JP3433584B2 - Friction welding method - Google Patents

Friction welding method

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JP3433584B2
JP3433584B2 JP20668795A JP20668795A JP3433584B2 JP 3433584 B2 JP3433584 B2 JP 3433584B2 JP 20668795 A JP20668795 A JP 20668795A JP 20668795 A JP20668795 A JP 20668795A JP 3433584 B2 JP3433584 B2 JP 3433584B2
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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、摩擦熱を利用して
ワークを溶着する加工方法に関し、詳しくは、溶着後の
寸法精度の管理を容易にする方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing method for welding a work by using frictional heat, and more particularly to a method for facilitating control of dimensional accuracy after welding.

【0002】[0002]

【従来の技術】2つのワークを接合する手法として、摩
擦圧接方法がよく用いられる。この摩擦圧接方法は、2
つのワークを接合させるためのその他の手法、例えばア
ーク溶接と比べ、溶接の際に光や粉塵等を発生しない、
油がワークに付着しても接合強度にほとんど影響しない
等の利点がある。その作業工程は、まず、対向配置し
た一対のワークの一方を回転駆動しながら他方に圧接す
ることにより、両ワークの接合部に摩擦熱を発生させ、
該摩擦熱で前記両ワークの接合部を軟化させる。そし
て、所望の状態に軟化を進行させ、ワークの回転を
停止させつつさらにアプセット圧力を加える。すると、
接合部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着され
る。
2. Description of the Related Art A friction welding method is often used as a method for joining two works. This friction welding method is 2
Compared to other methods for joining two workpieces, such as arc welding, does not generate light or dust during welding,
Even if the oil adheres to the work, there is an advantage that the bonding strength is hardly affected. In the working process, first, one of a pair of workpieces arranged to face each other is rotationally driven and pressed against the other to generate frictional heat at a joint portion of both workpieces,
The frictional heat softens the joint between the two works. Then, softening progresses to a desired state, and the upset pressure is further applied while stopping the rotation of the work. Then,
The joint portions are integrated and welded by being inlaid with each other.

【0003】この摩擦圧接を行う摩擦圧接装置は、一対
のワークの一方をクランプ固定し、もう一方を回転駆動
手段に設けられたチャックに固定して、同軸上に配置す
るようになっている。そして、一方のワークを回転させ
ながら、他方のワークに対して当接させるべく、平行移
動させることができる。上記回転駆動手段および平行移
動手段は、それぞれモータ等をその動力源としている。
ワークの回転数および水平方向への送り量の制御は、予
め設定されるものであり、実際の両ワークの接合部にお
ける実際の軟化状態とは無関係に、圧接工程が進行する
ようになっている。上記摩擦圧接装置の従来例として、
実開平3-85183 号公報等にその詳細が開示されている。
The friction welding device for performing this friction welding is arranged so that one of a pair of works is clamped and the other is fixed to a chuck provided on the rotation driving means, and is coaxially arranged. Then, while rotating one work, it can be moved in parallel so as to abut against the other work. The rotation drive means and the parallel movement means each use a motor or the like as a power source.
The control of the number of rotations of the work and the feed amount in the horizontal direction are set in advance, and the pressure welding process proceeds regardless of the actual softened state at the actual joint between the two works. . As a conventional example of the friction welding device,
The details are disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 3-85183.

【0004】[0004]

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記摩
擦圧接装置でワークを摩擦圧接する方法には、以下のよ
うな問題点があった。摩擦圧接装置の作動手順は予め設
定されるが、それはワークの軟化状態を解析し、実際の
軟化状態を十分に把握して設定がなされるものではな
く、2つのワーク同士の溶着をより確実化するために、
上記のステップにおいてアプセット圧力を加えて変形
させる部分(寄り代)を大きくとることが一般的に行わ
れている。したがって、この寄り代を考慮してワークの
長さを決定する必要があり、しかも、この寄り代は接合
部の周囲に不要なバリとなって発生するので、最適接合
(不要なバリの発生を抑え、溶着強度を十分に持たせた
接合)を行うことが容易ではなかった。
However, the method of friction-welding a work with the above-mentioned friction-welding device has the following problems. The operation procedure of the friction welding device is set in advance, but it is not something that analyzes the softened state of the work and fully grasps the actual softened state to set the two work pieces more reliably. In order to
In the above-mentioned step, it is generally performed that a large portion (approaching margin) is deformed by applying upset pressure. Therefore, it is necessary to determine the length of the work piece in consideration of this deviation, and since this deviation causes unnecessary burrs around the joint, optimal bonding (preventing unnecessary burrs from occurring) It was not easy to carry out the bonding (suppressing and sufficiently giving the welding strength).

【0005】しかも、前述のように摩擦圧接装置の作動
設定は、ワークの接触面の溶融状態とは無関係になされ
るため、実際の寄り量にはばらつきが発生し易く、製品
の寸法精度が安定しなかった。したがって、あらかじめ
ワークの軟化状態を把握し、最適接合を行うための条件
設定を可能とすることが求められていた。
Moreover, as described above, the operation setting of the friction welding device is made independent of the molten state of the contact surface of the work, so that the actual deviation amount tends to vary, and the dimensional accuracy of the product is stable. I didn't. Therefore, it has been required to grasp the softened state of the work in advance and to set the conditions for optimal welding.

【0006】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは少ない寄り代で摩擦
圧接を行うことにより接合部の不要なバリの発生を抑
え、製品の寸法精度の安定化を図ると共に、接合部の溶
接強度を十分に持たせることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to perform frictional pressure welding with a small margin of deviation so as to suppress the generation of unnecessary burrs at the joint portion and to improve the dimensional accuracy of the product. Is to stabilize and to have sufficient welding strength at the joint.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
の本発明にかかる手段は、対向配置した一対のワークの
一方を回転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合
部に摩擦熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワー
クの接合部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接
合部を所望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させる
ために、前記接合部の軟化状態を可視化し、それを基に
して前記ワークの回転速度および送り速度を設定するこ
とを特徴とする。
Means for Solving the Problems According to the present invention for solving the above-mentioned problems, one of a pair of workpieces arranged facing each other is rotationally driven and pressed against the other workpiece so that frictional heat is applied to a joint portion of both workpieces. A friction welding method for welding the welded portions of the two workpieces, which are softened by the friction heat, to soften the welded portions in order to maintain the welded portions in a desired softened state and to advance the pressure welding step. It is characterized in that the state is visualized and the rotation speed and feed rate of the work are set based on the visualization.

【0008】また、本発明の手段として、対向配置した
一対のワークの一方を回転駆動しながら他方に圧接して
両ワークの接合部に摩擦熱を発生させ、該摩擦熱で軟化
した前記両ワークの接合部を溶着させる摩擦圧接方法で
あって、前記接合部を所望の軟化状態に維持して圧接工
程を進行させるために、前記ワークの圧接により生ずる
振動の周波数変動を測定し、それを基にして前記ワーク
の回転速度および送り速度を設定することを特徴とす
る。また、前記接合部を所望の軟化状態に維持して圧接
工程を進行させるために、前記ワークの圧接により接合
部に生ずるバリの発生量の変化を測定し、それを基にし
て前記ワークの回転速度および送り速度を設定すること
としてもよい。
As a means of the present invention, while rotating one of a pair of works arranged oppositely to each other while press-contacting the other, friction heat is generated at the joint between the two works, and the two works softened by the friction heat. Friction welding method for welding the welded portion of the workpiece, in order to maintain the welded portion in a desired softened state and proceed with the pressure welding step, the frequency fluctuation of vibration caused by the pressure welding of the work is measured, Then, the rotation speed and the feed speed of the work are set. In addition, maintaining the desired joint in a desired softened state
Joining by pressing the work in order to advance the process
The change in the amount of burrs generated in the
Setting the rotation speed and feed speed of the workpiece
May be

【0009】また、前記接合部を所望の軟化状態に維持
して圧接工程を進行させるために、前記ワークの圧接に
より接合部に生ずる摩擦熱の温度変化を測定し、それを
基にして前記ワークの回転速度および送り速度を設定す
ることも可能である。また、本発明におけるその他の手
段として、前記接合部を所望の軟化状態に維持して圧接
工程を進行させるために、前記ワークを回転駆動するモ
ータの、前記圧接工程における負荷電流の変動を測定
し、それを基にして前記ワークの回転速度および送り速
度を設定することを特徴とする。
Further, in order to maintain the joining portion in a desired softened state and proceed with the pressure welding step, a temperature change of friction heat generated in the joining portion due to the pressure welding of the work is measured, and the work is based on the change. It is also possible to set the rotation speed and the feed speed of. Further, as another means in the present invention, in order to maintain the joint portion in a desired softened state to proceed with the pressure contact step, a motor for rotating the work is measured, and a change in load current in the pressure contact step is measured. The rotation speed and the feed speed of the work are set based on the above.

【0010】本発明においては、摩擦圧接工程において
所望の軟化状態を維持するために、一対のワークの接合
部における軟化の進行状態を高速度カメラにより可視化
し、それを基にして、ワーク送り量と押付圧力との関係
における最適接合ゾーンを設定する。そして、前記最適
接合ゾーンの範囲内で圧接工程が進行するように、前記
ワークの回転速度および送り速度を設定する。
In the present invention, in order to maintain the desired softening state in the friction welding process, the progressing state of softening at the joining portion of a pair of works is visualized by a high speed camera, and the work feed amount is based on the visualization. Set the optimum joining zone in relation to the pressing pressure. Then, the rotation speed and the feed speed of the work are set so that the pressure welding step proceeds within the range of the optimum welding zone.

【0011】また、摩擦圧接工程において所望の軟化状
態を維持するために、一対のワークの圧接により生ずる
振動の周波数を測定し、該周波数が前記工程の進行に合
わせて所定の周波数変動を示すように、前記ワークの回
転速度および送り速度を設定する。
Further, in order to maintain a desired softened state in the friction welding process, the frequency of vibration generated by the pressure welding of a pair of works is measured, and the frequency shows a predetermined frequency fluctuation as the process progresses. Then, the rotation speed and the feed speed of the work are set.

【0012】または、摩擦圧接工程において所望の軟化
状態を維持するために、一対のワークの接合部に生ずる
バリの発生量の変化を測定し、それを基にして、ワーク
送り量とバリの発生量との関係における最適接合ゾーン
を設定する。そして、前記最適接合ゾーンの範囲内で圧
接工程が進行するように、前記ワークの回転速度および
送り速度を設定する。
Alternatively, in order to maintain a desired softened state in the friction welding process, a change in the amount of burrs generated at the joint between a pair of works is measured, and based on this, the work feed amount and the generation of burrs are measured. Set the optimum joining zone in relation to the quantity. Then, the rotation speed and the feed speed of the work are set so that the pressure welding step proceeds within the range of the optimum welding zone.

【0013】さらに、前記最適接合ゾーンは、前記ワー
クの圧接により接合部に生ずる摩擦熱の温度変化を測定
し、それを基にして設定することもできる。また、前記
最適接合ゾーンは、前記ワークを回転駆動するモータ
の、前記圧接工程における負荷電流の変動を測定し、そ
れを基にして設定してもよい。
Further, the optimum joining zone may be set on the basis of the temperature change of frictional heat generated in the joining portion due to the pressure contact of the work, and based on this. Further, the optimum joining zone may be set on the basis of the fluctuation of the load current of the motor that rotationally drives the work in the press contacting step, and based on the measurement.

【0014】[0014]

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実施例に
基づいて説明する。まず、図2および図3に本発明の第
1実施例に用いられる摩擦圧接装置を示す。図2の摩擦
圧接装置は、ベース1上に主軸本体2とクランプ3とを
有する。一対のワークW1 、W2 は、それぞれ主軸本体
2とクランプ3とに取付けるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below based on examples. First, FIGS. 2 and 3 show a friction welding device used in the first embodiment of the present invention. The friction welding device of FIG. 2 has a main spindle body 2 and a clamp 3 on a base 1. The pair of works W1 and W2 are attached to the main spindle body 2 and the clamp 3, respectively.

