JP2003048064A - Surface treatment method, surface treatment apparatus and member applied with the surface treatment - Google Patents

Surface treatment method, surface treatment apparatus and member applied with the surface treatment

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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/04Thermal properties
    • F05C2251/042Expansivity

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform a friction-stirring treatment and a burr-removal work by using the same machine tool, to restrain variation of treated depth caused by thermal expansion of a rotary tool and to thereby prevent non-filling defect. SOLUTION: A machine tool 100 with a tool changer 101 is used. The tool changer 101 holds at least two rotary tools 4 each having the same shape and at least one burr-removal tool T. After treatment with the burr-removal tool T, the rotary tool 4 other than the tool 4 used just before is selected to alternately perform surface treatment and removal work of burrs caused by the surface treatment.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアルミニウ
ム合金鋳物の表面処理方法、表面処理装置並びに当該表
面処理が施された部材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method for an aluminum alloy casting, a surface treatment apparatus and a member subjected to the surface treatment.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平10−183316号公報には、
シリンダヘッドのシリンダブロックに対する合わせ面な
どの鋳物の表面処理において、先端のショルダ部に突出
部を設けた回転工具を回転させながら押し込んで、熱に
より非溶融の状態で撹拌する表面処理方法が開示されて
いる。
2. Description of the Related Art Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-183316 discloses
Disclosed is a surface treatment method for surface treatment of a casting such as a mating surface for a cylinder block of a cylinder head, in which a rotating tool provided with a protrusion on a shoulder portion of the tip is pushed in while rotating, and agitated in a non-molten state by heat. ing.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】単一の回転工具を用い
て連続的に摩擦撹拌による表面処理を行う場合、表面処
理設備の実稼動率が高くなるほど、ワークと回転工具と
の摩擦によって生じた熱が回転工具に蓄積されやすくな
り、工具自体や工具を取り付ける主軸の熱膨張量が増大
して、ワーク表面に対する突出部の位置が変化する。
When a single rotary tool is used to continuously perform surface treatment by friction stirring, the higher the actual operating rate of the surface treatment equipment, the more the friction generated between the workpiece and the rotary tool. The heat is likely to be accumulated in the rotary tool, the thermal expansion amount of the tool itself or the spindle for mounting the tool is increased, and the position of the protrusion with respect to the work surface is changed.

【0004】この変化の影響により、NC制御データは
同一であるにもかかわらず、回転工具のワーク表面に対
する押し込み量は冷間時よりも温間時の方が大きくな
る。この結果、表面改質領域の深さにバラツキを生じさ
せると共に、内部未充填欠陥の発生に影響を及ぼしてし
まう。
Due to the influence of this change, although the NC control data is the same, the pushing amount of the rotary tool with respect to the work surface becomes larger in the warm state than in the cold state. As a result, the depth of the surface modified region varies, and the occurrence of internal unfilled defects is affected.

【0005】本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その
目的は、同一の工作機械を用いて摩擦撹拌処理とバリ除
去加工とが行え、回転工具の熱膨張による処理深さのバ
ラツキを抑え、未充填欠陥を防止できる表面処理方法、
表面処理装置並びに当該表面処理が施された部材を提供
することである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to perform friction stir processing and deburring processing using the same machine tool, and suppress variations in processing depth due to thermal expansion of a rotary tool. Surface treatment method that can prevent unfilled defects,
A surface treatment apparatus and a member subjected to the surface treatment are provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の表面処理方法は、工作機
械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワ
ーク表面に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦
熱によりワーク表面を溶融させることなく撹拌して改質
する表面処理方法であって、前記ワークの表面処理領域
を前記回転工具により撹拌し、前記回転工具を前記ワー
クのバリを除去するバリ除去工具に変更し、前記表面処
理領域を前記バリ除去工具により処理する。
In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, a surface treatment method of the present invention provides a rotary tool detachably supported by tool supporting means of a machine tool on the surface of a work. A surface treatment method of inserting and modifying a work surface without melting the work surface by frictional heat generated by the rotation of the rotary tool, wherein the surface treatment area of the work is stirred by the rotary tool, and the rotation is performed. The tool is changed to a deburring tool that removes burrs from the work, and the surface treatment area is processed by the deburring tool.

【0007】また、好ましくは、前記回転工具を複数有
し、前記バリ除去工具による処理後に直前に使用された
回転工具とは異なる回転工具を選択する。
Further, preferably, a plurality of rotary tools are provided, and a rotary tool different from the rotary tool used immediately after the treatment by the deburring tool is selected.

【0008】本発明の表面処理装置は、工作機械の工具
支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワーク表面
に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦熱により
ワーク表面を溶融させることなく撹拌して改質する表面
処理装置であって、前記ワークの表面処理領域を前記回
転工具により撹拌する回転工具駆動手段と、前記回転工
具を前記ワークのバリを除去するバリ除去工具に変更す
る工具変更手段と、前記工具駆動手段は、前記表面処理
領域を前記バリ除去工具により処理するバリ除去工具駆
動手段とを具備する。
The surface treatment apparatus of the present invention inserts a rotary tool, which is detachably supported by tool supporting means of a machine tool, into a work surface, and melts the work surface by frictional heat generated by the rotation of the rotary tool. A surface treatment apparatus for agitating and modifying without modification, wherein a rotary tool driving means for agitating the surface treatment area of the work by the rotary tool and a deburring tool for removing the burr of the work are changed. The tool changing unit and the tool driving unit include a deburring tool driving unit that processes the surface treatment area with the deburring tool.

【0009】本発明の表面処理が施された部材は、工作
機械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具を
部材表面に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦
熱により部材表面を溶融させることなく撹拌して改質す
る表面処理が施された部材であって、前記部材の表面処
理領域を前記回転工具により撹拌した摩擦撹拌部と、前
記回転工具による摩擦撹拌後、前記表面処理領域のバリ
を除去するバリ除去工具に変更して処理したバリ除去部
とを具備する。
In the surface-treated member of the present invention, the rotary tool detachably supported by the tool supporting means of the machine tool is inserted into the member surface, and the frictional heat generated by the rotation of the rotary tool causes the surface of the member to rotate. A member which has been subjected to a surface treatment for stirring and modifying without melting, and a friction stirrer in which a surface treatment region of the member is stirred by the rotating tool, and the surface after friction stirring by the rotating tool. And a deburring section which is processed by changing to a deburring tool for removing burrs in the processing area.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上説明のように、請求項1、3、4の
発明によれば、工作機械の工具支持手段に着脱可能に支
持された回転工具をワーク表面に挿入して摩擦撹拌によ
り表面処理する際に、ワークの表面処理領域を回転工具
により撹拌し、回転工具をワークのバリを除去するバリ
除去工具に変更し、表面処理領域をバリ除去工具により
処理することにより、同一の工作機械を用いて摩擦撹拌
処理とバリ除去加工とが行え、回転工具の熱膨張による
処理深さのバラツキを抑え、未充填欠陥を防止できる。
As described above, according to the inventions of claims 1, 3, and 4, the rotary tool detachably supported by the tool supporting means of the machine tool is inserted into the surface of the work, and the surface is friction-stirred. When processing, the surface treatment area of the work is agitated with a rotating tool, the rotating tool is changed to a deburring tool that removes burrs on the workpiece, and the surface treatment area is processed with the deburring tool, so that the same machine tool is used. The friction stir processing and the burr removal processing can be performed by using, and variations in processing depth due to thermal expansion of the rotary tool can be suppressed, and unfilled defects can be prevented.

【0011】請求項2の発明によれば、回転工具を複数
有し、バリ除去工具による処理後に直前に使用された回
転工具とは異なる回転工具を選択することにより、直前
に使用された回転工具に十分に冷却期間を与えることが
できる。
According to the second aspect of the present invention, the rotary tool used immediately before is selected by having a plurality of rotary tools and selecting a rotary tool different from the rotary tool used immediately after the treatment with the deburring tool. To allow a sufficient cooling period.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0013】尚、以下に説明する実施の形態は、本発明
の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を
逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したもの
に適用可能である。
The embodiment described below is an example as a means for realizing the present invention, and the present invention can be applied to a modified or modified form of the following embodiment without departing from the spirit of the present invention. .

【0014】図1は、本発明に係る実施形態の表面処理
方法を実施するための摩擦撹拌装置の概略図である。図
2は、図1の回転工具付近の拡大図である。図3は、回
転工具の先端部位の詳細図である。
FIG. 1 is a schematic view of a friction stirrer for carrying out a surface treatment method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the rotary tool of FIG. FIG. 3 is a detailed view of the tip portion of the rotary tool.

【0015】本実施形態の摩擦撹拌による表面処理は、
被表面処理部材(以下、ワーク)の一例としてアルミニ
ウム合金鋳物を対象としており、特に自動車のシリンダ
ヘッドに形成される隣り合うポート間(弁間部)やピス
トン、ブレーキディスク等の熱疲労強度向上を目的とし
た表面改質処理に用いられ、大気中でアルミニウム合金
鋳物の表面改質領域を摩擦熱により溶融させることなく
撹拌させることにより、金属組織の微細化や共晶シリコ
ン(Si)粒子の均一分散化、鋳造欠陥の減少を図り、
熱疲労(低サイクル疲労)寿命や伸び、耐衝撃性等の材
料特性において従来のリメルト処理以上のものを得るこ
とができる。
The surface treatment by friction stirring of this embodiment is
Aluminum alloy castings are targeted as an example of surface-treated members (hereinafter referred to as "workpieces"). In particular, it is intended to improve the thermal fatigue strength between adjacent ports (valve portions), pistons, brake discs, etc. It is used for the intended surface modification treatment, and the surface modification area of aluminum alloy castings is stirred in the atmosphere without being melted by frictional heat, and the metal structure is refined and eutectic silicon (Si) particles are made uniform. We aim to disperse and reduce casting defects,
It is possible to obtain more than the conventional remelt treatment in terms of material properties such as thermal fatigue (low cycle fatigue) life, elongation and impact resistance.

