Endfläche 11a des Rotors 11 vertikal nach unten bewegt, während der horizontale Zustand beibehalten wird.
Als nächstes werden die Schritte zum Zusammenfügen der Fügeteile 1 und 2 erläutert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Als nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.
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.
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.
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°.
<Vergleichsbeispiel>
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß dem Reibrührfügeverfahren der vorliegenden Erfindung können die Einsetzgeschwindigkeit der Sonde und die Fügegeschwindigkeit beachtlich erhöht werden, woraus eine erhöhte Fügevorgangseffizienz resultiert.
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.
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.
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.

Claims

Reibrührfügeverfahren des Zusammenfügens zweier plattenartiger Fügeteile (1, 2), mit den folgenden Schritten: Aneinanderstoßen der beiden Teile (1, 2) mit einer Höhendifferenz, die an deren oberen Flächenseiten ausgebildet ist, Verwenden eines Fügewerkzeugs (10) mit einer Sonde (12), die um dessen Drehachse (Q) drehbar ist, und Bewegen der Sonde (12) relativ zu den aneinander stoßenden Fügeteilen (1, 2) entlang eines aneinander stoßenden Abschnitts (5) der Fügeteile (1, 2) mit der in den aneinander stoßenden Abschnitt (5) oder dessen Nähe eingesetzten Sonde (12), dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Bewegens der Sonde (12) das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Anordnen der aneinander stoßenden Fügeteile (1, 2), um zu einer horizontalen Ebene mit einem der Fügeteile (1) mit dem höheren oberen Flächenniveau an einer unteren Seite positioniert und dem anderen der Fügeteile (2) mit dem niedrigeren oberen Flächenniveau an einer höheren Seite positioniert geneigt zu sein, und Einsetzen der Sonde (12), die sich um die Drehachse (Q) in dem aneinander stoßenden Abschnitt (5) der aneinander stoßenden Fügeteile (1, 2) oder deren Nähe dreht, in einem Zustand, in dem die Drehachse (Q) parallel zu einer vertikalen Ebene (T) ist, die sich entlang des aneinander stoßenden Abschnitts (5) erstreckt.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einsetzens der Sonde (12) in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Drehachse (Q) vertikal angeordnet ist.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügewerkzeug (10) an einem Hebewerk (20) angebracht ist, das über den aneinander stoßenden Fügeteilen (1, 2) angeordnet ist und zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet ist, und wobei der Schritt des Einsetzens der Sonde (12) durch Absenken des Hebewerks (20) durchgeführt wird.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügewerkzeug (10) mit einem Rotor (11) versehen ist, der einen Durchmesser größer als ein Durchmesser der Sonde (12) hat, die von einem Teil einer Endfläche (11a) des Rotors (11) vorsteht, wobei der Rotor (11) zum Drehen um die Drehachse (Q) geeignet ist, und wobei der Schritt des Bewegens der Sonde (12) relativ zu den aneinander stoßenden Fügeteilen (1, 2) in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Endfläche (11a) des Rotors (11), der um die Drehachse (Q) dreht, einen Schulterabschnitt (1a) eines der Fügeteile (1, 2) mit einem höheren oberen Flächenniveau, das an dem aneinander stoßenden Abschnitt (5) ausgebildet ist, andrückt.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 4, wobei die Endfläche (11a) des Rotors (11) den Schulterabschnitt (1a) vertikal andrückt.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 4, wobei das Fügewerkzeug (10) mit einem Hebewerk (20) ausgestattet ist, das über den aneinander stoßenden Fügeteilen (1, 2) angeordnet ist und zum vertikalen Anheben und Absenken geeignet ist, und wobei die Endfläche (11a) des Rotors (11) den Schulterabschnitt (1a) durch Absenken des Hebewerks (20) andrückt.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 4, wobei die Fügeteile (1, 2) derart angeordnet sind, dass sie von 3° bis 45° zu einer horizontalen Ebene (P) geneigt sind.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 4, wobei die Fügeteile derart angeordnet sind, dass sie von 5° bis 10° zu einer horizontalen Ebene (P) geneigt sind.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Schritt des Vorsehens eines Gestells (7) mit einer oberen Fläche (7a), die zu einer horizontalen Ebene geneigt ist, wobei die aneinander stoßenden Fügeteile (1, 2) an der geneigten oberen Fläche (7a) des Gestells (7) angeordnet sind, um dadurch zu einer horizontalen Ebene (P) geneigt zu werden.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 1, wobei die Sonde (12) mit einer Drehzahl von 1000 U/min bis 3000 U/min gedreht wird.
Reibrührfügeverfahren nach Anspruch 1, wobei eines der Fügeteile (1) mit einem höheren oberen Flächenniveau dicker als das andere der Fügeteile (2) mit einem niedrigeren oberen Flächenniveau ist, und wobei das eine der Fügeteile (1) mit einem höheren oberen Flächenniveau und das andere der Fügeteile (2) mit einem niedrigeren oberen Flächenniveau mit deren Bodenflächen zueinander fluchtend aneinander stoßen.