【0015】ところで、この主軸本体2には、主軸4が
回動自在に軸支されている。主軸4にはプーリ5が取付
けられ、モータ6の駆動力が、プーリ7との間に掛け回
されたベルト27によって伝達される。また、主軸4に
は、ブレーキ8が取付けられており、主軸4の回転を強
制的に停止させることができる。さらに、主軸4の先端
にはチャック9が取付けられており、ワークW1 を主軸
4に固定することができる。
A main shaft 4 is rotatably supported by the main shaft body 2. A pulley 5 is attached to the main shaft 4, and the driving force of the motor 6 is transmitted by a belt 27 wound around the pulley 7. A brake 8 is attached to the main shaft 4 so that the rotation of the main shaft 4 can be forcibly stopped. Further, a chuck 9 is attached to the tip of the spindle 4, so that the work W1 can be fixed to the spindle 4.

【0016】ところで、主軸本体2は、ベース1に対し
てはリニアガイド10を介して取付けられており、主軸4
の軸線方向に平行移動可能となっている。また、主軸本
体2にはベース1内に突出するアーム11を有し、アーム
11にはサーボモータ12に駆動されるボールねじ13を挿通
し、ボールねじ13の回転によってアーム11との間に生ず
る推進力により、主軸本体2を主軸4の軸線方向に駆動
案内する。
By the way, the main spindle body 2 is attached to the base 1 via a linear guide 10, and the main spindle 4 is attached.
It is possible to move in parallel to the axis of. Further, the main spindle body 2 has an arm 11 protruding into the base 1,
A ball screw 13 driven by a servo motor 12 is inserted into 11 and the main body 2 is driven and guided in the axial direction of the main shaft 4 by the propulsive force generated between the ball screw 13 and the arm 11 by the rotation of the ball screw 13.

【0017】主軸本体2には、歯車14、15を介して主軸
4に駆動される回転センサ16を有し、主軸4の回転速度
(すなわちワークW1 の回転速度)を監視している。ま
た、主軸本体2とベース1との間にはストロークセンサ
17、17aとを設け、主軸本体2(すなわち、ワークW1
)の送り速度と送り量とを計測することができる。さ
らに、アーム11にはボールねじ13との間に荷重センサ18
を設け、主軸本体2(すなわち、ワークW1 )にかかる
押付圧力を測定することができる。
The main spindle body 2 has a rotation sensor 16 driven by the main spindle 4 via gears 14 and 15 to monitor the rotation speed of the main spindle 4 (that is, the rotation speed of the work W1). Further, a stroke sensor is provided between the main spindle body 2 and the base 1.
17 and 17a are provided, and the spindle main body 2 (that is, the work W1
It is possible to measure the feed rate and the feed amount of). Further, the arm 11 has a load sensor 18 between it and the ball screw 13.
Is provided, and the pressing force applied to the main spindle body 2 (that is, the work W1) can be measured.

【0018】図3に示すように、摩擦圧接装置はコント
ローラを有し、モータ6、サーボモータ12、回転センサ
16、ストロークセンサ17、荷重センサ18をそれぞれ制御
している。
As shown in FIG. 3, the friction welding device has a controller, a motor 6, a servo motor 12, and a rotation sensor.
The stroke sensor 17, the stroke sensor 17, and the load sensor 18 are controlled respectively.

【0019】図2に示すクランプ3は、ワークW2 をベ
ース1に固定するものであり、ワークW2 を主軸4の軸
線方向に位置決めするX軸クランプ3aと、該軸線に対
し左右方向の位置決めをするY軸クランプ3bと、該軸
線に対し上下方向の位置決めをするZ軸クランプ3cと
からなる。そして、各軸クランプを適宜調整することに
より、主軸4に固定されたワークW1 と同軸上に、ワー
クW2 を配置することができる。
The clamp 3 shown in FIG. 2 is for fixing the work W2 to the base 1, and is for positioning the work W2 in the axial direction of the spindle 4 and the X-axis clamp 3a for positioning the work W2 in the left-right direction. It is composed of a Y-axis clamp 3b and a Z-axis clamp 3c for vertically positioning with respect to the axis. Then, the work W2 can be arranged coaxially with the work W1 fixed to the main shaft 4 by appropriately adjusting each shaft clamp.

【0020】上記構成をなす摩擦圧接装置においては、
ワークW1 を回転駆動しながらワークW2 に当接させ、
さらに圧力を増加させることにより、ワークW1 とワー
クW2 との接合部(以下、単に接合部とも云う)に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で前記両ワークの接合部を軟化
させる。そして、所望の状態に軟化を進行させ、ワーク
W1 の回転を停止させつつさらにワークW1 の送り量を
増加する(アプセット圧力をかける)ことにより、接合
部は互いにめり込むようにして一体化し、溶着を完了さ
せることができる。
In the friction welding device having the above structure,
The work W1 is rotated and brought into contact with the work W2,
By further increasing the pressure, frictional heat is generated at the joint between the works W1 and W2 (hereinafter, also simply referred to as a joint), and the frictional heat softens the joint between the two works. Then, by advancing the softening to a desired state, and further increasing the feed amount of the work W1 (applying the upset pressure) while stopping the rotation of the work W1, the joints are intruded into each other to be integrated and welded. Can be completed.

【0021】また、本実施例においては、ワークW1 と
ワークW2 との当接位置近傍に、ワーク同士の接合部を
撮影可能な高速度カメラ19を設けている。この高速度カ
メラ19を利用して、前記接合部における軟化の状態を可
視化し、それを基にして最適接合を行うためのワークW
1 の回転速度Nn および送り速度Vn の設定を行う。
Further, in the present embodiment, a high speed camera 19 capable of photographing the joint between the works W1 and W2 is provided in the vicinity of the contact position between the works W1 and W2. Using this high-speed camera 19, the work W for visualizing the softened state at the joint and performing optimum welding based on it
The rotation speed Nn and the feed speed Vn of 1 are set.

【0022】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図1、図4、図5および図6に示して説明する。図1
は摩擦圧接工程の進行(ワークW1 の送り量Sn の増
加)と共に変化するワークW1 の回転速度Nn 、ワーク
W1 の送り速度Vn およびワークW1 とワークW2 との
押付圧力Pn の関係をグラフ表示したものである。特
に、ワークW1 の送り量と押付圧力Pn との関係を示す
グラフをRと称す。図4ないし図6はこの摩擦圧接工程
のフローチャートである。
Now, the procedure of friction welding in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 4, 5 and 6. Figure 1
Is a graph showing the relationship between the rotational speed Nn of the work W1, the feed speed Vn of the work W1, and the pressing pressure Pn of the work W1 and the work W2, which change with the progress of the friction welding process (increase of the feed amount Sn of the work W1). Is. In particular, a graph showing the relationship between the feed amount of the work W1 and the pressing pressure Pn is called R. 4 to 6 are flowcharts of this friction welding process.

【0023】準備ステップとして、図2に示すようにワ
ークW1 、W2 をそれぞれチャック9とクランプ3とに
取付ける。このときワークW1 とW2 とは離間してい
る。まず、摩擦圧接工程の初期ステップ(図4参照)と
して、モータ6を駆動し、ワークW1 を、事前に試験接
合を行うことにより得られる所定の回転速度N1 まで上
昇させる(step1)。ワークW1 の回転速度がN1 で安
定した時点で、コントローラはサーボモータ12の駆動開
始信号SG1 を出す。そして、ワークW1 の送り速度を
所定速度V1 (低速)に上昇させる(step2)。ところ
で、サーボモータ12は、段階的にその回転速度を変化さ
せることが可能であるが、本実施例においては、後述の
ごとくワークW1 の送り速度を3段階に制御する。
As a preparatory step, the works W1 and W2 are attached to the chuck 9 and the clamp 3, respectively, as shown in FIG. At this time, the works W1 and W2 are separated from each other. First, as an initial step (see FIG. 4) of the friction welding process, the motor 6 is driven to increase the work W1 to a predetermined rotation speed N1 obtained by performing test joining in advance (step 1). When the rotation speed of the work W1 becomes stable at N1, the controller issues a drive start signal SG1 for the servomotor 12. Then, the feed speed of the work W1 is increased to a predetermined speed V1 (low speed) (step 2). By the way, the servo motor 12 can change its rotation speed stepwise, but in the present embodiment, the feed speed of the work W1 is controlled in three steps as described later.

【0024】ワークW1 は、その移動開始位置からの送
り量S0 の位置で、ワークW2 と当接する。このワーク
W1 とW2 とを当接させるステップでのワークW1 の送
り速度を低速にしている理由は、当接により生ずる摩擦
トルクにより、モータ6に急激に大きな負荷がかかるこ
とを防ぐためである。
The work W1 comes into contact with the work W2 at the feed amount S0 from the movement start position. The reason why the feed speed of the work W1 in the step of bringing the works W1 and W2 into contact with each other is set low is to prevent the motor 6 from being suddenly subjected to a large load due to the friction torque generated by the contact.

【0025】次に、(図5参照)荷重センサ18でワーク
W1 とW2 との押付圧力の上昇を監視し、所定圧P1 ま
で上昇した時点で(step3)、コントローラはサーボモ
ータ12の加速信号SG2 を出す。ワークW1 の送り速度
は所定速度V2 (中速)に上昇し、それに伴って、押付
圧力は所定圧P2 まで上昇する(step4)。このステッ
プで、ワークW1 とW2 との接合部に大きな摩擦熱が発
生し、ワークの接合部の軟化が促進される。
Next, (see FIG. 5), the load sensor 18 monitors the increase in the pressing pressure between the workpieces W1 and W2, and when the pressure reaches the predetermined pressure P1 (step 3), the controller outputs the acceleration signal SG2 of the servo motor 12. Give out. The feed speed of the work W1 increases to a predetermined speed V2 (medium speed), and the pressing pressure accordingly increases to a predetermined pressure P2 (step 4). In this step, large frictional heat is generated at the joint between the works W1 and W2, and the softening of the joint between the works is promoted.

【0026】ワークW1 、W2 の接合部は軟化しながら
融合が進行する。このとき、ワークW1 の送り量Sn と
押付圧力Pn との関係を示すグラフRが、送り量S1 と
S2との間で、図中に斜線部で示す最適接合ゾーンZの
範囲にあるように、ワークW1 の送り速度V2 と回転速
度N1 とを設定する。この最適接合ゾーンZは、高速度
カメラ19によって接合部の軟化の促進状態を撮影し、そ
の可視化データを基にしてあらかじめ設定しておく。軟
化の促進状態は、接合部の発熱による発光や色の変化、
変形の進み具合によって、経験的に判断することができ
るので、上記諸条件の最適設定に有効である。グラフR
がこの最適接合ゾーンZの範囲にあるときには、ワーク
の軟化の進行状態と、送り速度とのバランスがとれてお
り、最終的に良質な溶着品質を得ることができる。
Fusion progresses while the joints between the works W1 and W2 are softened. At this time, the graph R showing the relationship between the feed amount Sn of the work W1 and the pressing force Pn is between the feed amounts S1 and S2 in the range of the optimum joining zone Z shown by the hatched portion in the figure, The feed speed V2 and the rotation speed N1 of the work W1 are set. The optimum joining zone Z is set in advance on the basis of the visualization data obtained by photographing the accelerated state of softening of the joining portion by the high speed camera 19. The accelerated state of softening is the emission of light and the change in color due to heat generation at the joint,
Since it can be empirically determined depending on the degree of progress of deformation, it is effective for optimal setting of the above various conditions. Graph R
Is in the range of the optimum joining zone Z, the progress of the softening of the work and the feed rate are well balanced, and finally good welding quality can be obtained.