【0016】ここで、溶融しないで撹拌する状態とは、
母材に含有される各成分或いは共晶化合物の中で最も融
点が低いものよりもさらに低い温度下で摩擦熱により金
属を軟化させて撹拌することを意味する。
Here, the state of stirring without melting means
This means that the metal is softened and agitated by frictional heat at a temperature lower than the lowest melting point among the components or eutectic compounds contained in the base material.

【0017】図1乃至図3に示すように、摩擦撹拌装置
1は、円柱状軸体の一端部の平面なショルダ部3に、当
該ショルダ部3より小径の外周表面にねじ山が形成され
た非消耗型突出部2が一体形成又は装着された回転工具
4と、この回転工具4を回転させて突出部2を回転駆動
させつつ、ワークの表面改質領域に対して突出部2を挿
入してショルダ部3でワーク表面を押圧しながら相対的
に移動させる工具駆動手段5と、ワークを位置決め保持
する治具(不図示)を備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, in the friction stirrer 1, a thread is formed on an outer peripheral surface having a diameter smaller than that of the shoulder portion 3 on a flat shoulder portion 3 at one end of a cylindrical shaft body. A rotary tool 4 on which the non-consumable protrusion 2 is integrally formed or attached, and the protrusion 2 is inserted into the surface modification region of the workpiece while rotating the rotary tool 4 to drive the protrusion 2 to rotate. Tool driving means 5 for relatively moving the work surface while pressing it with the shoulder portion 3, and a jig (not shown) for positioning and holding the work.

【0018】工具駆動手段5としては、モータ等により
回転工具4が回転可能で、かつ送りネジ機構やロボット
アーム等により回転工具4を上下左右のあらゆる方向に
移動可能な装置であって、回転工具4の回転数、送り速
度及び押圧力(処理深さ)を可変制御可能なものが用い
られる。他の工具駆動手段5の形態としては、後述する
マシニングセンタなどの工作機械の主軸に回転工具4を
回転可能に軸支すると共に、回転工具4に対してワーク
を相対的に上下方向や左右方向に2次元又は3次元的に
移動させてもよい。
The tool driving means 5 is a device which can rotate the rotary tool 4 by a motor or the like and can move the rotary tool 4 in any of up, down, left and right directions by a feed screw mechanism or a robot arm. 4, the number of revolutions, the feed rate, and the pressing force (processing depth) that can be variably controlled are used. As another form of the tool driving means 5, the rotary tool 4 is rotatably supported on the main shaft of a machine tool such as a machining center described later, and the work is relatively moved in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the rotary tool 4. It may be moved two-dimensionally or three-dimensionally.

【0019】突出部2と回転工具4のショルダ部3と
は、アルミニウム合金よりも硬度の高い工具鋼やステン
レス鋼などの鋼材からなり、突出部2の形状が、所定ピ
ッチのねじ山状に形成されている。
The protrusion 2 and the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 are made of a steel material such as tool steel or stainless steel having a hardness higher than that of an aluminum alloy, and the protrusion 2 is formed in a thread shape with a predetermined pitch. Has been done.

【0020】本実施形態では、図4に示すように、被表
面処理部材としてJISで規格化されたアルミニウム合
金であるAC4Dを一例として用いるが、アルミニウム
合金のマグネシウム(Mg)含有率として0.2〜1.
5重量%、シリコン(Si)含有率として1〜24重量
%、好ましくは4〜13重量%の範囲で組成比率を変更
可能である。他にAC4B,AC2B、ピストンに用い
るAC8A等も利用できる。シリコン含有率の上限を2
4%に設定する理由は、それ以上シリコンを増加しても
材料特性や鋳造性が飽和すると共に、撹拌性が悪化する
からである。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, AC4D, which is an aluminum alloy standardized by JIS, is used as an example of the surface-treated member, but the magnesium (Mg) content of the aluminum alloy is 0.2. ~ 1.
The composition ratio can be changed within a range of 5% by weight and a silicon (Si) content rate of 1 to 24% by weight, preferably 4 to 13% by weight. Besides, AC4B, AC2B, AC8A used for the piston, and the like can also be used. Upper limit of silicon content is 2
The reason for setting it to 4% is that even if the amount of silicon is increased further, the material properties and castability are saturated, and the agitation property is deteriorated.

【0021】マグネシウムを含有するアルミニウム合金
鋳物は、熱処理によりMg2Siを析出させて強度が高
まる。ところが、リメルト処理のように溶融させて金属
組織を微細化させる場合には、低融点(650℃)のマ
グネシウムが蒸発して含有量が低下することがある。そ
して、マグネシウム含有量が低下すると熱処理を施して
も硬さや強度が低下して所望の材料特性が得られないこ
とになる。
The aluminum alloy casting containing magnesium is heat-treated to precipitate Mg 2 Si, so that the strength is increased. However, when the metal structure is refined by melting it as in the remelting process, magnesium having a low melting point (650 ° C.) may evaporate and the content may decrease. When the magnesium content decreases, the hardness and strength decrease even if heat treatment is performed, and desired material properties cannot be obtained.

【0022】一方、摩擦撹拌による表面処理では、金属
組織を溶融させないのでマグネシウムが蒸発することも
ないため、アルミニウム合金鋳物は熱処理によりMg2
Siを析出させて強度が高められるのである。
On the other hand, the surface treatment by friction stir, since magnesium does not melt the metal structure nor evaporates, Mg 2 of the aluminum alloy casting heat treatment
The strength is increased by depositing Si.

【0023】アルミニウム合金にシリコンを添加するこ
とにより、鋳造性(溶湯の流動性、引け特性、耐熱間割
れ性)は向上するが、共晶シリコンが一種の欠陥として
作用して機械的特性(伸び)が低下する。
By adding silicon to the aluminum alloy, the castability (fluidity of molten metal, shrinkage property, and heat crack resistance) is improved, but eutectic silicon acts as a kind of defect and mechanical properties (elongation). ) Is reduced.

【0024】共晶シリコンは硬くて脆く、亀裂発生の起
点や伝播経路となるため伸びが低下する。また、弁間部
のように繰り返し熱応力を受ける部位ではその疲労寿命
が低下する。そして、金属組織ではデンドライトに沿っ
て共晶シリコンが連なった形態を呈しているが、共晶シ
リコンを微細化し、均一に分散させることによって応力
集中による亀裂の発生と、発生した亀裂の伝播を抑制す
ることが可能となる。
Eutectic silicon is hard and brittle, and serves as a starting point of crack initiation and a propagation path, so that elongation is reduced. In addition, the fatigue life of a portion such as an intervalve portion that is repeatedly subjected to thermal stress is reduced. The metal structure has a morphology of eutectic silicon that is continuous along the dendrites, but by reducing the size of the eutectic silicon and distributing it uniformly, cracks due to stress concentration and the propagation of cracks that occur are suppressed. It becomes possible to do.

【0025】図5(a)は突出部長さに応じた処理深さ
を示す図であり、図5(b)は突出部長さPLを示す図
であり、図5(c)は最大処理深さDmaxを示す図で
ある。図6は、回転工具の回転数及び送り速度に応じた
処理深さを示す図である。
FIG. 5 (a) is a diagram showing the processing depth according to the protruding portion length, FIG. 5 (b) is a diagram showing the protruding portion length PL, and FIG. 5 (c) is the maximum processing depth. It is a figure which shows Dmax. FIG. 6 is a diagram showing the processing depth according to the rotation speed and the feed rate of the rotary tool.

【0026】本実施形態では、突出部長さPLを要求深
さの80〜90%に設定する。要求深さは突出部長さの
1.1〜1.2倍となり、(0)〜10mm程度まで設
定可能である。また、図5(a)に示すように、最大処
理深さDmaxは突出部長さPLに比例(突出部長さの
1.1〜1.2倍)して大きくなり、最大処理幅も突出
部径に比例して大きくなる。また、図5(b)に示すよ
うに、最大処理深さDmaxは突出部長さPLで決ま
り、回転数や送り速度による影響は少ないと言える。更
に、図6に例示するリメルト処理による最大処理深さに
比べてばらつきは小さくなって信頼性を高めることがで
きる。
In this embodiment, the projection length PL is set to 80 to 90% of the required depth. The required depth is 1.1 to 1.2 times the length of the protruding portion, and can be set to about (0) to 10 mm. Further, as shown in FIG. 5A, the maximum processing depth Dmax is increased in proportion to the protrusion length PL (1.1 to 1.2 times the protrusion length), and the maximum processing width is also the protrusion diameter. Increases in proportion to. Further, as shown in FIG. 5B, the maximum processing depth Dmax is determined by the protrusion length PL, and it can be said that the influence of the rotation speed and the feed speed is small. Further, the variation is smaller than the maximum processing depth by the remelt processing illustrated in FIG. 6, and the reliability can be improved.

