JP2010269364A - 摩擦圧接方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】中空部を備えた製品の摩擦圧接方法及び接合部の品質向上に好適な摩擦圧接方法の提供を目的とする。
【解決手段】主軸モーターにて回転駆動制御し、少なくとも一方は、送りサーボモーターにてZ軸方向送り量を制御した回転チャックを左右に対向配置し、左右の回転チャックの間に少なくとも一台の刃物台を有し、一方の回転チャックにワークW1をチャック固定し、他方の回転チャックにワークW2をチャック固定し、刃物台に取り付けたツールにてワークW1とW2とのうち、少なくとも一方のワークに端面凹部内径加工を施した後に、ワークW1とW2とを摩擦圧接することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ワーク同士を摩擦圧接接合する方法に関し、特に、中空部を形成した摩擦圧接製品製造及び接合部の品質維持を図るのに好適である。
ワーク同士の接合面に回転摩擦力を生じさせ、この摩擦で生じた発熱エネルギーを利用し、押圧、固相圧接接合する技術は公知である(特許文献1)。
この種の摩擦圧接法では、接合面が局部的に溶融するまで発熱させた後にワーク間に大きな押圧力を加えることになるので、接合品質にバラツキが生じやすく、特に中空部を必要とする製品の製造に適用するのが難しかった。
特開2008−272834号公報
本発明は、中空部を備えた製品の摩擦圧接方法及び接合部の品質向上に好適な摩擦圧接方法の提供を目的とする。
本発明に係る摩擦圧接方法は、主軸モーターにて回転駆動制御し、少なくとも一方は、送りサーボモーターにてZ軸方向送り量を制御した回転チャックを左右に対向配置し、左右の回転チャックの間に少なくとも一台の刃物台を有し、一方の回転チャックにワークW1をチャック固定し、他方の回転チャックにワークW2をチャック固定し、刃物台に取り付けたツールにてワークW1とW2とのうち、少なくとも一方のワークに端面凹部内径加工を施した後に、ワークW1とW2とを摩擦圧接することを特徴とする。
ここで、送りサーボモーターは、加圧プログラムによりサーボ制御されている。
従って、主軸モーターにて回転駆動制御し、少なくとも一方は、送りサーボモーターにてZ軸方向送り量を制御した回転チャックを左右に対向配置し、一方の回転チャックにワークW1をチャックし、他方の回転チャックにワークW2をチャックし、ワークW1を回転させながらワークW2に据え込み圧を加圧する際又は/及びワークW1の回転を停止し、ワークW2にアプセット圧を加圧する際にZ軸方向の目標送り量範囲と目標加圧力範囲をプログラム設定し、目標加圧力まで到達していないのに目標送り量上限まで到達した場合には加圧力不足と判定し、目標加圧力上限まで到達しているのに目標送り量範囲まで到達していない場合には加圧量不足と判定することが可能である。
なお、据え込み圧とは、回転摩擦時に必要な発熱量が生じるように押圧する圧力をいい、アプセット圧とは、接合面が溶融し、その後に固相接合が生じるように押圧する圧力をいう。
本発明においては、主軸モーターにより回転駆動制御された回転チャックを対向配置し、その少なくとも一方に送りサーボモーターを設けてZ軸方向送り量を制御することにより、接合部の加圧力と加圧量の制御及び最適な接合条件が管理できる。
また、対向配置した回転チャックの他に刃物台を備えると、ワークの内径加工を行い、凹部を形成した後に摩擦圧接でき、中空部を有する製品を得ることが可能である。
ワークの内径を旋削し、中空部を有する製品を摩擦圧接法にて製造する方法例を示す。 摩擦圧接における据え込み工程とアプセット工程を加圧プログラムにより加圧制御する例を示す。 本発明に用いる摩擦圧接機の構成例を示す。
本発明に係る摩擦圧接機の構成例を図3に基づいて説明する。
ベース1の上の左側にL側主軸20とこの主軸モーターにより回転駆動制御されたL側チャック21を有する。
L側主軸と軸線が一致するように右側にR側主軸10を対向配置し、この主軸モーターにはR側チャック11が回転駆動制御されている。
本実施例では、R側主軸10がR側送りモーター12とボールネジ13とにてZ軸方向に移動制御された例になっている。
左右対向配置した2つの主軸は少なくとも一方がZ軸方向に位置制御された送りモーターを有すればよい。
R側送りモーター12はサーボモーターになっていて、摩擦圧接接合工程において据え込み圧力とアプセット圧力(押圧力)が得られるようになっている。
なお、本明細書においては、主軸の軸線方向をZ軸、ベース面に平行でZ軸と直角方向をX軸、ベース面に垂直方向をY軸と表現する。
L側主軸20とR側主軸10との軸線上より図3の紙面上側には第1タレット31を有する第1刃物台30を備える。