【0027】ところで、ワークの軟化の進行状態に比し
て送り速度が速い場合には、接合部は溶着を行うには硬
過ぎる状態となっている。よって、送り量の増加に対す
る押付圧力の増加率が上がり、グラフRの傾きは急にな
るので、最適接合ゾーンZの上方に逸れる(Ra の状態
になる)。また、ワークの軟化の進行状態に比して送り
速度が遅い場合には、接合部は十分に軟化しているにも
係らず、ワーク双方の寄りが少ないため、接合部におけ
る押付圧力が低下する、いわゆる圧力抜けの状態にな
る。よって、送り量が増加しても押しつけ圧力は減少
し、グラフRは最適接合ゾーンZの下方に逸れる(Rb
の状態になる)。また、ワークの軟化の進行状態に比し
て送り速度が不足する状態が続き、その後に、ワークの
軟化の進行状態に比して送り速度が速い状態となり、最
終的に最適接合ゾーンZに入る場合(Rc )も考えられ
る。
By the way, when the feed rate is higher than the progress of softening of the work, the joint is too hard for welding. Therefore, the rate of increase of the pressing pressure with respect to the increase of the feed amount increases, and the slope of the graph R becomes steeper, so that it deviates above the optimum joining zone Z (in the state of Ra). Further, when the feed rate is slower than the progress of softening of the work, the pressing force at the joint is reduced because the work is not softened even though the joint is sufficiently softened. , A so-called pressure release state. Therefore, the pressing pressure decreases even if the feed amount increases, and the graph R deviates below the optimum joining zone Z (Rb
State). Further, the feed rate continues to be insufficient as compared with the progress of softening of the work, and then the feed rate becomes faster than that of the progress of softening of the work, and finally enters the optimum joining zone Z. The case (Rc) is also conceivable.

【0028】いずれの場合においても、所望の発熱量を
得ることができず、寸法精度や溶着強度に満足なものが
得られないので、圧接作業は中止される。ところで、摩
擦圧接工程で圧接作業を中止した場合には、ワークW1
、W2 は端部の軟化が進んでいることからすでに変形
しており、中止時点によっては不十分に溶着した状態と
なることもあるので、再使用は不可能である。したがっ
て、圧接作業を中止した後には、現ワークW1 、W2 を
装置から取りはずし、新たなワークを装着して、最初か
ら圧接作業を行う。
In any case, the desired calorific value cannot be obtained and satisfactory dimensional accuracy and welding strength cannot be obtained, so the pressure welding operation is stopped. By the way, when the pressure welding work is stopped in the friction welding process, the work W1
, W2 has already been deformed due to the progress of softening of the ends, and it may be insufficiently welded at some points when it is stopped, so that it cannot be reused. Therefore, after the pressing work is stopped, the current works W1 and W2 are removed from the apparatus, a new work is attached, and the pressing work is performed from the beginning.

【0029】グラフRを最適接合ゾーンZに維持しなが
ら、ワークW1 の送り量を増加していくと、やがて、押
付圧力が所定値P3 でほぼ一定する(好ましくは、良好
な軟化状態を維持するために、若干上昇を続ける)現象
が生ずる(step5)。このとき、ワークW1 の送り量が
S2 を越えている場合は、所望の製品寸法が得られない
ので、圧接作業は中止される。ワークW1 の送り量がS
1 ないしS2 にあるときには、良好な軟化状態を維持す
る溶融安定期間(以下、PS期間という。)を、所定の
送り量S2 に至るまでの間に設ける(step6)。
When the feed amount of the work W1 is increased while maintaining the graph R in the optimum joining zone Z, the pressing pressure eventually becomes almost constant at the predetermined value P3 (preferably, a good softened state is maintained). Therefore, a phenomenon occurs that continues to rise slightly (step 5). At this time, if the feed amount of the work W1 exceeds S2, the desired product size cannot be obtained, and therefore the pressure welding work is stopped. Workpiece W1 feed amount is S
When it is in the range of 1 to S2, a melt stabilization period (hereinafter referred to as PS period) for maintaining a good softened state is provided until the predetermined feed amount S2 is reached (step 6).

【0030】このPS期間では、押付圧力が所定値P3
で一定となるように軟化状態を維持する。このPS期間
の設定が長過ぎると、結果的にワークの寄り代を大きく
取ったことと同じく、無駄なバリの発生量を増やす、寸
法精度を下げる等の弊害が生じるので好ましくない。と
ころで、PS期間においては、接合部は溶融点に達して
いる。溶融点とは、摩擦圧接工程の最終ステップ(アプ
セット圧力を加えて圧接を完了させるステップ)へ移行
する条件がそろった状態を意味する。この後、ワークW
1 が所定の送り量S2 に達したことを確認すると、摩擦
圧接工程の最終ステップ(図6参照)へ移行する。
During this PS period, the pressing pressure is the predetermined value P3.
The softened state is maintained so that it becomes constant at. If the PS period is set too long, as in the case where a large work margin is taken as a result, adverse effects such as an increase in the amount of wasteful burrs and a decrease in dimensional accuracy occur, which is not preferable. By the way, in the PS period, the joint reaches the melting point. The melting point means a state in which the conditions for shifting to the final step of the friction welding process (the step of applying the upset pressure to complete the pressure welding) are complete. After this, work W
When it is confirmed that 1 has reached the predetermined feed amount S2, the process proceeds to the final step (see FIG. 6) of the friction welding process.

【0031】コントローラはモータ6を停止させ、主軸
4にブレーキ8を作動させる信号SG3 を出す。これと
同時に、ワークW1 の送り速度をV2 からV3 (高速)
に一旦上昇させる信号SG4 とを出す(step7)。信号
SG3 とSG4 との発生から所定時間Tが経過する間
に、ワークW1 の送り量はS3 に到達し、ワークW1 と
W2 との押付圧力は所望のアプセット圧力P4 まで増加
する。また、ワークW1の回転には制動がかけられるの
で、ワークW1 とW2 との相対回転はなくなり、摩擦に
よる発熱が無くなるので、2つのワークは溶着され凝固
する(step8)。ワークW1 の送り量がS3 に到達しな
い場合には、所望の寸法精度が得られなかったことを示
し、不良品としてはじかれる。また、回転速度Nが0に
ならなかった場合には、ワークW1 とW2 とは溶着に失
敗したことを示すので、やはり不良品としてはじかれ
る。
The controller stops the motor 6 and gives the spindle 4 a signal SG3 for actuating the brake 8. At the same time, the feed speed of the work W1 is changed from V2 to V3 (high speed).
Then, a signal SG4 for raising the voltage is output (step 7). The feed amount of the work W1 reaches S3 while the predetermined time T has elapsed from the generation of the signals SG3 and SG4, and the pressing pressure between the works W1 and W2 increases to the desired upset pressure P4. Further, since the rotation of the work W1 is braked, the relative rotation between the works W1 and W2 is eliminated and heat generation due to friction is eliminated, so that the two works are welded and solidified (step 8). If the feed amount of the work W1 does not reach S3, it means that the desired dimensional accuracy was not obtained, and the product is rejected as a defective product. If the rotation speed N does not reach 0, it means that the workpieces W1 and W2 have failed to be welded, and thus the workpieces are also rejected.

【0032】上記一連の圧接工程において、高速度カメ
ラ19によって接合部の軟化の促進状態を撮影し、そのデ
ータを基にして最適接合ゾーンZを設定し、この範囲内
にグラフRを維持することにより、接合部における所望
の溶着強度を得ることができる。また、溶着後の寸法精
度を確保するために、ストロークセンサ17、17aによっ
て、最適接合ゾーンZを設定した間の送り量(S2 −S
1 )≧(所望の送り量)にあることを監視し、さらに最
終的な送り量S3 に至るまでの間、サーボモータ12を制
御する。よって、製品の寸法精度を安定させることがで
きる。
In the above series of pressure welding steps, the accelerated state of softening of the joint is photographed by the high speed camera 19, the optimum joining zone Z is set based on the data, and the graph R is maintained within this range. As a result, a desired welding strength at the joint can be obtained. Further, in order to secure the dimensional accuracy after welding, the feed amount (S2-S) during the setting of the optimum joining zone Z by the stroke sensors 17 and 17a.
1) ≧ (desired feed amount) is monitored, and the servomotor 12 is controlled until the final feed amount S3 is reached. Therefore, the dimensional accuracy of the product can be stabilized.

【0033】上記構成をなす本実施例より得られる作用
効果は、以下の通りである。上記のように、ワークの接
合部の軟化の促進状態を可視化することにより、ワーク
の材質や寸法を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置
の各部の作動設定を最適にすることが容易となる。しか
も、溶融点を明確に把握することができるので、ワーク
の寄り代を必要以上に過大にとる必要がなくなり、必要
最小限の送り量で十分な溶着強度を持った製品とするこ
とができる。したがって、不要なバリの発生を抑え、仕
上げ工程でのバリの除去作業も容易となる。また、最適
接合ゾーンを維持して圧接工程を進めることにより、ワ
ークの送り量は常に適正値となり、最終的な寸法精度を
正確に出すことができる。
The operation and effect obtained from this embodiment having the above structure are as follows. As described above, by visualizing the softening promotion state of the joint part of the work, it becomes easy to always optimize the operation setting of each part of the friction welding device even when the material and size of the work are changed. . Moreover, since the melting point can be clearly grasped, it is not necessary to take the work margin excessively more than necessary, and a product having a sufficient welding strength with a minimum required feed amount can be obtained. Therefore, it is possible to suppress the generation of unnecessary burrs and facilitate the work of removing burrs in the finishing process. Further, by advancing the pressure welding process while maintaining the optimum joining zone, the feed amount of the work is always an appropriate value, and the final dimensional accuracy can be accurately obtained.

【0034】次に、本発明の第2実施例を図7ないし図
9に示して説明する。図中第1実施例と同一部分若しく
は相当部分は同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0035】第2実施例が前記第1実施例と異なる点
は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行状態を
把握するために、ワークW1 、W2 の圧接により生ずる
振動の周波数λn の変動を測定し、それを基にして最適
接合を行うためのワークW1 の回転速度Nn および送り
速度Vn を設定するところにある。本実施例に用いる摩
擦圧接装置を図7に示す。図示のように、クランプ3c
には振動ピックアップ20が取付けられ、その検出信号を
アンプ21で増幅して、図示しないコントローラに伝送す
るようになっている。この振動ピックアップの設置場所
は、クランプ3に限定されず、適切に振動検出できる場
所であれば良い。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in order to grasp the progress of the desired softening of the joint in the pressure welding step, the fluctuation of the frequency λn of the vibration caused by the pressure welding of the works W1 and W2. Is measured, and the rotation speed Nn and the feed speed Vn of the work W1 for optimum welding are set based on the measurement. The friction welding device used in this embodiment is shown in FIG. As shown, clamp 3c
A vibration pickup 20 is attached to the, and a detection signal thereof is amplified by an amplifier 21 and transmitted to a controller (not shown). The installation location of the vibration pickup is not limited to the clamp 3 and may be any location where vibration can be appropriately detected.

【0036】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図8、図9に示して説明する。図8は摩擦圧接工程の
進行(ワークW1 の送り量Sn の増加)と共に変化する
ワークW1 の回転速度Nn 、ワークW1 の送り速度Vn
および振動ピックアップが検出する振動周波数λn の関
係をグラフ表示したものである。図9はこの摩擦圧接工
程のフローチャートであり、第1実施例における摩擦圧
接工程の初期ステップ(図4)および最終ステップ(図
6)は、本実施例においても適用される。
Now, the procedure of friction welding in this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 shows the rotation speed Nn of the work W1 and the feed speed Vn of the work W1 which change with the progress of the friction welding process (increase in the feed amount Sn of the work W1).
3 is a graph showing the relationship between the vibration frequency λ n detected by the vibration pickup and the vibration frequency λ n. FIG. 9 is a flowchart of this friction welding process, and the initial step (FIG. 4) and the final step (FIG. 6) of the friction welding process in the first embodiment are also applied to this embodiment.