【0027】図7は、本実施形態の摩擦撹拌による表面
処理を施す仕上げ加工前のディーゼルエンジン用シリン
ダヘッド素材のポート付近の基本形状を示す図である。
図8は、図7のI−I断面図である。図9は、本実施形
態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕上げ加工前のディ
ーゼルエンジン用シリンダヘッド素材のポート付近の特
徴的な形状を示す図である。図10は、図9のII−I
I断面図である。
FIG. 7 is a view showing the basic shape of the vicinity of the port of the cylinder head material for a diesel engine before finishing, which is subjected to the surface treatment by friction stirring according to this embodiment.
FIG. 8 is a sectional view taken along line I-I of FIG. 7. FIG. 9 is a diagram showing a characteristic shape of the vicinity of the port of the cylinder head material for a diesel engine before finishing, which is subjected to the surface treatment by friction stirring according to the present embodiment. FIG. 10 shows II-I of FIG.
FIG.

【0028】両側面にポート開口部が存在する弁間部1
6は、エンジンの燃焼による体積膨張と冷却による体積
収縮とを繰り返すことから、熱疲労による亀裂が発生し
やすい。このため、弁間部16を摩擦撹拌により表面処
理して金属組織の微細化と鋳巣面積率の低減とを実現す
ることで、熱疲労による亀裂の発生や伝播に対する耐力
が増大して熱疲労強度の向上を図ることができる。
Intervalve 1 with port openings on both sides
In No. 6, since volume expansion due to combustion of the engine and volume contraction due to cooling are repeated, cracks due to thermal fatigue are likely to occur. Therefore, by performing surface treatment on the intervalve portion 16 by friction stirring to realize a finer metal structure and a lower porosity area ratio, the proof stress against the occurrence and propagation of cracks due to thermal fatigue is increased, and thermal fatigue is increased. The strength can be improved.

【0029】しかしながら、弁間部16はポート開口部
14,15の存在によりワーク剛性が低く、回転工具4
の押圧力と回転モーメントによって開口部14,15側
面の母材組織は鉛直及び水平方向に塑性変形し、ポート
開口部14,15の形状が変化してしまう。
However, the inter-valve portion 16 has a low work rigidity due to the presence of the port openings 14 and 15, and the rotary tool 4
Due to the pressing force and the rotation moment, the base material structures on the side surfaces of the openings 14 and 15 are plastically deformed in the vertical and horizontal directions, and the shapes of the port openings 14 and 15 change.

【0030】ポート開口部14,15の形状が変化する
と、摩擦撹拌によって塑性流動した材料もポート開口部
側に移動して突出部2の排気ポート開口部15側に充填
される材料が減少して表面改質領域内部に移動軌跡Qに
沿ってトンネル状の未充填欠陥が発生しやすくなる。
When the shapes of the port openings 14 and 15 change, the material that has plastically flowed due to friction stirring also moves to the port opening side, and the material filled in the exhaust port opening 15 side of the protrusion 2 decreases. Tunnel-shaped unfilled defects are likely to occur along the movement trajectory Q inside the surface modification region.

【0031】図7及び図8に示すように、表面改質領域
は、回転工具4のショルダ部3の輪郭と移動軌跡Qで示
した吸気ポート開口部14間から排気ポート開口部15
間、及び吸気ポート開口部14と排気ポート開口部15
の間に設定されている。また、回転工具4のショルダ部
3が表面処理工程の全域においてワーク表面に接触する
ように、表面改質領域に隣接するポート開口部14,1
5の縁部14a,14b,15a,15bの形状が回転
工具4の移動軌跡に沿って線形に形成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the surface modification region is located between the intake port opening 14 shown by the contour of the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 and the movement locus Q to the exhaust port opening 15.
And the intake port opening 14 and the exhaust port opening 15
Is set between. Further, the port openings 14, 1 adjacent to the surface modification region are arranged so that the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 contacts the work surface in the entire surface treatment process.
The shapes of the edges 14a, 14b, 15a, 15b of 5 are linearly formed along the movement trajectory of the rotary tool 4.

【0032】このように、ポート開口部14,15の縁
部14a,14b,15a,15bを線形に形成するこ
とで見かけ上の弁間部16の幅は表面改質領域の全域に
亘って同一となってるが、図8に示すように弁間部16
の断面形状(肉厚)は機械加工されない部位のポート形
状の制約によって排気ポート開口部15よりも吸気ポー
ト開口部14の肉厚が小さくなっている。この断面形状
差に伴うワーク剛性の差異に起因して、回転工具4の押
し込みによる母材組織の鉛直方向の塑性変形と、回転モ
ーメントによる水平方向の塑性変形とは、排気ポート開
口部15よりも吸気ポート開口部14に起こり易くな
る。
By thus forming the edges 14a, 14b, 15a, 15b of the port openings 14, 15 linearly, the apparent intervalvular portion 16 has the same width over the entire surface modified region. However, as shown in FIG.
The cross-sectional shape (wall thickness) of the intake port opening 14 is smaller than that of the exhaust port opening 15 due to the restriction of the port shape of the portion that is not machined. Due to the difference in work rigidity due to the difference in cross-sectional shape, the vertical plastic deformation of the base metal structure due to the indentation of the rotary tool 4 and the horizontal plastic deformation due to the rotation moment are less than the exhaust port opening 15. It tends to occur in the intake port opening 14.

【0033】この結果、摩擦撹拌による表面処理により
塑性流動した材料は、母材が変形した吸気ポート開口部
14側に充填されやすくなり、突出部2の排気ポート開
口部15側に充填される材料が減少して表面改質領域内
部に移動軌跡Qに沿ってトンネル状の未充填欠陥が発生
しやすくなる。
As a result, the material that has plastically flowed due to the surface treatment by friction stirring easily fills the intake port opening 14 side where the base material is deformed, and the material that fills the exhaust port opening 15 side of the protruding portion 2. Is reduced, and tunnel-shaped unfilled defects are likely to occur along the movement locus Q inside the surface modification region.

【0034】この未充填欠陥は、通常、回転工具4の移
動軌跡Qに沿ってトンネル状に発生し、母材の鋳巣より
も面積(体積)が大きくなるため、熱疲労による亀裂の
発生や伝播に対する耐力が増大して、所望の熱疲労強度
が得られなくなる。
This unfilled defect usually occurs in a tunnel shape along the movement locus Q of the rotary tool 4 and has a larger area (volume) than the cavity of the base metal, so that cracks due to thermal fatigue may occur. The proof stress against propagation increases, and the desired thermal fatigue strength cannot be obtained.

【0035】そこで、本実施形態では、図7及び図8に
示すポートを基本形状として、図9及び図10に示すよ
うに、吸気ポート開口部14に幅4mm、高さ5mm程
度の移動軌跡Qに直交する2つの梁17,18を、この
開口部14の素材の軟化による変形を阻止する余肉部と
して形成している。
Therefore, in the present embodiment, with the port shown in FIGS. 7 and 8 as a basic shape, as shown in FIGS. 9 and 10, a movement locus Q having a width of about 4 mm and a height of about 5 mm is formed in the intake port opening 14. The two beams 17 and 18 orthogonal to each other are formed as extra portions that prevent deformation of the material of the opening 14 due to softening.

【0036】梁17,18は、ワーク鋳造型に梁を形成
する転写部位を設け、この型が上位に配置されてワーク
鋳造時に同時に形成される。従って、製造工程を増加す
ることなく梁17,18を形成することができる。
The beams 17 and 18 are formed at the same time when the work is cast by providing a transfer portion for forming the beam on the work casting mold, and this mold is placed on the upper side. Therefore, the beams 17 and 18 can be formed without increasing the number of manufacturing processes.

【0037】この梁17,18の存在により、吸気ポー
ト開口部14の側面は水平方向の変形抵抗が大幅に増加
すると共に、片持ち梁構造が両持ち梁構造になるために
鉛直方向の変形抵抗も増加して、ポート開口部の変形と
この変形に伴う未充填欠陥の発生を抑えることができ
る。
Due to the presence of the beams 17 and 18, the lateral deformation resistance of the side surface of the intake port opening 14 is significantly increased, and since the cantilever structure becomes a double-supported beam structure, the vertical deformation resistance is increased. It is also possible to suppress the deformation of the port opening and the occurrence of unfilled defects due to this deformation.

【0038】また、これら梁17,18は、仕上げ加工
において上記線形形状部と共に除去されるために吸気効
率に対する弊害は発生しない。
Further, since the beams 17 and 18 are removed together with the linear shape portion in the finishing process, no adverse effect on the intake efficiency occurs.

【0039】尚、上記例では、ワーク剛性の比較的低い
吸気ポート開口部14にのみ梁を設けたが、ポート形状
に応じて排気ポート開口部15に設けてもよい。また、
梁17,18の幅や高さについても、ポート開口部の肉
厚などを考慮して必要に応じて寸法を変更したり、直交
形状ではなくT字状に形成してもよい。
In the above example, the beam is provided only in the intake port opening 14 having a relatively low work rigidity, but it may be provided in the exhaust port opening 15 depending on the port shape. Also,
Regarding the width and height of the beams 17 and 18, the dimensions may be changed as necessary in consideration of the wall thickness of the port opening, or the beams 17 and 18 may be formed in a T shape instead of the orthogonal shape.