第1刃物台30は、ボールネジ32aを介してZ軸方向移動制御する送りモーター32と、主軸線と直交する方向から主軸線に向けてX軸方向送り位置制御する送りモーター33及びY軸方向位置制御する送りモーター34を有している。
第1タレット31は旋回割り出し装置35により割り出し可能になっている。
同様に主軸線の下側には第2タレット41を有する第2刃物台40が備えられている。
第2刃物台40もボールネジ42aを有する送りモーター42、送りモーター43,44にてそれぞれZ軸方向、X軸方向、Y軸方向の位置が制御されている。
また、第2タレット41は、旋回割り出し装置45により割り出し可能になっている。
なお、本実施例では2組のタレットからなる2タレットタイプを示したが、1タレットタイプ、3タレットタイプや4タレットタイプでもよい。
また、刃物台はB軸廻り制御された刃物台が備えられていてもよい。
次に、図1に基づいて、中空部を有する製品の製造例について説明する。
図1(a)に示すように、L側チャック21に第1のワークW1をチャックし、このワークW1はL側主軸20により回転駆動制御される。
また、R側チャック11に第2のワークW2をチャックし、このワークW2はR側主軸10により回転駆動制御される。
第1刃物台30又は第2刃物台40を用いて、バイドツール36,37等にてワークW1とW2との端面から旋削し、所定形状の凹部d,dを形成する。
なお、凹部形状に限定はなく、片方のワークのみに凹部を形成してもよい。
次に図1(c)に示すようにワークW1とW2との一方又は両方を回転させて、摩擦熱を発生させる。
この際に、本実施例では、R側主軸10に据え込み力を加えて、接触面が軟化溶融するまで所定の加圧力と加圧量が生じるように加圧プログラムによりR側送りサーボモーターが制御されている。
また、接触面が発熱し、溶融状態になるとチャックの回転が停止し、R側送りサーボモーターにて加圧プログラムにより、アプセット力が加えられる。
これにより摩擦圧接工程が終了し、中空部d,dを有する製品が得られる。
摩擦圧接工程における加圧制御方法を図2の模式図に基づいて説明する。
図2(a)に示すように据え込み工程のおいては、L側主軸20が回転し、R側主軸10がZ軸方向L側主軸20に向けて据え込み力が生じるように加圧される。
この加圧制御は送りサーボモーター12を加圧プログラム制御することで行われる。
ワークW1とW2との接触面が適正に発熱し、理想的な溶融状態になるには、ワークW2の接触面が所定のZ軸座標範囲まで移動する加圧量(送り量)と目標の設定加圧力範囲まで昇圧する必要がある。
そこで、加圧プログラムに沿って、ワークW1の回転速度、回転時間が制御され、R側主軸10に加圧力fが生じるように制御される。
この際に、ワークW2に目標設定した範囲の加圧力fが生じる前に目標Z座標の上限Zに接触面が移動した場合には、加圧不足として警告アラームが鳴るようになっている。
これにより、据え込み工程が正常であるか否かの判定がなされる。
同様に、図2に示すようにアプセット工程においても目標設定された範囲の加圧力fと目標送り量Z座標範囲Zをプログラムに入力しておき、ワークW2の送り量及び加圧力が正常であるか否かをアラームにて知らせるようになっている。
これにより、安定した接合品質が得られ、中空形状を有する製品の製造も容易になる。
10 R軸主軸
11 R側チャック
12 R側送りモーター
20 L側主軸
21 L側チャック
30 第1刃物台
31 第1タレット
40 第2刃物台
41 第2タレット

Claims (2)

  1. 主軸モーターにて回転駆動制御し、少なくとも一方は、送りサーボモーターにてZ軸方向送り量を制御した回転チャックを左右に対向配置し、
    左右の回転チャックの間に少なくとも一台の刃物台を有し、一方の回転チャックにワークW1をチャック固定し、他方の回転チャックにワークW2をチャック固定し、刃物台に取り付けたツールにてワークW1とW2とのうち、少なくとも一方のワークに端面凹部内径加工を施した後に、ワークW1とW2とを摩擦圧接することを特徴とする摩擦圧接方法。
  2. 主軸モーターにて回転駆動制御し、少なくとも一方は、送りサーボモーターにてZ軸方向送り量を制御した回転チャックを左右に対向配置し、
    一方の回転チャックにワークW1をチャックし、他方の回転チャックにワークW2をチャックし、ワークW1を回転させながらワークW2に据え込み圧を加圧する際又は/及びワークW1の回転を停止し、ワークW2にアプセット圧を加圧する際にZ軸方向の目標送り量範囲と目標加圧力範囲をプログラム設定し、目標加圧力まで到達していないのに目標送り量上限まで到達した場合には加圧力不足と判定し、
    目標加圧力上限まで到達しているのに目標送り量範囲まで到達していない場合には加圧量不足と判定することを特徴とする摩擦圧接方法。
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