【0037】図8に示すように、まずモータ6を駆動
し、ワークW1 を所定の回転速度N1まで上昇させる(s
tep1)。すると、クランプ3cに設けられた振動ピッ
クアップ20により、モータ6の運転により発生する周波
数λ1 の振動が検出される。ワークW1 の回転速度がN
1 で安定した時点で、コントローラはサーボモータ12の
駆動開始信号SG1 を出す。そして、ワークW1 の送り
速度を所定速度V1 に上昇させる(step2:以上、図4
のフローチャート参照)。ワークW1 は、その移動開始
位置からの送り量S0 の位置で、ワークW2 と当接し、
接合部から周波数λ4 の激しい振動を発生する。この状
態を維持したまま、ワークW1 の送り量をS1 まで増加
させる。送り量がS1 に到達した時点で(step3)、コ
ントローラはサーボモータ12の加速信号SG2 を出し、
送り速度をV2 まで上昇させる。そのままワークW1 の
送り量を増加していくと、接合部に、大きな摩擦熱が発
生し、ワークの接合部の軟化が促進される。
As shown in FIG. 8, first, the motor 6 is driven to raise the work W1 to a predetermined rotation speed N1 (s
tep1). Then, the vibration pickup 20 provided in the clamp 3c detects the vibration of the frequency λ1 generated by the operation of the motor 6. The rotation speed of the work W1 is N
When stable at 1, the controller issues a drive start signal SG1 for the servomotor 12. Then, the feed speed of the work W1 is increased to the predetermined speed V1 (step 2: the above, FIG.
Refer to the flow chart). The work W1 comes into contact with the work W2 at the position of the feed amount S0 from the movement start position,
Violent vibration of frequency λ4 is generated from the junction. While maintaining this state, the feed amount of the work W1 is increased to S1. When the feed amount reaches S1 (step 3), the controller outputs the acceleration signal SG2 of the servomotor 12,
Increase the feed rate to V2. If the feed amount of the work W1 is increased as it is, a large frictional heat is generated at the joint, and the softening of the joint of the work is promoted.

【0038】ワークの軟化の進行状態が最適となるよう
に、ワークW1 の回転速度N1 および送り速度V1 を設
定すると、接合部に発生する振動を、周波数λ2 ないし
λ3の範囲に収束させることができる。これ以後さらに
ワークW1 の送りを進めても、発生する振動はλ2 〜λ
3 の周波数帯で安定する。このような状態になると、接
合部の軟化状態は溶融点に到達していることが推測され
る。本実施例においては、このλ2 〜λ3 の周波数帯を
最適接合ゾーンとする。ワークW1 の送り量が所定の送
り量S2 に達したときに(step4)、発生する振動数が
λ2 〜λ3 の周波数帯に収束している場合には、前記振
動数の収束時点から所定のPS期間を設定する(step
5)。ところで、ワークW1 の送り量が所定の送り量S
2 に達したときに、発生する振動数がλ2 〜λ3 の周波
数帯に収束していない場合には、所望の発熱量を得るこ
とができていない状態であり、寸法精度や溶着強度に満
足なものが得られないので、圧接作業は中止される。
When the rotation speed N1 and the feed speed V1 of the work W1 are set so that the progress of the softening of the work is optimum, the vibration generated at the joint can be converged in the range of frequencies λ2 to λ3. . After that, even if the work W1 is further advanced, the generated vibration is λ2 to λ.
Stable in the 3 frequency bands. In such a state, it is assumed that the softened state of the joint has reached the melting point. In this embodiment, the frequency band of λ2 to λ3 is set as the optimum junction zone. When the feed amount of the work W1 reaches the predetermined feed amount S2 (step 4), if the generated frequency is converged in the frequency band of λ2 to λ3, the predetermined PS is reached from the point of convergence of the frequency. Set the period (step
5). By the way, the feed amount of the work W1 is the predetermined feed amount S
If the generated frequency does not converge to the frequency band of λ2 to λ3 when it reaches 2, it is in the state that the desired amount of heat generation cannot be obtained and the dimensional accuracy and welding strength are not satisfied. Since nothing can be obtained, the pressure welding work is stopped.

【0039】本実施例におけるPS期間では、発生する
振動数がλ2 〜λ3 の周波数帯で安定するようにワーク
W1 の回転速度N1 および送り速度V2 を設定してお
り、接合部の軟化状態を溶融点に維持する。PS期間の
経過の後に、第1実施例と同様に図6に示す摩擦圧接工
程の最終ステップへ進行し、コントローラは出力信号S
G3 、SG4 を出す(step7へ移行)。
In the PS period in this embodiment, the rotation speed N1 and the feed speed V2 of the work W1 are set so that the generated frequency is stable in the frequency band of λ2 to λ3, and the softened state of the joint is melted. Keep to the point. After the lapse of the PS period, the process proceeds to the final step of the friction welding process shown in FIG. 6 as in the first embodiment, and the controller outputs the output signal S
G3 and SG4 are output (shift to step 7).

【0040】上記構成をなす本実施例より得られる作用
効果は、以下の通りである。上記のように、2つのワー
クの接合部に発生する振動の周波数から前記接合部の軟
化の促進状態を認識し、それを基にしてワークの回転速
度および送り速度を設定するので、ワークの材質や寸法
を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部の作動
設定を最適にすることが容易である。その他の作用効果
については、前記第1実施例と同様であり、ここでの説
明は省略する。
The operation and effect obtained from this embodiment having the above-mentioned structure are as follows. As described above, since the acceleration state of the softening of the joint is recognized from the frequency of the vibration generated at the joint of the two workpieces, and the rotation speed and the feed speed of the workpiece are set based on the recognized state, the material of the workpieces is set. It is easy to always optimize the operation setting of each part of the friction welding device even when the size and the size are changed. Other functions and effects are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

【0041】次に、本発明の第3実施例を、図10ないし
図15に示して説明する。図中第1、第2実施例と同一部
分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明は省
略する。ところで、第3実施例が第1、第2実施例と異
なる点は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行
状態を把握するために、ワークW1 、W2 の圧接により
接合部に生ずるバリの発生量の変化を測定し、それを基
にして最適接合を行うためのワークW1 の回転速度Nn
および送り速度Vn を設定するところにある。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or corresponding parts as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. By the way, the third embodiment is different from the first and second embodiments in that in order to grasp the progress state of the desired softening of the joint in the pressure welding step, the burrs generated in the joint by the pressure welding of the works W1 and W2. Rotation speed Nn of the work W1 for measuring the change in the generated amount and performing optimum welding based on the change
And the feed rate Vn is set.

【0042】本実施例に用いる摩擦圧接装置を図10およ
び図11に示す。図示のようにワークW1 、W2 の当接位
置に、変位センサ22を配置している。変位センサ22は、
投光部22aから受光部22bへレーザー帯23を照射し、被
測定物がレーザー帯23を遮ることにより受光部22bの受
光量が減少することを利用して、被測定物の変位量を検
知するものである。変位センサ22は、ベース1に配置さ
れた適当な部分に、ブラケット 221を介して支持され、
レーザー帯23がワークの外壁から所定距離Xをおいて照
射されるように配置されている。所定距離Xは、後述す
るバリの発生量の変化を検知することが可能な値とす
る。
A friction welding device used in this embodiment is shown in FIGS. 10 and 11. As shown in the figure, the displacement sensor 22 is arranged at the contact position between the works W1 and W2. The displacement sensor 22 is
The displacement amount of the object to be measured is detected by irradiating the laser band 23 from the light projecting unit 22a to the light receiving unit 22b, and the object to be measured interrupts the laser band 23 to reduce the amount of light received by the light receiving unit 22b. To do. The displacement sensor 22 is supported by a bracket 221 at an appropriate portion arranged on the base 1,
The laser band 23 is arranged so as to be irradiated at a predetermined distance X from the outer wall of the work. The predetermined distance X has a value capable of detecting a change in the amount of burrs described later.

【0043】ここで、摩擦圧接工程の進行に伴って、ワ
ークW1 、W2 の接合部に発生し増加するバリの、成長
の様子についてを図12(a)ないし(d)を用いて説明
する。図12(a)は、ワークW1 とW2 との摩擦圧接の
開始時点を示している。図12(b)はバリ発生の初期ス
テップである。ワークW1 の送り量が増加し、接合部が
摩擦熱によって軟化することにより、バリ24がワークW
1 、W2 の接合部から、ワークの直径方向に発生する。
図12(c)は、バリ発生の中期ステップである。ワーク
W1 の送り量はさらに増加し、それに伴ってバリ24の発
生量も増加して、先端部が互いに離間するように巻き込
み始める。図12(d)は、バリ発生の後期ステップであ
る。W1 の送り量はさらに増加し、成長するバリ24の先
端部は、再びワークの外壁と一体化する。この図12
(d)に示すバリ24は、接合部における所望の溶着強度
を持たせるように圧接工程を進めた場合に発生する理想
的な形状である。
Now, how the burrs grow and increase at the joint between the works W1 and W2 with the progress of the friction welding process will be described with reference to FIGS. 12 (a) to 12 (d). FIG. 12 (a) shows the starting point of friction welding between the works W1 and W2. FIG. 12B shows an initial step of burr generation. The feed amount of the work W1 is increased, and the joining portion is softened by frictional heat, so that the burr 24 becomes the work W.
It is generated in the diametrical direction of the work from the junction of 1 and W2.
FIG. 12 (c) is the middle step of burr generation. The feed amount of the work W1 further increases, and accordingly, the amount of burrs 24 generated also increases, and the tips start to be separated from each other. FIG. 12D shows the latter step of the burr generation. The feed amount of W1 further increases, and the tip of the growing burr 24 is integrated again with the outer wall of the work. This Figure 12
The burr 24 shown in (d) is an ideal shape that occurs when the pressure welding process is advanced so as to give a desired welding strength at the joint.

【0044】以上のようなバリ24の成長に伴って、レー
ザー帯23がバリ24に遮られる面積が増加し、接合部にお
ける軟化の進行状態を把握することができる。ところ
で、図12(a)〜(d)においては、下方に投光部が、
上方に受光部が設けられており、上方に向かってレーザ
ー帯23が照射された状態を示している。図12(b)に示
す状態では、バリの幅および先端部の直径が小さいた
め、ワークと平行に照射されたレーザー帯23の一部(幅
方向の中央部)を遮るのみである。ところが、図12
(c)の状態に至ると、バリの幅および先端部の直径は
拡大し、レーザー帯23は中央部からある程度の幅をもっ
て遮られる状態となる。さらに図12(d)の状態になる
と、バリの幅および先端部の直径はさらに拡大し、バリ
がレーザー帯23を遮る幅はそれまでで最大となる。そし
て、バリ24の発生量(すなわちレーザー帯23がバリ24に
遮られる面積)が所定値を越えたときに、接合部の軟化
状態は溶融点に到達していると判断することができる。
As the burr 24 grows as described above, the area where the laser band 23 is blocked by the burr 24 increases, and the progress of softening at the joint can be grasped. By the way, in FIGS. 12 (a) to 12 (d), the light projecting section is located below.
The light receiving unit is provided above, and the laser band 23 is radiated upward. In the state shown in FIG. 12 (b), since the width of the burr and the diameter of the tip portion are small, only a part (the central portion in the width direction) of the laser band 23 irradiated in parallel with the work is blocked. However, Figure 12
When the state of (c) is reached, the width of the burr and the diameter of the tip portion are enlarged, and the laser band 23 is blocked from the central portion with a certain width. Further, in the state of FIG. 12 (d), the width of the burr and the diameter of the tip portion are further expanded, and the width at which the burr blocks the laser band 23 becomes the maximum until then. When the amount of burrs 24 generated (that is, the area where the laser band 23 is blocked by the burrs 24) exceeds a predetermined value, it can be determined that the softened state of the joint has reached the melting point.