【0040】更に、仕上げ加工での生産性低下に対する
影響が少ないのであれば、ワーク鋳造時においてポート
開口部を完全に塞いだ形状にしたり、図7に示すポート
開口部径φ1を小さくして仕上げ後のポート内径φ2に
対してφ1≦φ2/2を満たす形状にしてもよく、この
場合には、ポート開口部の形状が円形で直線部分がない
ため変形が少なくできる。 [シリンダヘッドの製造方法]次に、本実施形態による
ディーゼルエンジン用シリンダヘッドの製造工程につい
て説明する。
Further, if there is little influence on the productivity reduction in the finishing process, the port opening may be completely closed at the time of casting the work, or the port opening diameter φ1 shown in FIG. 7 may be reduced to finish. The shape may satisfy φ1 ≦ φ2 / 2 with respect to the subsequent port inner diameter φ2. In this case, since the shape of the port opening is circular and there is no linear portion, deformation can be reduced. [Cylinder Head Manufacturing Method] Next, a manufacturing process of the diesel engine cylinder head according to the present embodiment will be described.

【0041】図11は、本実施形態のディーゼルエンジ
ン用シリンダヘッドの製造工程を説明するフローチャー
トである。
FIG. 11 is a flow chart for explaining the manufacturing process of the diesel engine cylinder head of this embodiment.

【0042】図11に示すように、ステップS1では中
間体としてのシリンダヘッドをアルミニウム合金から鋳
造する。ステップS2では、鋳物を鋳造型から取り出し
て湯口を削除する。ステップS3では、鋳造型から取り
出した鋳物に砂出しを主目的としたT6熱処理を施す。
ステップS4では、鋳物の弁間部に摩擦撹拌により表面
処理を施す。ステップS5では、鋳物に再度T6熱処理
を施して硬さや強度を増加する。ステップS6では、仕
上げ加工を施す。 [摩擦撹拌による表面処理]次に、図11のステップS
4での摩擦撹拌処理ついて説明する。
As shown in FIG. 11, in step S1, a cylinder head as an intermediate body is cast from an aluminum alloy. In step S2, the casting is taken out of the casting mold and the gate is removed. In step S3, the cast product taken out from the casting mold is subjected to T6 heat treatment mainly for sand removal.
In step S4, surface treatment is performed on the valve portion of the casting by friction stirring. In step S5, the casting is subjected to T6 heat treatment again to increase hardness and strength. In step S6, finishing is performed. [Surface Treatment by Friction Stirring] Next, step S in FIG.
The friction stir processing in No. 4 will be described.

【0043】摩擦撹拌による表面処理では、処理終了部
位に突出部形状が転写された終端穴が残存するが、後工
程で穴あけ加工を施す部位を終端穴位置とすれば終端穴
が残るのを回避することができる。ところが、突出部径
は後加工穴径以下にする必要があり、ワークの加工形状
仕様や表面処理仕様によっては回転工具4の移動軌跡Q
を互いにオフセットさせながら往復移動させて2回以上
処理する必要がある。
In the surface treatment by friction stirring, the end hole having the projected shape transferred is left at the end point of the treatment, but the end hole is avoided if the end hole position is the portion to be drilled in the subsequent process. can do. However, the diameter of the protruding portion needs to be equal to or smaller than the diameter of the post-machining hole, and depending on the machining shape specifications and surface treatment specifications of the workpiece, the movement trajectory Q of the rotary tool 4
It is necessary to perform reciprocal movement while offsetting each other and to perform processing twice or more.

【0044】このとき、図7乃至図10で説明したよう
に弁間部16の断面形状(肉厚)は機械加工されない部
位のポート形状の制約によって排気ポート開口部15よ
りも吸気ポート開口部14の肉厚が小さくなっている。
この断面形状差に伴うワーク剛性の差異に起因して、回
転工具4の押し込みによる母材組織の鉛直方向の塑性変
形と、回転モーメントによる水平方向の塑性変形とは、
排気ポート開口部15よりも吸気ポート開口部14に起
こり易くなる。
At this time, as described with reference to FIGS. 7 to 10, the cross-sectional shape (thickness) of the intervalve portion 16 is restricted to the intake port opening portion 14 rather than the exhaust port opening portion 15 due to the restriction of the port shape of the portion which is not machined. Is thin.
Due to the difference in work rigidity due to this difference in cross-sectional shape, the vertical plastic deformation of the base metal structure due to the indentation of the rotary tool 4 and the horizontal plastic deformation due to the rotation moment are
It occurs more easily in the intake port opening 14 than in the exhaust port opening 15.

【0045】そして、2回目の復路の処理領域は1回目
の往路の処理による摩擦熱が伝導するため温度上昇に伴
いヤング率が低下して変形しやすく、後工程での加工取
りしろが増大すると共に、変形量が過剰になると変形し
た方向に材料の流動が促進されるため、変形した方向と
は反対側に充填される材料が減少して表面改質領域内部
に移動軌跡Qに沿ってトンネル状の未充填欠陥が発生し
やすくなる。
In the second return path processing area, frictional heat due to the first forward path processing is conducted, so that the Young's modulus lowers and is easily deformed as the temperature rises, and the machining allowance in the subsequent step increases. At the same time, when the amount of deformation becomes excessive, the flow of the material is promoted in the deformed direction, so that the material filled on the side opposite to the deformed direction is reduced, and a tunnel is formed along the movement trajectory Q inside the surface modification region. Unfilled defects are likely to occur.

【0046】そこで、本実施形態では、弁間部の形状に
起因した剛性の高い部位(排気ポート開口部側)を2回
目の復路の処理領域に設定して温度上昇によるヤング率
低下の弊害を低減し、変形量の低減及び未充填欠陥の発
生防止を図っている。
Therefore, in the present embodiment, a portion having high rigidity (exhaust port opening side) due to the shape of the intervalve portion is set as the processing region of the second return path, and the adverse effect of the Young's modulus lowering due to the temperature rise is adversely affected. The amount of deformation is reduced and the generation of unfilled defects is prevented.

【0047】図13に示すように、2回目の復路の処理
経路P2をワーク剛性の低い部位(吸気ポート開口部1
4側)に設定すると、ワーク剛性の高い部位の排気ポー
ト開口部15はもとの形状を維持しているのに対して、
ワーク剛性の低い部位は大きく変形し、この変形による
材料の流動により表面改質領域内部に未充填欠陥が発生
してしまう。
As shown in FIG. 13, the processing path P2 of the second return path is set to a portion where the work rigidity is low (the intake port opening 1).
4 side), while the exhaust port opening 15 in the portion where the work rigidity is high maintains the original shape,
A region where the work rigidity is low is largely deformed, and the flow of the material due to this deformation causes an unfilled defect inside the surface modification region.

【0048】一方、図12に示すように、2回目の復路
の処理経路P2をワーク剛性の高い部位の排気ポート開
口部15側に設定すると、ワーク剛性の高い部位も低い
部位も共にポート開口部14,15はもとの形状を概ね
維持し、表面改質領域内部での未充填欠陥の発生も抑制
できるのである。
On the other hand, as shown in FIG. 12, when the processing path P2 of the second return path is set on the exhaust port opening 15 side of the portion having high work rigidity, both the portion having high work rigidity and the portion having low work rigidity have port openings. Nos. 14 and 15 generally maintain the original shape, and it is possible to suppress the occurrence of unfilled defects inside the surface modified region.

【0049】本実施形態のような突出部2を持つ回転工
具4を用いた表面処理の欠点は、処理経路の終点に突出
部2の終端穴が残ってしまうところにある。更に、処理
始点においても欠陥が生じやすく、これを解決するため
に、始点を通過するように処理経路を設定する。また、
シリンダヘッドなどのボルトの穴あけ加工が後工程で施
される鋳物の表面を処理する場合には、穴あけ加工にお
ける穴径より小径の突出部を用いて、処理経路の終点を
穴あけ加工を施す位置に設定する。これにより、製品に
終端穴が残らないようにできる。
A drawback of the surface treatment using the rotary tool 4 having the protrusion 2 as in this embodiment is that the end hole of the protrusion 2 remains at the end of the processing path. Further, a defect is likely to occur even at the processing start point, and in order to solve this, the processing path is set so as to pass through the processing start point. Also,
When processing the surface of the casting such as the cylinder head where the drilling of bolts is performed in the subsequent process, use the protrusion with a diameter smaller than the diameter of the hole in the drilling, and set the end point of the processing route to the position where the drilling is performed. Set. This allows the product to have no end holes.

【0050】図14は、本実施形態の摩擦撹拌処理を用
いた直列多気筒のディーゼルエンジンのシリンダヘッド
の表面処理について説明する図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the surface treatment of the cylinder head of the in-line multi-cylinder diesel engine using the friction stir treatment of this embodiment.

【0051】図14に示すように、シリンダヘッド素材
Hは、複数の気筒に対応して一対の吸気ポート開口部1
4と、一対の排気ポート開口部15と、不図示のシリン
ダブロックに締結するため複数のテンションボルト穴2
1とを有する。ここで、吸気ポート開口部14は吸気量
をかせぐためになるべく大きくしたいという要求がある
ため、隣り合う吸気ポート間は狭くなり、薄肉になる。
As shown in FIG. 14, the cylinder head material H includes a pair of intake port openings 1 corresponding to a plurality of cylinders.
4, a pair of exhaust port openings 15, and a plurality of tension bolt holes 2 for fastening to a cylinder block (not shown).
1 and. Here, since the intake port opening 14 is required to be as large as possible in order to make the intake amount large, the space between the adjacent intake ports becomes narrow and thin.

