JP2011025281A - 摩擦圧接方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定したヒーリング加圧とアプセット加圧を得ることができ、ワーク間の位相合せも容易な摩擦圧接方法の提供を目的とする。
【解決手段】２つのワークＷ１，Ｗ２を摩擦圧接する方法であって、一方のワークＷ１を回転駆動制御された主軸Ｌにチャッキングし、他方のワークＷ２を相互の接合面が対向するように他の対向主軸Ｒ又はクランプ装置Ｒにチャッキングし、主軸Ｌを回転することでワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に摩擦発熱接触させながら回転させ、対向する主軸Ｒ又はクランプ装置ＲをＺ軸方向のヒーリング加圧目標座標まで到達するように移動制御するステップと、次に前記主軸Ｒ又はクランプ装置Ｒをアプセット加圧目標座標まで到達するように移動制御するステップとを有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、安定した加圧推力と接合面の位相合せを得るのに効果的である。
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、固相圧接接合する技術は公知であるが、同技術は、接合面が局部的に溶融軟化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い。
従来、接合品質を向上させるのに主軸の回転又はクランプの移動を出力トルクにて制御するものが殆どであった（特許文献１，２）。
しかし、トルク制御による方法ではヒーリング加圧（摩擦加圧）とアプセット加圧（接合加圧）とに分けて制御する際の安定性に劣り、接合品質のバラツキを抑えるのに限界があった。
特開２００１−８７８７０号公報 特開２００１−２５８８４号公報
本発明は、安定したヒーリング加圧とアプセット加圧を得ることができ、ワーク間の位相合せも容易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、２つのワークＷ１，Ｗ２を摩擦圧接する方法であって、一方のワークＷ１を回転駆動制御された主軸Ｌにチャッキングし、他方のワークＷ２を相互の接合面が対向するように他の対向主軸Ｒ又はクランプ装置Ｒにチャッキングし、主軸Ｌを回転することでワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に摩擦発熱接触させながら回転させ、対向する主軸Ｒ又はクランプ装置ＲをＺ軸方向のヒーリング加圧目標座標まで到達するように移動制御するステップと、次に前記主軸Ｒ又はクランプ装置Ｒをアプセット加圧目標座標まで到達するように移動制御するステップとを有することを特徴とする。
また、アプセット加圧時に主軸ＬにワークＷ２との位相合せのためのオリエンテーション指令とブレーキング指令による主軸停止制御するのが好ましい。
本発明においては、主軸又はクランプ装置の送り移動量を座標位置制御したことにより、ヒーリング加圧時とアプセット加圧時とに分けて最適な送り速度と送り量を制御することができ、安定した接合品質が得られる。
摩擦圧接装置の構成例を示す。 摩擦圧接の工程順を示す。 摩擦圧接制御フロー図を示す。 摩擦圧接の評価例を示す。
図１及び図２に基づいて摩擦圧接装置の説明をする。
本実施例では、主軸Ｌ１０にて回転駆動制御されたＬ側チャック１１と主軸線が同一になるように対向して主軸Ｒ２０にて回転駆動制御されたＲ側チャックを設けた例になっているが、主軸Ｌ，Ｒのうち一方は送り制御されたクランプ装置であってもよい。
このように主軸Ｌ，Ｒを対向配置した場合に主軸ＬにワークＷ１、主軸ＲにワークＷ２をそれぞれチャックし、図２（ａ）に示すようにバイトツール３０，３１を用いてワークＷ１，Ｗ２の外径や接合面の加工を行い、そのまま（ｂ）に示すように摩擦圧接できる。
また、対向２主軸の他に刃物台を設けることで（ｃ）に示すように圧接後にバリ除去も行うことができる。
また、主軸Ｌ１０，主軸Ｒ２０にそれぞれブレーキ装置１２，２２が設けられている。
図３に摩擦圧接の制御フロー図を示す。
例えばＬ側チャック１１にワークＷ１をチャックし、Ｒ側チャック２１にワークＷ２をチャックする。
図２（ａ）に示したようにワークＷ１，Ｗ２の外径加工や接合面加工を終えた後に例えば、主軸Ｒ２０の回転をロックし、主軸Ｒ２０をアプローチ位置へ前進送り移動される（Ｓ１）。
なお、送り移動はボールネジ等を用いてサーボ制御されている。
ワークＷ１とワークＷ２との接合面を摩擦接触させた状態で主軸Ｌ１０を回転する。
これに伴って発熱し、所定の温度に達するようにヒーリング加圧するために主軸Ｒの送りを開始する（Ｓ３）。
目標とする送り量はＺ軸方向の座標位置にて設定してあり、目標座標との位置偏差を検出し、例えばａ＝５μｍ以内になるまで送り制御する。
所定の目標座標まで送り移動（Ｓ５）したら、接合面が所定の温度になり軟化したと判断し、次に主軸Ｌの停止位置を定める主軸オリエンテーション指令（Ｓ６）とブレーキングＯＮ，ＯＦＦ指令（Ｓ７，Ｓ８）が出力されており、ワークＷ１とワークＷ２との位相が合致するように主軸停止するのと同期して、アプセット加圧の為の送り量を目標座標として設定してある目標座標に達するまで送り制御される。
次に本発明に係る摩擦圧接法を用いて接合試験評価した結果を説明する。
材質Ｓ４５ｃ，寸法２０φ×６０．８ｍｍ黒皮材のワークＷ１，Ｗ２とをヒーリング加圧量＝２．０ｍｍ，アプセット加圧＝１．０ｍｍに設定し、接合部の同軸度を測定した結果を図４の（ａ）〜（ｃ）に示す。
同軸度のズレは、４．１２μｍ，９．０５μｍ，６．２４μｍと安定していた。
１０ 主軸Ｌ
１１ Ｌ側チャック
１２ ブレーキ装置
２０ 主軸Ｒ
２１ Ｒ側チャック
２２ ブレーキ装置

Claims (2)

  1. ２つのワークＷ１，Ｗ２を摩擦圧接する方法であって、
    一方のワークＷ１を回転駆動制御された主軸Ｌにチャッキングし、
    他方のワークＷ２を相互の接合面が対向するように他の対向主軸Ｒ又はクランプ装置Ｒにチャッキングし、
    主軸Ｌを回転することでワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に摩擦発熱接触させながら回転させ、対向する主軸Ｒ又はクランプ装置ＲをＺ軸方向のヒーリング加圧目標座標まで到達するように移動制御するステップと、次に前記主軸Ｒ又はクランプ装置Ｒをアプセット加圧目標座標まで到達するように移動制御するステップとを有することを特徴とする摩擦圧接方法。
  2. アプセット加圧時に主軸ＬにワークＷ２との位相合せのためのオリエンテーション指令とブレーキング指令による主軸停止制御したことを特徴とする請求項１記載の摩擦圧接方法。
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