【0045】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図13ないし図15に示して説明する。図13は摩擦圧接工
程の進行(ワークW1 の送り量Sn の増加)と共に変化
するワークW1 の回転速度Nn 、ワークW1 の送り速度
Vn およびワークW1 とワークW2 との圧接により生ず
るバリの発生量に比例するレーザー帯23の遮られる面積
Dn の関係をグラフ表示したものである。特に、ワーク
W1 の送り量Sn と面積Dn との関係を示すグラフをR
B と称す。図14および図15はこの摩擦圧接工程のフロー
チャートであり、第1実施例における摩擦圧接工程の初
期ステップ(図4)は、本実施例においても適用され
る。
Here, the procedure of the friction welding in this embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 15. FIG. 13 shows the rotation speed Nn of the work W1, the feed speed Vn of the work W1, and the amount of burr generated by the pressure contact between the work W1 and the work W2, which change with the progress of the friction welding process (increase in the feed amount Sn of the work W1). 6 is a graph showing the proportional relationship between the blocked area Dn of the laser band 23. In particular, R is a graph showing the relationship between the feed amount Sn of the work W1 and the area Dn.
Call it B. 14 and 15 are flowcharts of this friction welding process, and the initial step (FIG. 4) of the friction welding process in the first embodiment is also applied to this embodiment.

【0046】まず、図4に示す第1実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークW1の回転速度をN1 に
上昇させ(step1)、ワークW1 の送り速度をV1 まで
上昇させる(step2)。ワークW1 は、その移動開始位
置からの送り量S0 の位置で、ワークW2 と当接する。
ワークW1 、W2 の接合部におけるバリの発生により、
レーザー帯23の遮られる面積がD1 に達するか、もしく
は、ワークW1 の送り量がS1 に達した時点で(step
3)、コントローラはサーボモータ12の加速信号SG2
を出す。ワークW1 の送り速度は所定速度V2 に上昇し
(step4)、それに伴って、バリの増加率が上昇する。
First, similarly to the initial step of the work process of the first embodiment shown in FIG. 4, the rotation speed of the work W1 is increased to N1 (step 1), and the feed speed of the work W1 is increased to V1 (step 2). . The work W1 comes into contact with the work W2 at the feed amount S0 from the movement start position.
Due to the occurrence of burrs at the joint between the workpieces W1 and W2,
When the blocked area of the laser band 23 reaches D1 or the feed amount of the work W1 reaches S1, (step
3), the controller is the acceleration signal SG2 of the servo motor 12.
Give out. The feed speed of the work W1 is increased to a predetermined speed V2 (step 4), and the rate of increase of burrs is increased accordingly.

【0047】ところで、ワークW1 の送り量Sn と面積
Dn との関係を示すグラフRB が、図中に斜線部で示す
最適接合ゾーンZB の範囲にあるようにワークW1 の送
り速度V2 と回転速度N1 とを設定する。最適接合ゾー
ンZB は、数回の予備接合を行い、その結果を基にあら
かじめ設定しておく。グラフRB がこの最適接合ゾーン
ZB の範囲にあるときには、ワークの軟化の進行状態
と、送り速度とのバランスがとれており、最終的に良質
な溶着品質を得ることができる。
By the way, the graph RB showing the relationship between the feed amount Sn and the area Dn of the work W1 is in the range of the optimum joining zone ZB indicated by the shaded portion in the figure, so that the feed speed V2 and the rotation speed N1 of the work W1 are shown. And. The optimum joining zone ZB is preliminarily set based on the results of several preliminary joinings. When the graph RB is in the range of the optimum joining zone ZB, the progress state of the softening of the work and the feed rate are balanced, and finally good welding quality can be obtained.

【0048】ところで、グラフRB がこの最適接合ゾー
ンZB の上方に逸れる場合には、ワークW1 の送り量に
比してバリの成長が速い状態を示しており、必要以上に
バリを発生させてしまう。したがって、ワークW1 の送
り速度V2 または回転速度N1 をより低い値に設定する
必要がある。また、グラフRB がこの最適接合ゾーンZ
B の下方に逸れる場合には、ワークW1 の送り量に比し
てバリの成長が遅い状態を示しており、接合部における
所望の溶着強度をえることができなくなる。したがっ
て、ワークW1 の送り速度V2 または回転速度N1 をよ
り高い値に設定する必要がある。いずれの場合において
も、グラフRB がこの最適接合ゾーンZBの範囲から外
れると、満足な製品を得ることができないので、圧接作
業は中止される。
By the way, when the graph RB deviates above the optimum joining zone ZB, it shows that the growth of burrs is faster than the feed amount of the work W1, and burrs are generated more than necessary. . Therefore, it is necessary to set the feed speed V2 or the rotation speed N1 of the work W1 to a lower value. Also, the graph RB shows this optimum joining zone Z.
When it deviates below B, the growth of burrs is slower than the feed amount of the work W1, and it becomes impossible to obtain the desired welding strength at the joint. Therefore, it is necessary to set the feed speed V2 or the rotation speed N1 of the work W1 to a higher value. In any case, if the graph RB deviates from the range of this optimum joining zone ZB, a satisfactory product cannot be obtained, and therefore the welding operation is stopped.

【0049】グラフRB を最適接合ゾーンZB に維持し
ながら、ワークW1 の送り量を増加していくと、やが
て、バリにより遮断される面積がDS1〜DS2の範囲に達
する(step5)。このDS1〜DS2の範囲に達すると、接
合部の軟化状態は溶融点に到達したことを示す。そして
コントローラは、面積がDS1となった時点から所定のP
S期間を設定する(step6)。本実施例におけるPS期
間では、バリにより遮断される面積が最適接合ゾーンZ
B の範囲にあるように制御し、接合部の軟化状態を溶融
点に維持する。PS期間の経過の後(送り量がS2 達し
たとき)に、コントローラは出力信号SG3 、SG4 を
出す(step7)。
When the feed amount of the work W1 is increased while maintaining the graph RB in the optimum joining zone ZB, the area blocked by the burr eventually reaches the range DS1 to DS2 (step 5). When this range of DS1 to DS2 is reached, it means that the softened state of the joint has reached the melting point. Then, the controller starts a predetermined P from the time when the area becomes DS1.
Set the S period (step 6). In the PS period in this embodiment, the area blocked by the burr is the optimum joining zone Z.
It is controlled to be in the range of B, and the softened state of the joint is maintained at the melting point. After the lapse of the PS period (when the feed amount reaches S2), the controller outputs output signals SG3 and SG4 (step 7).

【0050】信号SG3 とSG4 との発生から所定時間
Tが経過する間に、ワークW1 の送り量はS3 に到達
し、バリにより遮断される面積は、D4 〜D5 に達し、
圧接が完了する(step8)。また、ワークW1 の回転に
は制動が掛けられるので、ワークW1 とW2 との相対回
転はなくなり、摩擦による発熱が無くなるので、2つの
ワークは溶着され凝固する。このとき、バリの発生によ
り遮断される面積がD4〜D5 とならなかった場合に
は、不良品と判断される。
While the predetermined time T has passed from the generation of the signals SG3 and SG4, the feed amount of the work W1 reaches S3, the area blocked by the burr reaches D4 to D5,
Pressure contact is completed (step 8). Further, since the rotation of the work W1 is braked, the relative rotation between the works W1 and W2 is eliminated and heat generation due to friction is eliminated, so that the two works are welded and solidified. At this time, if the area blocked by burr does not fall within D4 to D5, it is determined as a defective product.

【0051】上記構成をなす本実施例より得られる作用
効果は、以下の通りである。上記のように、2つのワー
クの接合部に発生するバリの発生量を検知し、それを基
にしてワークの回転速度および送り速度を設定するの
で、ワークの材質や寸法を変更した場合でも、常に、摩
擦圧接装置の各部の作動設定を最適にすることが容易で
ある。その他の作用効果については、前記第1および第
2実施例と同様であり、ここでの説明は省略する。とこ
ろで、本実施例においてはバリの発生量を検知するため
に、変位センサ22を用いたが、ビデオカメラ等を用いて
バリの成長を撮影し、画像処理を施すことにより、摩擦
圧接装置の各部の作動設定に役立てることも可能であ
る。
The operation and effect obtained from this embodiment having the above-mentioned structure are as follows. As described above, the amount of burrs generated at the joint between two workpieces is detected, and the rotation speed and feed rate of the workpieces are set based on this, so even if the material or dimensions of the workpieces are changed, It is always easy to optimize the operating settings for each part of the friction welding device. Other functions and effects are the same as those of the first and second embodiments, and the description thereof is omitted here. By the way, in the present embodiment, in order to detect the amount of burrs generated, the displacement sensor 22 is used, but by imaging the growth of burrs with a video camera or the like and performing image processing, each part of the friction welding device is It is also possible to use it for the operation setting of.

【0052】次に、本発明の第4実施例を、図16ないし
図18に示して説明する。図中第1ないし第3実施例と同
一部分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明
は省略する。第4実施例が第1ないし第3実施例と異な
る点は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行状
態を把握するために、ワークW1 、W2 の圧接により接
合部に生ずる摩擦熱を検知し、その温度変化を基にして
最適接合を行うためのワークW1 の回転速度Nn および
送り速度Vn を設定するところにある。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or corresponding parts as those of the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that the friction heat generated in the welded portion by the pressure welding of the works W1 and W2 is detected in order to grasp the progress of the desired softening of the welded portion in the pressure welding process. However, the rotation speed Nn and the feed speed Vn of the work W1 for optimum joining are set based on the temperature change.

【0053】本実施例に用いる摩擦圧接装置を図16に示
す。図示のようにワークW1 、W2の当接位置近傍に、
温度センサ25を配置している。温度センサ25は、ステー
251を介して主軸本体2に取付けられている。また、温
度センサ25の計測点は、ワークW1 の端面となるよう
に、ワークW1 をチャック9に固定する。ここで、温度
センサ25の計測点とワークW1 の端面とを一致させる方
法を以下に説明する。まず、ワークW2 をクランプ3に
固定する。また、ワークW1 をチャック9に仮固定す
る。そして、主軸本体をワークW2 の方向に移動させ、
ワークW1 とワークW2 とを当接させる。ワークW1 は
仮固定の状態なので、ワークW1 とワークW2 との当接
圧で、ワークW1 はチャック9の最奥部に密着し、所定
位置に位置決めされる。ここで、チャック9を強く閉め
込み、ワークW1 を完全に固定する。
FIG. 16 shows the friction welding device used in this embodiment. As shown in the figure, in the vicinity of the contact positions of the works W1 and W2,
A temperature sensor 25 is arranged. The temperature sensor 25 is
It is attached to the main spindle body 2 via 251. Further, the work W1 is fixed to the chuck 9 so that the measurement point of the temperature sensor 25 is the end surface of the work W1. Here, a method of matching the measurement point of the temperature sensor 25 and the end surface of the work W1 will be described below. First, the work W2 is fixed to the clamp 3. Further, the work W1 is temporarily fixed to the chuck 9. Then, the spindle body is moved in the direction of the work W2,
The work W1 and the work W2 are brought into contact with each other. Since the work W1 is in the temporarily fixed state, the work W1 is brought into close contact with the innermost portion of the chuck 9 by the contact pressure between the work W1 and the work W2 and positioned at a predetermined position. At this point, the chuck 9 is strongly closed to completely fix the work W1.