【0052】そこで、本実施形態では、処理経路例とし
て、1つの気筒に対して互いに対向する排気ポート開口
部15及び吸気ポート開口部14の対の間を通るように
シリンダヘッド素材Hの長手方向の一端部から他端部に
向かって連続処理してテンションボルト穴21を終点と
する第1往路パスQ1と、シリンダヘッド素材Hの他端
部で折り返して第1往路パスQ1とは反対方向にオフセ
ットして並列に排気ポート開口部15及び吸気ポート開
口部14の対の間を通るようにシリンダヘッド素材Hの
長手方向の他端部から一端部に向かって連続処理してテ
ンションボルト穴21を終点とする第1復路パスQ2
と、この第1復路パスQ2の処理後、この第1復路パス
Q2への折り返し位置に隣接する気筒から互いに対向す
る一対の排気ポート15と一対の吸気ポート14の間を
往復しながら順次処理してテンションボルト穴21を終
点とする第2往復パスQ3〜Q6とを経て、シリンダヘ
ッド素材Hの表面を回転工具の熱により溶融させること
なく撹拌して改質する。
Therefore, in the present embodiment, as an example of the processing path, the cylinder head material H is longitudinally passed so as to pass between a pair of the exhaust port opening 15 and the intake port opening 14 which face each other for one cylinder. In the opposite direction from the first outward path Q1 that is continuously processed from one end to the other end and ends at the tension bolt hole 21 and is folded back at the other end of the cylinder head material H. The tension bolt hole 21 is continuously processed from the other end in the longitudinal direction of the cylinder head material H toward one end so as to be offset and run in parallel between the pair of the exhaust port opening 15 and the intake port opening 14. First return pass Q2, which is the end point
Then, after the processing of the first return path Q2, the processing is sequentially performed while reciprocating between the pair of exhaust ports 15 and the pair of intake ports 14 facing each other from the cylinder adjacent to the turning position to the first return path Q2. Through the second reciprocating path Q3 to Q6 with the tension bolt hole 21 as the end point, the surface of the cylinder head material H is stirred and reformed without being melted by the heat of the rotary tool.

【0053】第2往復パスQ3〜Q6は、ワーク剛性の
低い部位である吸気ポート開口部14側にオフセットし
た処理経路を往路とし、ワーク剛性の高い部位である排
気ポート開口部15側にオフセットした経路を復路とし
て連続した往復経路となり、往路と復路の各処理領域が
オーバラップしている。
In the second reciprocating paths Q3 to Q6, the processing path offset to the intake port opening 14 side, which is a portion having a low work rigidity, is used as the outward path, and is offset to the exhaust port opening 15 side, a portion having a high work rigidity. The route becomes a continuous round trip route with the return route as the return route, and the processing regions of the forward route and the return route overlap.

【0054】この第2往復パスQ3〜Q6のように、2
回目の復路の処理経路をワーク剛性の高い部位である排
気ポート開口部15側に設定することで、ワーク剛性の
高い部位はもちろんのこと、ワーク剛性の低い吸気ポー
ト開口部にも変形は発生せず、表面改質領域内部での未
充填欠陥の発生も抑制できる。
Like this second round trip path Q3 to Q6, 2
By setting the processing path of the return path at the side of the exhaust port opening 15 which is a part with high work rigidity, deformation is generated not only in the part with high work rigidity but also in the intake port opening with low work rigidity. In addition, the generation of unfilled defects inside the surface modified region can be suppressed.

【0055】上記シリンダヘッドの表面処理では、回転
工具の回転数を700〜1100rpm、送り速度を4
00〜550mm/min、突出部長さを5〜6mm、
突出部径7±1mm、ショルダ部径15±1mmとし
て、第1パスと第2パスとの処理幅の合計が素材の弁間
部幅−2mm以下となるように設定するのが望ましい。
尚、突出部径とショルダ部径とは、2≦ショルダ部/突
出部<4として各寸法を設定する。また、ショルダ部の
素材処理表面に対する押し込み量は、0.3mm以上に
設定する。 [工具駆動手段としての工作機械]単一の回転工具を用
いて連続的に摩擦撹拌による表面処理を行う場合、表面
処理設備の実稼動率が高くなるほど、ワークと回転工具
との摩擦によって生じた熱が回転工具に蓄積されやすく
なり、工具自体や工具を取り付ける主軸の熱膨張量が増
大して、ワーク表面に対する突出部の位置が変化する。
In the surface treatment of the cylinder head, the rotational speed of the rotary tool is 700 to 1100 rpm and the feed rate is 4
00 to 550 mm / min, the protrusion length is 5 to 6 mm,
It is desirable that the diameter of the protruding portion is 7 ± 1 mm and the diameter of the shoulder portion is 15 ± 1 mm so that the total processing width of the first pass and the second pass is equal to or less than the intervalve width of the material −2 mm.
The projection diameter and the shoulder diameter are set so that 2 ≦ shoulder portion / projection portion <4. Further, the pushing amount of the shoulder portion with respect to the material-treated surface is set to 0.3 mm or more. [Machine tool as tool driving means] When continuously performing surface treatment by friction stirring using a single rotary tool, the higher the actual operating rate of the surface treatment equipment, the more the friction generated between the workpiece and the rotary tool. The heat is likely to be accumulated in the rotary tool, the thermal expansion amount of the tool itself or the spindle for mounting the tool is increased, and the position of the protrusion with respect to the work surface is changed.

【0056】この変化の影響により、NC制御データは
同一であるにもかかわらず、回転工具のワーク表面に対
する押し込み量は冷間時よりも温間時の方が大きくな
る。この結果、表面改質領域の深さにバラツキを生じさ
せると共に、内部未充填欠陥の発生に影響を及ぼしてし
まう。
Due to the influence of this change, although the NC control data are the same, the pushing amount of the rotary tool with respect to the work surface becomes larger in the warm state than in the cold state. As a result, the depth of the surface modified region varies, and the occurrence of internal unfilled defects is affected.

【0057】一方、摩擦撹拌による表面処理の場合、回
転工具のショルダ部をワーク表面に押し付けながら移動
させるために、ショルダ部の外周縁部に対応してワーク
表面にバリが発生するため、このバリを取り除くバリ除
去加工も必要となる。
On the other hand, in the case of the surface treatment by friction stirring, since the shoulder portion of the rotary tool is moved while being pressed against the work surface, burrs are generated on the work surface corresponding to the outer peripheral edge portion of the shoulder portion. It is also necessary to remove the burrs to remove the burr.

【0058】そこで、本実施形態では、ツールチェンジ
ャを有する工作機械を用いて、若しくは工作機械にツー
ルチェンジャを設けて、このツールチェンジャに同形状
の回転工具を少なくとも2本保持させると共に、バリ除
去工具を少なくとも1本保持させ、バリ除去工具による
処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具
を選択するようにして、摩擦撹拌による表面処理とこの
表面処理によって発生するバリ除去加工とを交互に実行
する。
Therefore, in this embodiment, a machine tool having a tool changer is used, or a machine tool is provided with a tool changer to hold at least two rotary tools of the same shape and to remove the burr. At least one of them is held, and a rotating tool different from the rotating tool used immediately after the treatment by the deburring tool is selected, and the surface treatment by friction stirring and the deburring processing generated by this surface treatment are alternately performed. To run.

【0059】この方法によって、回転工具1本あたりの
待機時間はバリ除去加工時間から表面処理時間×回転工
具保持数だけ延長でき、その待機時間の間に回転工具の
温度を低下できるので、工具自体や主軸の熱膨張に伴う
表面改質領域の深さのバラツキを抑えることができる。
By this method, the waiting time per rotating tool can be extended from the burr removal processing time by the surface treatment time × the number of holdings of the rotating tool, and the temperature of the rotating tool can be lowered during the waiting time. It is possible to suppress the variation in the depth of the surface modification region due to the thermal expansion of the spindle.

【0060】図15は、工具駆動手段としての工作機械
の概略正面図である。
FIG. 15 is a schematic front view of a machine tool as a tool driving means.

【0061】図15に示すように、工作機械100は、
回転工具4やバリ除去工具Tを着脱可能に支持するツー
ルチェンジャ101と、NC制御プログラムに従って回
転工具4又はバリ除去工具Tを選択して工具中心軸まわ
りに回転すると共に、上下方向に移動可能な主軸102
と、工具に対向してワークを保持すると共に、ワークを
工具に対して相対的に2次元的に移動させるXYテーブ
ル103とを備え、不図示のコントローラに格納された
NC制御プログラムに従って数値制御される。ワーク
は、XYテーブル103に対して加工基準穴22(図1
4参照)で位置決めされて保持される。
As shown in FIG. 15, the machine tool 100 is
A tool changer 101 that removably supports the rotary tool 4 and the burr removal tool T, and the rotary tool 4 or the burr removal tool T is selected according to an NC control program to rotate around the tool center axis and can move vertically. Spindle 102
And an XY table 103 that holds the work facing the tool and moves the work two-dimensionally relative to the tool, and is numerically controlled according to an NC control program stored in a controller (not shown). It The workpiece is the machining reference hole 22 (see FIG.
4) and positioned and held.

【0062】本実施形態の第1処理例としては、ツール
チェンジャ101に同形状の5本の回転工具4A−4
E、1本のバリ除去工具としてのフライスカッターT1
とを保持させ、ワーク1個あたりの処理時間は約6分
で、その内訳は、ワーク交換に1分20秒、表面処理に
4分、バリ除去加工に1分20秒とし、最初の回転工具
4Aを使用した後、図16に示す手順にて工具を順次交
換して連続的に31個のワークを処理している。
As a first processing example of this embodiment, the tool changer 101 includes five rotary tools 4A-4 having the same shape.
E, Milling cutter T1 as one burr removal tool
, And the processing time per work piece is about 6 minutes. The breakdown is 1 minute 20 seconds for work replacement, 4 minutes for surface treatment, 1 minute 20 seconds for deburring processing, the first rotating tool After using 4A, the tools are sequentially replaced in the procedure shown in FIG. 16 to continuously process 31 workpieces.

【0063】尚、ツールチェンジャ101に取り付ける
回転工具本数としては、ある回転工具を使用した後、そ
の回転工具を次に使用するまでの時間が少なくとも20
分以上あって、十分冷却できる時間が好ましい。
The number of rotary tools attached to the tool changer 101 is at least 20 after the use of a certain rotary tool until the next use of the rotary tool.
It is preferable that the time is longer than a minute and sufficient cooling is possible.

【0064】そして、最初の回転工具4Aを使用して処
理した1個目、11個目,21個目,31個目の夫々の
ワークについて処理開始直前に温度計を用いて直接回転
工具の表面温度を測定した。
The surface of the rotary tool was directly measured by using a thermometer for each of the first, 11th, 21st and 31st workpieces processed by using the first rotary tool 4A immediately before the start of processing. The temperature was measured.

【0065】また、本実施形態の第2処理例としては、
ツールチェンジャ101に各々1本の回転工具4とフラ
イスカッターT1とを保持させ、ワーク1個あたりの処
理時間やその内訳は第1処理例と同一条件として、図1
7に示す手順にて交互に工具を交換して連続的に31個
のワークを処理している。
Further, as a second processing example of this embodiment,
The tool changer 101 holds one rotary tool 4 and one milling cutter T1, respectively, and the processing time per work piece and its breakdown are the same as those in the first processing example.
In the procedure shown in FIG. 7, the tool is exchanged alternately and 31 workpieces are continuously processed.

【0066】同様に、最初の回転工具4Aを使用して処
理した1個目、11個目,21個目,31個目の夫々の
ワークについて処理開始直前に温度計を用いて直接回転
工具の表面温度を測定した。
Similarly, for each of the first, eleventh, twenty-first and thirty-first workpieces processed by using the first rotary tool 4A, the rotary tool of the rotary tool is directly used immediately before the start of processing. The surface temperature was measured.

【0067】図18は、第1処理例及び第2処理例によ
る31個目の連続処理が終了した後の1個目、11個
目,21個目,31個目の各ワークについて測定した温
度及び処理深さを示し、第1処理例によるといずれのワ
ークについても処理深さが略一定であり内部未充填欠陥
も発生せず、回転工具の表面温度も大きく変化せず良好
な結果が得られた。
FIG. 18 shows the temperatures measured for the first, eleventh, twenty-first, and thirty-first workpieces after the 31st continuous treatment by the first and second treatment examples is completed. According to the first processing example, the processing depth is substantially constant, no internal unfilled defects occur, and the surface temperature of the rotary tool does not change significantly, and good results are obtained. Was given.

【0068】一方、第2処理例では、1個目から11個
目,11個目から21個目での回転工具の表面温度が急
激に上昇し、それに伴って処理深さも次第に大きくなり
21個目と31個目のワークに内部未充填欠陥が発生し
ていた。
On the other hand, in the second processing example, the surface temperature of the rotary tool from the first to the eleventh and from the eleventh to the twenty-first rapidly increases, and the processing depth gradually increases accordingly. Internal unfilled defects occurred in the eye and the 31st work.

【0069】上記第1処理例のように、回転工具1本あ
たりの処理時間をワーク1個あたりの処理時間×回転工
具数(約30分)とし、回転工具の実質的な待機時間を
約6分確保した場合には、回転工具に蓄積された摩擦熱
が待機時間内に放熱され、ワーク11個目以降は略一定
の温度となっており、処理深さのバラツキ幅も0.15
mmであるが工具温度や累積処理数との相関関係は認め
られない。
As in the first processing example, the processing time per rotating tool is the processing time per workpiece × the number of rotating tools (about 30 minutes), and the substantial waiting time of the rotating tools is about 6 minutes. When the amount is secured, the frictional heat accumulated in the rotary tool is radiated within the waiting time, the temperature after the eleventh work is almost constant, and the variation width of the processing depth is 0.15.
Although it is mm, there is no correlation with the tool temperature or the cumulative number of processes.

【0070】これに対して、第2処理例では、回転工具
の待機時間が約2分しかないため、回転工具に蓄積され
た摩擦熱が放熱される前に次の処理が開始されることに
なり、累積処理数が21個目に達するまでの間は時間の
経過とともに工具の表面温度と処理深さが増加する傾向
にある。処理深さが時間経過とともに増加するのは、熱
膨張によって工具の押し込み量が増加したためであり、
21個目と31個目にのみ未充填欠陥が発生したのも熱
膨張によって工具の押し込み量が増加したためである。
On the other hand, in the second processing example, since the waiting time of the rotary tool is only about 2 minutes, the next processing is started before the frictional heat accumulated in the rotary tool is radiated. Therefore, the surface temperature of the tool and the processing depth tend to increase with the passage of time until the cumulative number of processed objects reaches the 21st. The processing depth increases with the lapse of time because the amount of tool indentation increases due to thermal expansion.
The reason why the unfilled defects occurred only in the 21st and 31st parts was that the amount of pushing of the tool increased due to thermal expansion.

【0071】尚、第2処理例の場合には、第1処理例と
同じ条件では良好な結果を得ることができないが、回転
工具の移動軌跡が長く(処理時間が長く)、要求される
処理深さが大きく、且つ表面改質領域でのワーク肉厚が
大きい場合には、有効な処理手順になり得る。また、送
風などにより回転工具を強制的に冷却してもよい。 [他の処理例]上記ツールチェンジャによる表面処理以
外の他の処理例として、摩擦撹拌による表面処理開始直
前に温度センサなどを用いて回転工具の表面温度を測定
し、或いはタッチセンサなどを用いて回転工具の熱膨張
量を測定して、これら測定値に応じて回転工具の押し込
み量を補正したり、予め複数のNC制御プログラムを用
意しておき、ワークごとの測定値に対応した適切なNC
制御プログラムを選択して表面処理を実行してもよい。
In the case of the second processing example, good results cannot be obtained under the same conditions as in the first processing example, but the moving path of the rotary tool is long (processing time is long), and the required processing is performed. When the depth is large and the work thickness in the surface modification region is large, it can be an effective processing procedure. Further, the rotary tool may be forcibly cooled by blowing air or the like. [Other processing example] As another processing example other than the surface treatment by the tool changer, the surface temperature of the rotary tool is measured by using a temperature sensor or the like immediately before the surface treatment by friction stirring is started, or by using a touch sensor or the like. Measure the amount of thermal expansion of the rotating tool and correct the pushing amount of the rotating tool according to these measured values, or prepare multiple NC control programs in advance, and select the appropriate NC corresponding to the measured value for each workpiece.
A surface treatment may be performed by selecting a control program.

【0072】この方法によって、回転工具が摩擦熱によ
り熱膨張した場合でも、工具押し込み量は略一定になる
よう制御でき、表面改質領域の深さのバラツキや内部未
充填欠陥の発生をを抑えることができる。
By this method, even when the rotary tool thermally expands due to frictional heat, the tool indentation amount can be controlled to be substantially constant, and the variation in the depth of the surface modification region and the occurrence of internal unfilled defects can be suppressed. be able to.

【0073】具体的な処理例としては、ワーク1つあた
りの処理時間は約7分で、その内訳は、(i)ワーク交
換に1分20秒、(ii)回転工具の表面温度測定に1
分10秒、(iii)回転工具の熱膨張量測定に30
秒、(iv)表面処理に4分とし、(i)→(iv)の
順番での処理手順とする。
As a concrete example of processing, the processing time for one work is about 7 minutes, and the details are as follows: (i) 1 minute and 20 seconds for changing the work, (ii) 1 for measuring the surface temperature of the rotary tool.
Min 10 seconds, (iii) 30 for measuring the thermal expansion of rotating tools
Second, the surface treatment is (iv) 4 minutes, and the processing sequence is (i) → (iv).