【0054】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図17、図18に示して説明する。図17は摩擦圧接工程の
進行(ワークW1 の送り量Sn の増加)と共に変化する
ワークW1 の回転速度Nn 、ワークW1 の送り速度Vn
およびワークW1 とワークW2 との圧接により生ずる接
合部の温度tn の関係をグラフ表示したものである。特
に、ワークW1 の送り量と接合部の温度との関係を示す
グラフをRt と称す。図18はこの摩擦圧接工程のフロー
チャートであり、第1実施例における摩擦圧接工程の初
期ステップ(図4)および最終ステップ(図6)は、本
実施例においても適用される。
Here, the procedure of the friction welding in this embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 shows the rotation speed Nn of the work W1 and the feed speed Vn of the work W1 which change with the progress of the friction welding process (increase in the feed amount Sn of the work W1).
3 is a graph showing the relationship between the temperature tn of the joint portion caused by the pressure contact between the work W1 and the work W2. In particular, a graph showing the relationship between the feed amount of the work W1 and the temperature of the joint is referred to as Rt. FIG. 18 is a flowchart of this friction welding process, and the initial step (FIG. 4) and the final step (FIG. 6) of the friction welding process in the first embodiment are also applied to this embodiment.

【0055】まず、図4に示す第1実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークW1の回転速度をN1 ま
で上昇させ(step1)、ワークW1 の送り速度をV1 ま
で上昇させる(step2)。ワークW1 は、その移動開始
位置からの送り量S0 の位置で、ワークW2 と当接す
る。そしてワークW1 とW2 との接合部に摩擦熱が発生
し、接合部の温度tn は徐々に上昇する。ワークW1 の
送り量がS1 に到達した時点で(step3)、コントロー
ラはサーボモータ12の加速信号SG2 を出し、送り速度
をV2 まで上昇させる。そのままワークW1 の送り量を
増加していくと、接合部に大きな摩擦熱が発生し、ワー
クの接合部の軟化が進行する。
First, similarly to the initial step of the work process of the first embodiment shown in FIG. 4, the rotation speed of the work W1 is increased to N1 (step 1), and the feed speed of the work W1 is increased to V1 (step 2). . The work W1 comes into contact with the work W2 at the feed amount S0 from the movement start position. Friction heat is generated at the joint between the works W1 and W2, and the temperature tn at the joint gradually rises. When the feed amount of the work W1 reaches S1 (step 3), the controller outputs the acceleration signal SG2 of the servo motor 12 to increase the feed speed to V2. If the feed amount of the work W1 is increased as it is, a large frictional heat is generated in the joint portion, and the joint portion of the workpiece is softened.

【0056】ワークW1 、W2 の接合部は軟化しながら
融合が進行する。このとき、ワークW1 の送り量と接合
部の温度との関係を示すグラフRt が、図中に斜線部で
示す最適接合ゾーンZt の範囲にあるように、ワークW
1 の送り速度V2 と回転速度N1 とを設定する。最適接
合ゾーンZt は数回の予備接合を行い、その結果を基に
あらかじめ設定しておく。グラフRt がこの最適接合ゾ
ーンZt の範囲にあるときには、ワークの軟化の進行状
態と、送り速度とのバランスがとれており、最終的に良
質な溶着品質を得ることができる。
Fusion progresses while the joints between the works W1 and W2 are softened. At this time, the graph Rt showing the relationship between the feed amount of the work W1 and the temperature of the joint is in the range of the optimum joint zone Zt indicated by the shaded portion in the drawing so that the work W is
The feed speed V2 and the rotation speed N1 of 1 are set. The optimum joining zone Zt is preliminarily set based on the results of several preliminary joinings. When the graph Rt is in the range of the optimum joining zone Zt, the progress state of the softening of the work and the feed rate are balanced, and finally good welding quality can be obtained.

【0057】グラフRt が最適接合ゾーンZt から逸れ
ると、接合部の発熱量が不適切な状態となり、接合部の
軟化の進行がうまくなされていないことを意味する。し
たがって、製品の寸法精度や溶着強度に満足なものが得
られないので、圧接作業は中止される。
If the graph Rt deviates from the optimum joining zone Zt, it means that the amount of heat generated at the joint is in an inappropriate state and the softening of the joint is not progressing well. Therefore, since the dimensional accuracy and the welding strength of the product cannot be obtained, the pressure welding work is stopped.

【0058】グラフRt を最適接合ゾーンZt に維持し
ながら、ワークW1 の送り量をS2まで増加していく。
送り量がS2 に到達した時点で(step4)、接合部の温
度がt1 ないしt2 の範囲内にあることが確認される
と、コントローラは所定のPS期間を設定する(step
5)。本実施例におけるPS期間では、接合部の軟化状
態が溶融点に達する温度t3 以上になるよう制御する。
PS期間の経過時点(送り量S2':step6)で、接合部
の温度が溶融点t3 以上である場合には、第1実施例と
同様に、図6に示す摩擦圧接工程の最終ステップ(step
7以後)へ移行する。また、PS期間の経過時点で、接
合部の温度がt3 に満たない場合には、所望の発熱量を
得ることができていない状態であり、寸法精度や溶着強
度に満足なものが得られないので、圧接作業は中止され
る。
The feed amount of the work W1 is increased to S2 while maintaining the graph Rt in the optimum joining zone Zt.
When it is confirmed that the temperature of the joint is within the range of t1 to t2 when the feed amount reaches S2 (step 4), the controller sets a predetermined PS period (step).
5). In the PS period in this embodiment, control is performed so that the softened state of the joint becomes the temperature t3 or higher at which it reaches the melting point.
When the temperature of the joint is equal to or higher than the melting point t3 at the time when the PS period elapses (feed amount S2 ': step6), as in the first embodiment, the final step (step) of the friction welding process shown in FIG.
7 or later). Further, when the temperature of the joint portion is less than t3 after the lapse of the PS period, the desired amount of heat generation cannot be obtained, and the dimensional accuracy and the welding strength are not satisfactory. Therefore, the pressure welding work is stopped.

【0059】上記構成をなす第4実施例より得られる作
用効果は、以下の通りである。上記のように、2つのワ
ークの接合部に発生する摩擦熱の温度変化から前記接合
部の軟化の促進状態を認識し、それを基にしてワークの
回転速度および送り速度を設定するので、ワークの材質
や寸法を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部
の作動設定を最適にすることが容易である。その他の作
用効果については、前記第1実施例と同様であり、ここ
での説明は省略する。
The operation and effect obtained from the fourth embodiment having the above structure is as follows. As described above, since the accelerated state of softening of the joint is recognized from the temperature change of the friction heat generated in the joint of the two works, and the rotation speed and the feed rate of the work are set based on the recognized state, Even when the material and size of the friction welding device are changed, it is easy to always optimize the operation setting of each part of the friction welding device. Other functions and effects are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

【0060】次に、本発明の第5実施例を、図19ないし
図21に示して説明する。図中第1ないし第4実施例と同
一部分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明
は省略する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or corresponding parts as those of the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0061】第5実施例が第1ないし第4実施例と異な
る点は、圧接工程における接合部の所望の軟化の進行状
態を把握するために、ワークW1 、W2 の圧接により接
合部に生ずる摩擦抵抗によって、モータ6の負荷電流が
変動することを利用して、最適接合を行うためのワーク
W1 の回転速度Nn および送り速度Vn を設定するとこ
ろにある。本実施例に用いる摩擦圧接装置を図19に示
す。図示のように主軸4を駆動するモータ6には、負荷
電流検出器26が接続されており、その検出信号を図示し
ないコントローラに伝送するようになっている。
The difference between the fifth embodiment and the first to fourth embodiments is that in order to grasp the progress of the desired softening of the joint in the pressure welding step, the friction generated in the joint by the pressure welding of the works W1 and W2. By utilizing the fact that the load current of the motor 6 fluctuates due to the resistance, the rotation speed Nn and the feed speed Vn of the work W1 for optimum welding are set. The friction welding device used in this example is shown in FIG. A load current detector 26 is connected to the motor 6 that drives the main shaft 4 as shown in the figure, and the detection signal thereof is transmitted to a controller (not shown).

【0062】ここで、本実施例における摩擦圧接の手順
を図20、図21に示して説明する。図20は摩擦圧接工程の
進行(ワークW1 の送り量Sn の増加)と共に変化する
ワークW1 の回転速度Nn 、ワークW1 の送り速度Vn
およびワークW1 とワークW2 との圧接により生ずる摩
擦抵抗によって変動するモータ6の負荷電流の値Inの
関係をグラフ表示したものである。特に、ワークW1 の
送り量Sn とモータ6の負荷電流の値In との関係を示
すグラフをRi と称す。図21はこの摩擦圧接工程のフロ
ーチャートであり、第1実施例における摩擦圧接工程の
初期ステップ(図4)および最終ステップ(図6)は、
本実施例においても適用される。
Here, the procedure of friction welding in this embodiment will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. 20 shows the rotation speed Nn of the work W1 and the feed speed Vn of the work W1 which change with the progress of the friction welding process (increase in the feed amount Sn of the work W1).
3 is a graph showing the relationship between the load current value In of the motor 6 which varies depending on the frictional resistance generated by the pressure contact between the work W1 and the work W2. In particular, a graph showing the relationship between the feed amount Sn of the work W1 and the load current value In of the motor 6 is called Ri. FIG. 21 is a flow chart of this friction welding process. The initial step (FIG. 4) and the final step (FIG. 6) of the friction welding process in the first embodiment are
It is also applied in this embodiment.

【0063】まず、図4に示す第1実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークW1の回転速度をN1 ま
で上昇させ(step1)、ワークW1 の送り速度をV1 ま
で上昇させる(step2)。ところで、モータ6を始動さ
せてワークW1 を所定の回転速度N1 に上昇させる過程
において、負荷電流In は、Ri aに示されるように一
度上昇し、その後に低下して所定値で安定する。ワーク
W1 がワークW2 に当接し、接合部における摩擦抵抗が
増加することにより、モータ6には負荷がかかる。よっ
て、ワークW1 の回転速度N1 を維持するために、モー
タ6の負荷電流は序々に増加していく。接合部は摩擦抵
抗により発熱し、軟化を進行させる。
First, similarly to the initial step of the work process of the first embodiment shown in FIG. 4, the rotation speed of the work W1 is increased to N1 (step 1), and the feed speed of the work W1 is increased to V1 (step 2). . By the way, in the process of starting the motor 6 and raising the work W1 to a predetermined rotation speed N1, the load current In rises once as indicated by Ri a and then decreases and stabilizes at a predetermined value. The work W1 comes into contact with the work W2, and the frictional resistance at the joint increases, so that the motor 6 is loaded. Therefore, the load current of the motor 6 gradually increases in order to maintain the rotation speed N1 of the work W1. The joint portion generates heat due to frictional resistance and progresses softening.

【0064】このままワークW1 の送り量をS1 まで増
加させたとき(step3)に負荷電流が所定値I3 を越
え、しかもワークW1 の送り量Sn とモータ6の負荷電
流の値In との関係を示すグラフRi が、あらかじめ設
定された最適接合ゾーンZi の範囲にあるときには、ワ
ークの軟化の進行状態と、送り速度とのバランスがとれ
ており、最終的に良質な溶着品質を得ることができる。
よって、ワークW1 の送り量は引き続き増加される。
When the feed amount of the work W1 is increased to S1 as it is (step 3), the load current exceeds the predetermined value I3, and the relation between the feed amount Sn of the work W1 and the load current value In of the motor 6 is shown. When the graph Ri is within the range of the preset optimum joining zone Zi, the progress of the softening of the work and the feed rate are well balanced, and finally good welding quality can be obtained.
Therefore, the feed amount of the work W1 is continuously increased.