【0074】そして、上記(ii)の表面温度測定は、
図19に示す回転工具4のショルダ部3外周側面の軸方
向中央部3aを測定部位として接触温度計などを用いて
行う。また、(iii)の回転工具4の熱膨張量測定
は、図19に示す回転工具4のショルダ部3外周側面に
形成された段差部3bの変位量を測定部位としてダイヤ
ルゲージなどを用いて行う。段差部3bは、回転工具4
の先端部に可能な限り近く且つワーク内部に挿入されな
い部位を研削加工して形成される。回転工具4の突出部
2先端やショルダ部3端面を測定部位にしていないの
は、これらの部位は表面処理によって撹拌された材料が
付着し、熱膨張量に材料の膜厚が付加された値が測定さ
れてしまうからである。
The surface temperature measurement of (ii) above is
A contact thermometer or the like is used as an axial center portion 3a of the outer peripheral side surface of the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 shown in FIG. Further, the measurement of the thermal expansion amount of the rotary tool 4 in (iii) is performed by using a dial gauge or the like as the measurement site for the displacement amount of the step portion 3b formed on the outer peripheral side surface of the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 shown in FIG. . The step portion 3b is the rotary tool 4
It is formed by grinding a portion that is as close as possible to the tip of the and is not inserted into the work. The tip of the protruding portion 2 of the rotary tool 4 and the end surface of the shoulder portion 3 are not used as measurement sites because the materials agitated by the surface treatment adhere to these sites and the value obtained by adding the film thickness of the material to the thermal expansion amount. Is measured.

【0075】図20は、上記処理手順による10個のワ
ークを1本の回転工具にて連続的に処理した時の工具の
表面温度及び熱膨張による工具位置計測データを示し、
累積処理数の増加に伴い回転工具の表面温度が上昇する
と共に、温度上昇によって工具が熱膨張して軸方向に伸
びていることがわかる。従って、同一のNC制御プログ
ラムならば、回転工具の熱膨張によって工具の押し込み
量が変化し、結果として、処理深さにバラツキが生じる
と共に、内部未充填欠陥が発生することになる。
FIG. 20 shows tool position measurement data based on the surface temperature and thermal expansion of the tool when 10 rotary workpieces are continuously processed by one rotary tool according to the above processing procedure,
It can be seen that the surface temperature of the rotary tool rises as the cumulative number of treatments increases, and the tool thermally expands and extends in the axial direction due to the temperature rise. Therefore, if the same NC control program is used, the amount of tool indentation changes due to the thermal expansion of the rotating tool, resulting in variations in the processing depth and internal non-filling defects.

【0076】上記結果に基づき、回転工具を工作機械
の主軸に取り付け、摩擦撹拌による表面処理開始直前に
熱膨張量測定部位の鉛直方向位置をタッチセンサなどを
用いて測定し、この測定値に応じて工具の押し込み量を
補正或いは適切なNC制御プログラムを選択・変更して
工具の押し込み量を一定に制御する。
Based on the above results, the rotary tool was attached to the spindle of the machine tool, and the vertical position of the thermal expansion measurement site was measured using a touch sensor or the like immediately before the start of the surface treatment by friction agitation. The tool pushing amount is corrected or a proper NC control program is selected and changed to control the tool pushing amount to a constant value.

【0077】図20に示した工具の表面温度と熱膨張
量の間には、下記関数式に示される相関関係が認められ
ることにより、工具の熱膨張量の代用特性として工具の
表面温度を表面処理開始前に測定し、この測定値に応じ
て工具の押し込み量を補正或いは適切なNC制御プログ
ラムを選択・変更して工具の押し込み量を一定に制御す
る。
Since the correlation shown by the following functional expression is recognized between the surface temperature of the tool and the amount of thermal expansion shown in FIG. 20, the surface temperature of the tool is used as a surrogate characteristic of the amount of thermal expansion of the tool. The measurement is performed before the processing is started, and the tool pressing amount is corrected according to the measured value, or an appropriate NC control program is selected and changed to control the tool pressing amount to be constant.

【0078】(ΔT−T)×α×L=ΔL 但し、T:回転工具の初期表面温度、ΔT:回転工具の
温度上昇後の表面温度、L:回転工具の初期長さ、Δ
L:温度ΔT上昇後(熱膨張後)の回転工具の長さ、
α:回転工具の線膨張係数 尚、図20に示した工具の表面温度と熱膨張量の間に
は、相関係数R≒0.975の相関関係が認められるの
で、工具の熱膨張量の代用特性として工具の表面温度を
表面処理開始前に測定し、この測定値と相関係数に応じ
て工具の押し込み量を補正或いは適切なNC制御プログ
ラムを選択・変更して工具の押し込み量を一定に制御し
てもよい。
(ΔT−T) × α × L = ΔL where T: initial surface temperature of the rotary tool, ΔT: surface temperature of the rotary tool after temperature rise, L: initial length of the rotary tool, Δ
L: Length of rotary tool after temperature ΔT rises (after thermal expansion),
α: Coefficient of linear expansion of rotating tool Since a correlation coefficient R≈0.975 is recognized between the surface temperature and the amount of thermal expansion of the tool shown in FIG. 20, the coefficient of thermal expansion of the tool As a substitute characteristic, the tool surface temperature is measured before the surface treatment is started, and the tool pressing amount is corrected according to the measured value and the correlation coefficient, or the tool pressing amount is fixed by selecting / changing an appropriate NC control program. You may control to.

【0079】上記又はのいずれか一方、又は両方を
併用することで、回転工具の温度上昇に起因して工具や
工作機械の主軸が熱膨張しても、処理深さを安定させる
ことができる。 [表面処理部材の欠陥検査方法]表面改質領域に発生す
る欠陥は、一般に人間の目視観察によって検出している
が、欠陥の大きさが小さくなると目視での検出が困難に
なる。また、本実施形態のような摩擦撹拌による表面処
理の場合、ワーク表面にバリが発生するためにバリに覆
われた部分の欠陥を目視で検出するのは一層困難にな
る。
By using one or both of the above or both, even if the tool or the spindle of the machine tool thermally expands due to the temperature rise of the rotary tool, the processing depth can be stabilized. [Inspection Method for Defects of Surface-treated Member] Generally, a defect generated in the surface-modified region is detected by human visual observation. However, if the size of the defect becomes small, it becomes difficult to detect it visually. Further, in the case of the surface treatment by friction stirring as in this embodiment, burrs are generated on the surface of the work, so that it becomes more difficult to visually detect a defect in a portion covered with burrs.

【0080】そこで、本実施形態では、摩擦撹拌による
表面処理中において、電力計や周波数測定器などを用い
て工作機械の主軸電力波形をモニタし、パソコンなどの
演算機器によって回転工具がワーク表面に接触しワーク
表面から引き抜かれるまでの消費電力量を演算し、或い
は表面処理開始前のワーク表面温度を温度センサなどに
より予め測定する。
Therefore, in the present embodiment, during the surface treatment by friction stirring, the power waveform of the spindle of the machine tool is monitored using a power meter, a frequency measuring instrument, etc., and the rotary tool is applied to the work surface by a computing device such as a personal computer. The amount of power consumed until the workpiece comes into contact with the workpiece and is pulled out from the workpiece surface is calculated, or the workpiece surface temperature before the surface treatment is started is measured in advance by a temperature sensor or the like.

【0081】そして、処理直後にワーク温度と消費電力
量との関係をパソコンなどを用いて解析し、消費電力量
が異常に高い値を示した時には欠陥発生とみなして警告
を発する。
Immediately after the processing, the relationship between the work temperature and the power consumption is analyzed using a personal computer or the like, and when the power consumption shows an abnormally high value, it is considered that a defect has occurred and a warning is issued.

【0082】具体的には、所定寸法(例えば、長さ15
0mm×幅35mm×厚さ20mmの)のアルミニウム
合金製鋳物をワークとして用い、回転工具をNC工作機
械の主軸に取り付け、ワーク表面に対して回転工具の移
動軌跡が100mmとなるように、図21に示す処理条
件に従って摩擦撹拌による表面処理を実行する。
Specifically, a predetermined size (for example, length 15
Using an aluminum alloy casting (0 mm × width 35 mm × thickness 20 mm) as a work, the rotary tool is attached to the spindle of the NC machine tool, and the movement trajectory of the rotary tool with respect to the work surface is 100 mm. Surface treatment by friction stirring is performed according to the treatment conditions shown in.

【0083】また、上記条件で連続して処理を行うと、
発生する摩擦熱がワークを保持する治具に伝わり次のワ
ークに治具の熱が伝導してしまうため、表面処理開始直
前のワークの表面温度を接触温度計などで測定する。
Further, when the processing is continuously performed under the above conditions,
Since the frictional heat generated is transmitted to the jig holding the work and the heat of the jig is conducted to the next work, the surface temperature of the work just before the start of the surface treatment is measured with a contact thermometer or the like.

【0084】また、主軸モータへの電力の供給ラインに
電力計を取り付け、この測定値をパソコンに転送するよ
うに構成して、図22に示す主軸電力波形が得られる。
更に、予め主軸空転時(無負荷時)の消費電力量を演算
しておき、その値を基準値として主軸電力波形を積分す
ることで表面処理に要した主軸消費電力量を演算する。
Further, a power meter is attached to the power supply line to the spindle motor and the measured value is transferred to a personal computer, whereby the spindle power waveform shown in FIG. 22 is obtained.
Further, the power consumption amount when the spindle is idling (no load) is calculated in advance, and the spindle power waveform required for the surface treatment is calculated by integrating the spindle power waveform using the value as a reference value.

【0085】図23は、ワークごとの表面処理開始前の
ワーク表面温度の測定値と主軸消費電力量の関係を示
し、別途目視にて表面改質領域の欠陥を検査したとこ
ろ、図中62.2℃−113.18KWsの位置に対応
するワークに欠陥が認められた。
FIG. 23 shows the relationship between the measured value of the work surface temperature and the power consumption of the spindle before the start of the surface treatment for each work. When the defects in the surface modification region are visually inspected, 62. A defect was recognized in the work corresponding to the position of 2 ° C-113.18 KWs.

【0086】そこで、上記目視による検査結果と図24
に示す結果との間に相関関係があるか確認すると、図2
4に示すようにワーク表面温度に比べて消費電力量が高
めの値を示したワークの測定結果との間に高い相関関係
が認められる。
Therefore, the above visual inspection results and FIG.
When it is confirmed whether there is a correlation with the results shown in Fig.
As shown in FIG. 4, there is a high correlation with the measurement result of the work in which the power consumption is higher than the work surface temperature.

【0087】従って、上記図24のワーク温度と主軸消
費電力量との間の略線形な相関関係を用いて、ワーク温
度と消費電力量の各測定値が、予め決められた閾値を超
えている場合に、該当する処理でのワークには欠陥が発
生しているとみなして警告を発することにより、目視に
よる工数を省くことができ、組立ライン上においてオン
ラインによる遠隔操作にてワークの良否を判定できるこ
とになる。
Therefore, each measured value of the work temperature and the power consumption exceeds the predetermined threshold value by using the substantially linear correlation between the work temperature and the spindle power consumption of FIG. In this case, it is possible to save man-hours by visual inspection by assuming that the work in the corresponding process has a defect and issuing a warning, and judge the quality of the work by remote control online on the assembly line. You can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る実施形態の表面処理方法を実施す
るための摩擦撹拌装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a friction stirrer for carrying out a surface treatment method according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の回転工具付近の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the rotary tool of FIG.

【図3】回転工具の先端部位の詳細図である。FIG. 3 is a detailed view of a tip portion of the rotary tool.

【図4】本実施形態のアルミニウム合金の成分比率を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a component ratio of the aluminum alloy of this embodiment.

【図5】(a)は先端ピン長さに応じた処理深さを示す
図、(b)は先端ピン長さPLを示す図、(c)は最大
処理深さDmaxを示す図である。
5A is a diagram showing a processing depth according to a tip pin length, FIG. 5B is a diagram showing a tip pin length PL, and FIG. 5C is a diagram showing a maximum processing depth Dmax.

【図6】ピン状工具の回転数及び送り速度に応じた処理
深さを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a processing depth according to a rotation speed and a feed speed of a pin-shaped tool.

【図7】本実施形態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕
上げ加工前のディーゼルエンジン用シリンダヘッド素材
のポート付近の基本形状を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a basic shape near a port of a cylinder head material for a diesel engine before finishing, which is subjected to surface treatment by friction stirring according to the present embodiment.

【図8】図7のI−I断面図である。8 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 7.

【図9】本実施形態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕
上げ加工前のディーゼルエンジン用シリンダヘッド素材
のポート付近の特徴的な形状を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a characteristic shape near a port of a cylinder head material for a diesel engine before finishing, which is subjected to a surface treatment by friction stirring according to the present embodiment.

【図10】図9のII−II断面図である。10 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.

【図11】本実施形態のディーゼルエンジン用シリンダ
ヘッドの製造工程を説明するフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the cylinder head for a diesel engine of the present embodiment.

【図12】本実施形態の表面処理例を示す弁間部の断面
図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of an intervalve portion showing a surface treatment example of the present embodiment.

【図13】本実施形態の表面処理に対する比較例を示す
弁間部の断面図である。
FIG. 13 is a sectional view of an intervalve portion showing a comparative example with respect to the surface treatment of the present embodiment.

【図14】本実施形態の摩擦撹拌処理を用いた直列多気
筒のディーゼルエンジンのシリンダヘッドの表面処理に
ついて説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a surface treatment of a cylinder head of an in-line multi-cylinder diesel engine using the friction stir treatment of the present embodiment.

【図15】工具駆動手段としての工作機械の概略正面図
である。
FIG. 15 is a schematic front view of a machine tool as a tool driving unit.

【図16】ツールチェンジャによる表面処理の第1処理
例を説明する図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a first processing example of surface processing by a tool changer.

【図17】ツールチェンジャによる表面処理の第2処理
例を説明する図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a second processing example of surface processing by a tool changer.

【図18】第1処理例と第2処理例における工具温度と
処理深さとを経時的に比較した図である。
FIG. 18 is a view showing a temporal comparison of tool temperature and processing depth in the first processing example and the second processing example.

【図19】回転工具の温度測定部位と位置測定部位とを
示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a temperature measurement portion and a position measurement portion of the rotary tool.

【図20】10個のワークを1本の回転工具にて連続的
に処理した時の工具の表面温度及び熱膨張による工具位
置計測データを示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing tool position measurement data based on the surface temperature and thermal expansion of a tool when 10 workpieces are continuously processed by one rotary tool.

【図21】摩擦撹拌による表面処理条件を示す図であ
る。
FIG. 21 is a diagram showing a surface treatment condition by friction stirring.

【図22】摩擦撹拌による表面処理時の主軸電力波形を
示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a spindle power waveform during surface treatment by friction stirring.

【図23】摩擦撹拌処理後の目視による欠陥検査結果を
示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing the result of visual inspection of defects after friction stir processing.

【図24】摩擦撹拌処理直前のワーク温度と主軸電力波
形の積分値との相関関係を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a correlation between a work temperature immediately before friction stir processing and an integral value of a spindle power waveform.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 摩擦撹拌装置 2 突出部 3 ショルダ部 4 回転工具 5 工具駆動手段 14 吸気ポート開口部 15 排気ポート開口部 16 弁間部 17,18 梁 H シリンダヘッド素材 1 Friction stirrer 2 protrusion 3 shoulder section 4 rotating tools 5 Tool driving means 14 Intake port opening 15 Exhaust port opening 16 valve area 17,18 beams H cylinder head material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B23K 20/12 310 B23K 20/12 310 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // B23K 20/12 310 B23K 20/12 310

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 工作機械の工具支持手段に着脱可能に支
持された回転工具をワーク表面に挿入し、当該回転工具
の回転で発生する摩擦熱によりワーク表面を溶融させる
ことなく撹拌して改質する表面処理方法であって、 前記ワークの表面処理領域を前記回転工具により撹拌
し、 前記回転工具を前記ワークのバリを除去するバリ除去工
具に変更し、 前記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理するこ
とを特徴とする表面処理方法。
1. A rotary tool, which is detachably supported by a tool support means of a machine tool, is inserted into the surface of a work, and the work surface is agitated without being melted by frictional heat generated by the rotation of the rotary tool to modify the work. In the surface treatment method, the surface treatment area of the work is stirred by the rotary tool, the rotary tool is changed to a burr removal tool for removing burrs of the work, and the surface treatment area is changed by the burr removal tool. A surface treatment method comprising treating the surface.
【請求項2】 前記回転工具を複数有し、前記バリ除去
工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異な
る回転工具を選択することを特徴とする請求項1に記載
の表面処理方法。
2. The surface treatment method according to claim 1, further comprising a plurality of the rotary tools, and selecting a rotary tool different from the rotary tool used immediately before after the treatment with the deburring tool.
【請求項3】 工作機械の工具支持手段に着脱可能に支
持された回転工具をワーク表面に挿入し、当該回転工具
の回転で発生する摩擦熱によりワーク表面を溶融させる
ことなく撹拌して改質する表面処理装置であって、 前記ワークの表面処理領域を前記回転工具により撹拌す
る回転工具駆動手段と、 前記回転工具を前記ワークのバリを除去するバリ除去工
具に変更する工具変更手段と、 前記工具駆動手段は、前記表面処理領域を前記バリ除去
工具により処理するバリ除去工具駆動手段とを具備する
ことを特徴とする表面処理装置。
3. A rotary tool, which is detachably supported by a tool support means of a machine tool, is inserted into a work surface, and the work surface is agitated without being melted by frictional heat generated by the rotation of the rotary tool to modify the work surface. Which is a surface treatment apparatus, wherein the surface treatment area of the work is agitated by the rotary tool, a rotary tool driving means, a tool changing means for changing the rotary tool to a burr removal tool for removing a burr of the work, The tool driving means comprises a deburring tool driving means for processing the surface treatment area with the deburring tool.
【請求項4】 工作機械の工具支持手段に着脱可能に支
持された回転工具を部材表面に挿入し、当該回転工具の
回転で発生する摩擦熱により部材表面を溶融させること
なく撹拌して改質する表面処理が施された部材であっ
て、 前記部材の表面処理領域を前記回転工具により撹拌した
摩擦撹拌部と、 前記回転工具による摩擦撹拌後、前記表面処理領域のバ
リを除去するバリ除去工具に変更して処理したバリ除去
部とを具備することを特徴とする部材。
4. A rotary tool, which is detachably supported by a tool support means of a machine tool, is inserted into the surface of a member, and the frictional heat generated by the rotation of the rotary tool is agitated without melting the surface of the member for modification. A member which has been subjected to a surface treatment, wherein the surface treatment area of the member is agitated by the rotary tool, and a burr removal tool for removing burr in the surface treatment area after friction agitation by the rotary tool. And a burr removing section which is processed by changing the above.
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