【0065】ワークW1 の送り量に比して接触面の軟化
が不十分である場合には、摩擦抵抗が増加するのでモー
タ6の負荷電流が増大し、グラフRi はこの最適接合ゾ
ーンZi の上方に逸れる。したがって、ワークW1 の送
り速度V1 または回転速度N1 をより低い値に設定する
必要がある。また、ワークW1 の送り量に比して接触面
の軟化の進行が急である場合には、摩擦抵抗が減少して
モータ6の負荷電流が減少し、グラフRb は最適接合ゾ
ーンZi の下方に逸れる。したがって、ワークW1 の送
り速度V1 または回転速度N1 をより高い値に設定する
必要がある。いずれの場合においても、グラフRi がこ
の最適接合ゾーンZi の範囲から外れると、満足な製品
を得ることができないので、圧接作業は中止される。
When the softening of the contact surface is insufficient as compared with the feed amount of the work W1, the friction resistance increases and the load current of the motor 6 increases, and the graph Ri indicates the upper part of the optimum joining zone Zi. Deviate to. Therefore, it is necessary to set the feed speed V1 or the rotation speed N1 of the work W1 to a lower value. Further, when the softening of the contact surface progresses rapidly as compared with the feed amount of the work W1, the frictional resistance decreases and the load current of the motor 6 decreases, and the graph Rb shows below the optimum joining zone Zi. Deviate. Therefore, it is necessary to set the feed speed V1 or the rotation speed N1 of the work W1 to a higher value. In any case, if the graph Ri is outside the range of this optimum joining zone Zi, a satisfactory product cannot be obtained, so that the welding operation is stopped.

【0066】接合部の軟化はさらに進行して、溶融点に
到達する。このとき、接触面の摩擦抵抗は小さくなるの
で、負荷電流の値は減少し一定の値を保つ。そして、ワ
ークW1 の送り量がS2 に達したときに(step4)、負
荷電流がI1 ないしI2 の範囲内にあるとき、コントロ
ーラは所定のPS期間を設定する(step5)。本実施例
におけるPS期間では、負荷電流をI1 〜I2 にたもつ
ように制御し、接合部の軟化状態を溶融点に維持する。
PS期間の経過の後(送り量がS2'に達したとき:step
6)に、第1実施例と同様に、図6に示す摩擦圧接工程
の最終ステップを実行する。本実施例においては、モー
タ6の負荷電流が、一度I3 を越えたのち、再び低下し
て安定する状態をとらえることにより、接触面が溶融点
に達したことを把握することができる。
The softening of the joint further progresses and reaches the melting point. At this time, since the frictional resistance of the contact surface becomes small, the value of the load current decreases and maintains a constant value. Then, when the feed amount of the work W1 reaches S2 (step 4) and the load current is within the range of I1 to I2, the controller sets a predetermined PS period (step 5). During the PS period in this embodiment, the load current is controlled so as to maintain I1 to I2, and the softened state of the joint is maintained at the melting point.
After the lapse of PS period (when the feed amount reaches S2 ': step
In 6), the final step of the friction welding process shown in FIG. 6 is executed as in the first embodiment. In the present embodiment, the load current of the motor 6 once exceeds I3 and then decreases again to catch a stable state, whereby it can be understood that the contact surface has reached the melting point.

【0067】上記構成をなす第5実施例より得られる作
用効果は、以下の通りである。上記のように、2つのワ
ークの接合部に発生する摩擦抵抗の変化を、モータ6の
負荷電流の変化を検知することにより、前記接合部の軟
化の促進状態を認識し、それを基にしてワークの回転速
度および送り速度を設定するので、ワークの材質や寸法
を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部の作動
設定を最適にすることが容易である。その他の作用効果
については、前記第1実施例と同様であり、ここでの説
明は省略する。
The operational effects obtained from the fifth embodiment having the above-mentioned structure are as follows. As described above, by detecting the change in the frictional resistance generated at the joint between the two works by detecting the change in the load current of the motor 6, the accelerated state of softening of the joint is recognized, and based on this, Since the rotation speed and the feed speed of the work are set, it is easy to always optimize the operation setting of each part of the friction welding device even when the material and dimensions of the work are changed. Other functions and effects are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

【0068】次に、本発明の第6実施例を、図22ないし
図24に示して説明する。図中第1ないし第5実施例と同
一部分若しくは相当部分は同一符号で示し、詳しい説明
は省略する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or corresponding parts as those of the first to fifth embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0069】第6実施例は、ワークの最適接合を行うた
めの摩擦圧接装置の作動方法に関するものである。図22
は摩擦圧接工程の進行(摩擦圧接作業の開始からの経過
時間Tn )と共に変化するワークW1 の回転速度Nn 、
ワークW1 の送り速度Vn およびワークW1 とワークW
2 との押付圧力Pn の関係をグラフ表示したものであ
る。特に、経過時間Tn と押付圧力Pn との関係を示す
グラフをRP と称す。また、経過時間Tn におけるワー
クW1 の送り量Sn も表示している。図23、図24はこの
摩擦圧接工程のフローチャートであり、第1実施例にお
ける摩擦圧接工程の初期ステップ(図4)は、本実施例
においても適用される。
The sixth embodiment relates to a method of operating a friction welding device for optimal welding of works. Figure 22
Is the rotational speed Nn of the work W1 which changes with the progress of the friction welding process (elapsed time Tn from the start of the friction welding work),
Feed rate Vn of work W1 and work W1 and work W
2 is a graph showing the relationship between 2 and the pressing pressure Pn. In particular, a graph showing the relationship between the elapsed time Tn and the pressing pressure Pn is called RP. Further, the feed amount Sn of the work W1 at the elapsed time Tn is also displayed. 23 and 24 are flowcharts of this friction welding process, and the initial step (FIG. 4) of the friction welding process in the first embodiment is also applied to this embodiment.

【0070】まず、図4に示す第1実施例の作業工程の
初期ステップと同様に、ワークW1の回転速度をN1 ま
で上昇させ(step1)、ワークW1 の送り速度をV1 ま
で上昇させる(step2)。ワークW1 は、その移動開始
位置からの送り量S0 の位置で、ワークW2 と当接す
る。そして、ワークW1 とワークW2 との接合部におけ
る押付圧力が上昇する。ワークW1 の送り量が所定値S
1 に到達した時点(step3)での押付圧力が、所定値P
2 以上であるときには、接合部の摩擦抵抗により十分な
摩擦熱が発生し、ワークの接合部の軟化が始まる。する
と、接合部の押付圧力は、接合部が軟化による変形をお
こすことにより減少していく。ワークW1の送り量が所
定値S1 に到達した時点で、押付圧力がP2 を下回って
いるときには、接触面の摩擦発熱が不十分となり、その
後の接合部の軟化が促進されないので、寸法精度や溶着
強度に満足できるものが得られない。よって、圧接作業
は中止される。
First, similarly to the initial step of the work process of the first embodiment shown in FIG. 4, the rotation speed of the work W1 is increased to N1 (step 1), and the feed speed of the work W1 is increased to V1 (step 2). . The work W1 comes into contact with the work W2 at the feed amount S0 from the movement start position. Then, the pressing pressure at the joint between the work W1 and the work W2 increases. Workpiece W1 feed amount is a predetermined value S
The pressing force at the time when 1 is reached (step 3) is the predetermined value P
When it is 2 or more, sufficient frictional heat is generated due to the frictional resistance of the joint, and softening of the joint of the work begins. Then, the pressing force of the joint portion decreases as the joint portion deforms due to softening. When the feed amount of the work W1 reaches the predetermined value S1 and the pressing pressure is lower than P2, the frictional heat generation of the contact surface becomes insufficient and the subsequent softening of the joint is not promoted. It is not possible to obtain a product with satisfactory strength. Therefore, the pressure welding work is stopped.

【0071】ワークW1 の送り量がSt に到達した時点
で(step4)、コントローラはサーボモータ12の停止信
号SG2'を出し、ワークW1 送り速度を0にする(step
5)。この状態で、ワークW1 の回転を継続すると、押
付圧力は次第に減少していくが、摩擦発熱は継続するの
で、接触面の軟化状態は維持される。このワークW1の
送りの停止を所定時間t0 だけ行った後(step6)、押
付圧力がP1 ないしP1'の範囲にあることが検知される
と、接触面は溶融点に到達したことになる。ここで、良
好な軟化状態を維持する溶融安定期間(以下、PS期間
という。)を、所定時間設ける(step7)。このPS期
間では、押付圧力がP1 ないしP1'を維持する。PS期
間経過の後に、摩擦圧接工程の最終ステップ(図24参
照)へ移行する。
When the feed amount of the work W1 reaches St (step 4), the controller outputs the stop signal SG2 'of the servomotor 12 to set the feed speed of the work W1 to 0 (step 4).
5). When the work W1 continues to rotate in this state, the pressing pressure gradually decreases, but friction heat generation continues, so that the softened state of the contact surface is maintained. After the feeding of the work W1 is stopped for a predetermined time t0 (step 6), when it is detected that the pressing pressure is in the range of P1 to P1 ', the contact surface has reached the melting point. Here, a melt stabilization period (hereinafter referred to as PS period) for maintaining a good softened state is provided for a predetermined time (step 7). In this PS period, the pressing pressure maintains P1 to P1 '. After the PS period has elapsed, the process proceeds to the final step (see FIG. 24) of the friction welding process.

【0072】コントローラはモータ6を停止させ、主軸
4にブレーキ8を作動させる信号SG3 を出す。またこ
れと同時に、ワークW1 の送り速度をV2 まで上昇させ
る信号SG4'とを出す(step8)。信号SG3 とSG4'
との発生から所定時間t1 が経過する間に、ワークW1
の送り量はS3 に到達し、ワークW1 とW2 との押付圧
力は所望のアプセット圧力P3 〜P4 まで増加する。ま
た、ワークW1 の回転には制動が掛けられるので、ワー
クW1 とW2 との相対回転はなくなり、摩擦による発熱
が無くなるので、2つのワークは溶着され凝固する(st
ep9)。ワークW1 の押付圧力がP3 〜P4 に到達しな
い場合には、十分な溶着強度が得られなかったことを示
し、不良品としてはじかれる。また、回転速度Nが0に
ならなかった場合には、ワークW1 とW2 とは溶着に失
敗したことを示すので、やはり不良品としてはじかれ
る。
The controller stops the motor 6 and issues a signal SG3 to the main shaft 4 to activate the brake 8. At the same time, a signal SG4 'for increasing the feed rate of the work W1 to V2 is issued (step 8). Signals SG3 and SG4 '
During a predetermined time t1 from the occurrence of
Reaches a value S3, and the pressing pressure between the works W1 and W2 increases to the desired upset pressure P3 to P4. Further, since the rotation of the work W1 is braked, the relative rotation between the works W1 and W2 is eliminated and heat generation due to friction is eliminated, so that the two works are welded and solidified (st
ep9). When the pressing pressure of the work W1 does not reach P3 to P4, it indicates that sufficient welding strength was not obtained, and the product is rejected as a defective product. If the rotation speed N does not reach 0, it means that the workpieces W1 and W2 have failed to be welded, and thus the workpieces are also rejected.

【0073】ところで、本実施例においてワークW1 の
回転速度Nn および送り速度Vn を設定する際には、上
記第1ないし第5実施例に示した手法を用いることがで
きる。
By the way, in the present embodiment, when the rotational speed Nn and the feed speed Vn of the work W1 are set, the methods shown in the first to fifth embodiments can be used.

【0074】上記構成をなす第6実施例より得られる作
用効果は、以下の通りである。接合部の軟化の進行中
に、ワークの送りを所定時間停止し、その状態で接触面
の軟化状態を進行させて、接触面を溶融点に到達させる
ので、接触面が溶融点に達するまでのステップで必要な
ワークの寄り代を少なくすることができる。よって、最
終的に圧接が完了したときのバリの発生も必要最小限に
抑えることができ、ワークの無駄を少なくすることがで
きる。
The operational effects obtained from the sixth embodiment having the above structure are as follows. While the softening of the joint is in progress, the workpiece feed is stopped for a predetermined time, and the softening state of the contact surface is advanced in that state to reach the melting point of the contact surface. It is possible to reduce the work margin required in the step. Therefore, the occurrence of burrs when the press contact is finally completed can be suppressed to the necessary minimum, and the waste of the work can be reduced.

【0075】[0075]

【有利な効果】本発明によれば、従来の摩擦圧接方法に
対し次のような効果を得ることができる。ワークの接合
部における軟化の進行状態を高速度カメラにより可視化
し、それを基にして、ワーク送り量と押付圧力との関係
における最適接合ゾーンを設定して、該最適接合ゾーン
の範囲内で前記工程が進行するように、前記ワークの回
転速度および送り速度を設定するので、ワークの材質や
寸法を変更した場合でも、常に、摩擦圧接装置の各部の
作動設定を最適にすることが容易となる。しかも、溶融
点を明確に把握して工程を進行させることができるの
で、ワークの寄り代を必要以上に過大にとる必要がなく
なり、材料の節約となると共に必要最小限の送り量で十
分な溶着強度を持った製品とすることができる。したが
って、不要なバリの発生を抑え、仕上げ工程でのバリの
除去作業も容易となる。また、最適接合ゾーンを維持し
て圧接工程を進めることにより、ワークの送り量は常に
適正値となり、最終的な寸法精度を正確に出すことがで
きる。
Advantageous Effects According to the present invention, the following effects can be obtained with respect to the conventional friction welding method. Visualize the progress of softening at the joint of the work with a high-speed camera, based on that, set the optimum joining zone in the relationship between the work feed amount and the pressing pressure, and within the range of the optimum joining zone Since the rotation speed and the feed speed of the work are set so that the process proceeds, it is easy to always optimize the operation setting of each part of the friction welding device even when the material and dimensions of the work are changed. . Moreover, since the melting point can be clearly grasped and the process can proceed, it is not necessary to take the work margin excessively more than necessary, saving the material and sufficient welding with the minimum necessary feed amount. It can be a product with strength. Therefore, it is possible to suppress the generation of unnecessary burrs and facilitate the work of removing burrs in the finishing process. Further, by advancing the pressure welding process while maintaining the optimum joining zone, the feed amount of the work is always an appropriate value, and the final dimensional accuracy can be accurately obtained.

【0076】また、一対のワークの圧接により生ずる振
動の周波数を測定して、ワークの送り量と周波数変動と
の関係における最適接合ゾーンを設定し、該周波数が前
記工程の進行に合わせて所定の周波数変動を示すよう
に、前記ワークの回転速度および送り速度を設定するこ
とによっても、同様の効果を得ることができる。
Further, the frequency of vibration generated by the pressure contact of the pair of works is measured to set the optimum joining zone in the relation between the feed amount of the works and the frequency fluctuation, and the frequency is set to a predetermined value in accordance with the progress of the process. The same effect can be obtained by setting the rotation speed and the feed speed of the work so as to show the frequency fluctuation.

【0077】さらに、一対のワークの接合部に生ずるバ
リの発生量の変化を測定し、それを基にして、ワーク送
り量とバリの発生量との関係における最適接合ゾーンを
設定し、前記最適接合ゾーンの範囲内で圧接工程が進行
するように、前記ワークの回転速度および送り速度を設
定することによっても、同様の効果を得ることができ
る。
Further, the change in the amount of burrs generated at the joint between the pair of works is measured, and based on this, the optimum joining zone in the relationship between the work feed amount and the amount of burrs is set, and the optimum The same effect can be obtained by setting the rotation speed and the feed speed of the work so that the pressure welding process proceeds within the range of the joining zone.

【0078】もしくは、前記最適接合ゾーンは、前記ワ
ークの圧接により接合部に生ずる摩擦熱の温度変化を測
定し、それをもとにして設定することもできる。また、
前記最適接合ゾーンは、前記ワークを回転駆動するモー
タの、前記圧接工程における負荷電流の変動を測定し、
それをもとにして設定することも可能であり、いずれの
場合でも、前記最適接合ゾーンの範囲内で圧接工程が進
行するように、前記ワークの回転速度および送り速度を
設定することにより、同様の効果を得ることができる。
Alternatively, the optimum joining zone can be set on the basis of the temperature change of the frictional heat generated at the joint due to the pressure contact of the work pieces, and based on this. Also,
The optimum joining zone is a motor for rotationally driving the workpiece, and measures a change in load current in the pressure welding step,
It is also possible to set based on it, and in any case, by setting the rotation speed and the feed speed of the work so that the pressure welding step proceeds within the range of the optimum welding zone, The effect of can be obtained.

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

【図1】本発明の第1実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。
FIG. 1 is a graph showing the relationship of various parameters that change with the progress of the friction welding process in the first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a friction welding device in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a friction welding device in a first embodiment of the present invention.

【図4】図1に示す摩擦圧接工程の初期ステップを示す
フローチャート図である。
FIG. 4 is a flow chart showing initial steps of the friction welding process shown in FIG. 1.

【図5】図1に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。
5 is a flow chart diagram showing an intermediate step of the friction welding process shown in FIG. 1. FIG.

【図6】図1に示す摩擦圧接工程の最終ステップを示す
フローチャート図である。
6 is a flowchart showing the final step of the friction welding process shown in FIG.

【図7】本発明の第2実施例における摩擦圧接装置を示
す摸式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a friction welding device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施例における摩擦圧接工程の進
行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフで
ある。
FIG. 8 is a graph showing the relationship of various parameters that change with the progress of the friction welding process in the second embodiment of the present invention.

【図9】図8に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示す
フローチャート図である。
9 is a flowchart showing an intermediate step of the friction welding process shown in FIG.

【図10】本発明の第3実施例における摩擦圧接装置を
示す摸式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing a friction welding device according to a third embodiment of the present invention.

【図11】図10の矢視Aにおける摸式図である。FIG. 11 is a schematic diagram taken in the direction of arrow A in FIG.

【図12】(a)ないし(d)は摩擦圧接工程の進行に
より発生するバリの成長の様子を示す摸式図である。
12 (a) to 12 (d) are schematic diagrams showing how burrs grow as the friction welding process proceeds.

【図13】本発明の第3実施例における摩擦圧接工程の
進行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフ
である。
FIG. 13 is a graph showing the relationship of various parameters that change with the progress of the friction welding process in the third embodiment of the present invention.

【図14】図13に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示
すフローチャート図である。
FIG. 14 is a flowchart showing an intermediate step of the friction welding process shown in FIG.

【図15】図13に示す摩擦圧接工程の最終ステップを示
すフローチャート図である。
15 is a flowchart showing the final step of the friction welding process shown in FIG.

【図16】本発明の第4実施例における摩擦圧接装置を
示す摸式図である。
FIG. 16 is a schematic view showing a friction welding device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第4実施例における摩擦圧接工程の
進行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフ
である。
FIG. 17 is a graph showing the relationship of various parameters that change with the progress of the friction welding process in the fourth example of the present invention.

【図18】図17に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示
すフローチャート図である。
FIG. 18 is a flowchart showing an intermediate step of the friction welding process shown in FIG. 17.

【図19】本発明の第5実施例における摩擦圧接装置を
示す摸式図である。
FIG. 19 is a schematic view showing a friction welding device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第5実施例における摩擦圧接工程の
進行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフ
である。
FIG. 20 is a graph showing the relationship of various parameters that change with the progress of the friction welding process in the fifth example of the present invention.

【図21】図20に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示
すフローチャート図である。
FIG. 21 is a flowchart showing an intermediate step of the friction welding process shown in FIG. 20.

【図22】本発明の第6実施例における摩擦圧接工程の
進行により変化する各種パラメータの関係を示すグラフ
である。
FIG. 22 is a graph showing the relationship of various parameters that change with the progress of the friction welding process in the sixth example of the present invention.

【図23】図22に示す摩擦圧接工程の中間ステップを示
すフローチャート図である。
FIG. 23 is a flowchart showing an intermediate step of the friction welding process shown in FIG. 22.

【図24】図22に示す摩擦圧接工程の最終ステップを示
すフローチャート図である。
FIG. 24 is a flowchart showing the final step of the friction welding process shown in FIG. 22.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Nn ワークの回転速度 Pn ワークの押付圧力 R ワークの送り量と押し付け圧力との関係を示すグラ
フ Sn ワークの送り量 Vn ワークの送り速度 Z 最適接合ゾーン
Nn Work rotation speed Pn Work pressing pressure R Graph showing the relationship between work feed amount and press pressure Sn Work feed amount Vn Work feed speed Z Optimal welding zone

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 対向配置した一対のワークの一方を回
転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合
部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所
望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、
前記接合部の軟化状態を可視化し、それを基にして前記
ワークの回転速度および送り速度を設定することを特徴
とする摩擦圧接方法。
1. One of a pair of workpieces arranged opposite to each other is rotationally driven and pressed against the other to generate frictional heat at a joint portion of both workpieces, and the joint portion of the two workpieces softened by the frictional heat is welded. A friction welding method, in order to proceed the pressure welding step while maintaining the joint portion in a desired softened state,
A friction welding method, wherein the softened state of the joint is visualized and the rotation speed and the feed speed of the work are set based on the visualized state.
【請求項2】 対向配置した一対のワークの一方を回
転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合
部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所
望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、
前記ワークの圧接により生ずる振動の周波数変動を測定
し、それを基にして前記ワークの回転速度および送り速
度を設定することを特徴とする摩擦圧接方法。
2. One of a pair of opposed works is rotationally driven while being pressed against the other to generate friction heat at the joint between the two works, and the joint between the works softened by the friction heat is welded. A friction welding method, in order to proceed the pressure welding step while maintaining the joint portion in a desired softened state,
A friction welding method characterized in that the frequency variation of vibration caused by the pressure welding of the work is measured, and the rotation speed and the feed speed of the work are set based on the measurement.
【請求項3】 対向配置した一対のワークの一方を回
転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合
部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所
望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、
前記ワークの圧接により接合部に生ずるバリの発生量の
変化を測定し、それを基にして前記ワークの回転速度お
よび送り速度を設定することを特徴とする摩擦圧接方
法。
3. One of a pair of workpieces arranged opposite to each other is rotationally driven while being pressed against the other to generate friction heat at the joint between the two workpieces, and the joint between the workpieces softened by the friction heat is welded. A friction welding method, in order to proceed the pressure welding step while maintaining the joint portion in a desired softened state,
A friction welding method, characterized in that a change in the amount of burrs generated at a joint due to the pressure welding of the work is measured, and the rotation speed and the feed speed of the work are set based on the change.
【請求項4】 対向配置した一対のワークの一方を回
転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合
部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所
望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、
前記ワークの圧接により接合部に生ずる摩擦熱の温度変
化を測定し、それを基にして前記ワークの回転速度およ
び送り速度を設定することを特徴とする摩擦圧接方法。
4. One of a pair of opposed workpieces is rotationally driven while being pressed against the other to generate friction heat at the joint between the two workpieces, and the joint between the workpieces softened by the friction heat is welded. A friction welding method, in order to proceed the pressure welding step while maintaining the joint portion in a desired softened state,
A friction welding method, wherein a temperature change of frictional heat generated at a joint due to the pressure welding of the work is measured, and the rotation speed and the feed speed of the work are set based on the change.
【請求項5】 対向配置した一対のワークの一方を回
転駆動しながら他方に圧接して両ワークの接合部に摩擦
熱を発生させ、該摩擦熱で軟化した前記両ワークの接合
部を溶着させる摩擦圧接方法であって、前記接合部を所
望の軟化状態に維持して圧接工程を進行させるために、
前記ワークを回転駆動するモータの、前記圧接工程にお
ける負荷電流の変動を測定し、それを基にして前記ワー
クの回転速度および送り速度を設定することを特徴とす
る摩擦圧接方法。
5. A pair of opposed works is rotationally driven while being pressed against the other to generate frictional heat at the joint between the two works, and the joints between the two works softened by the frictional heat are welded together. A friction welding method, in order to proceed the pressure welding step while maintaining the joint portion in a desired softened state,
A friction welding method, which comprises: measuring a variation of a load current of a motor that rotationally drives the workpiece in the pressing step, and setting a rotation speed and a feed speed of the workpiece based on the measurement.
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