JP4374274B2 - Friction stir welding method - Google Patents
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Description
本発明は、加工を施そうとするワークの肉厚に応じて、プローブとして適切な寸法を有する摩擦撹拌接合用工具を選定したり、又は湾曲加工用のローラを適切な変位量で変位させたりすることで適切な摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合方法に関する。 The present invention is, depending on the thickness of the workpiece to be Hodokoso machining, or displaced or selection of friction stir welding tool having suitable dimensions as a probe, or a roller for curving at the right displacement The present invention relates to a friction stir welding method for performing appropriate friction stir welding .
例えば、2枚の板材の端面同士を当接させ、該当接箇所を摩擦撹拌接合用工具で摩擦撹拌接合することが広汎に行われている。この摩擦撹拌接合の際には、前記摩擦撹拌接合用工具の先端に設けられたプローブが前記当接箇所に埋没された後、該プローブが当接箇所に沿って直線上に変位される。 For example, end faces of two plate materials are brought into contact with each other, and friction stir welding is widely performed at a corresponding contact portion with a friction stir welding tool. In this friction stir welding, a probe provided at the tip of the friction stir welding tool is buried in the contact location, and then the probe is linearly displaced along the contact location.
複数個の同一製品を連続的に製造する場合、上記した摩擦撹拌接合が別個の板材に対して繰り返し行われる。しかしながら、この場合において、当接箇所が強固に接合された製品がある一方、未接合箇所等の接合欠陥が残留するために接合強度が良好ではない製品も一部存在する。 When a plurality of identical products are continuously manufactured, the friction stir welding described above is repeatedly performed on separate plate materials. However, in this case, while there are products in which the contact portions are firmly bonded, there are some products whose bonding strength is not good because bonding defects such as unbonded portions remain.
この理由の1つは、板材の肉厚に公差範囲内でバラツキがあるためであると推察される。すなわち、例えば、公称肉厚が3.0mmである板材の実際の肉厚が3.0±0.1mmであれば、板材のうち最も小さいものの肉厚は2.9mm、最も大きいものの肉厚は3.1mmとなる。このことから諒解されるように、公称肉厚が3.0mmの同一板材であっても、該板材同士を比較すると、最大で0.2mmの肉厚差がある場合がある。 One reason for this is presumed to be that the thickness of the plate material varies within a tolerance range. That is, for example, if the actual thickness of a plate having a nominal thickness of 3.0 mm is 3.0 ± 0.1 mm, the thickness of the smallest plate is 2.9 mm, and the thickness of the largest is 3.1 mm. As can be understood from this, even if the same plate material has a nominal thickness of 3.0 mm, there may be a maximum thickness difference of 0.2 mm when the plate materials are compared.
従って、実際の肉厚が3.0mmである板材同士を良好に摩擦撹拌接合することが可能であった摩擦撹拌接合用工具で、実際の肉厚が2.9mmである板材同士を摩擦撹拌接合しようとした場合、当接箇所に埋没されたプローブ先端面と、該当接箇所の下端面とが比較的大きく離間する。このため、プローブが回転動作しても該下端面近傍の肉が十分に撹拌されないので、未接合箇所が残留すると考えられる。 Therefore, the friction stir welding tool capable of satisfactorily friction stir welding plate materials having an actual thickness of 3.0 mm, and friction stir welding of plate materials having an actual wall thickness of 2.9 mm. When trying to do so, the probe tip surface buried in the contact portion and the lower end surface of the contact portion are relatively separated from each other. For this reason, even if the probe is rotated, the meat in the vicinity of the lower end surface is not sufficiently agitated.
また、板材を円筒状にロール成形する曲げ加工においては、ワークの肉厚が相違することに起因して製品の寸法精度が低下する。これは、肉厚の小さいワークに生じるスプリングバックが、肉厚の大きいワークに比して大きくなるためである。 Moreover, in the bending process which roll-forms a board | plate material in cylindrical shape, it originates in the thickness of a workpiece | work being different, and the dimensional accuracy of a product falls. This is because the spring back generated in the workpiece having a small thickness is larger than that in the workpiece having a large thickness.
このように、種々の機械加工において、ワークの肉厚が公差範囲内であるとはいえ相違することにより、接合強度が十分であるとはいい難い製品や、寸法精度が良好でない製品が作製されてしまうという不具合が生じる。 In this way, in various machining processes, the thickness of the workpiece is different even though it is within the tolerance range, so that it is difficult to say that the bonding strength is sufficient, and products with poor dimensional accuracy are produced. This causes a malfunction.
このような不具合を解消するには、摩擦撹拌接合であれば、摩擦撹拌接合用工具を特許文献1に記載されているように構成し、板材の肉厚に応じてプローブの突出量を変化させることや、摩擦撹拌接合中に摩擦撹拌接合用工具を変位させてプローブの埋没量を一定とする(特許文献2参照)ことが想起される。また、特許文献3には、ロール成形加工において、板材の形状に基づいて加工手段を調製することが提案されている。 In order to solve such a problem, in the case of friction stir welding, the friction stir welding tool is configured as described in Patent Document 1, and the protruding amount of the probe is changed according to the thickness of the plate material. It is also conceived that the friction stir welding tool is displaced during the friction stir welding so that the amount of burying of the probe is constant (see Patent Document 2). Patent Document 3 proposes preparing a processing means based on the shape of a plate material in roll forming.
しかしながら、特許文献1に記載されたように摩擦撹拌接合用工具を構成する場合、工具本体とプローブとを別部材とするため、摩擦撹拌接合用工具の構成部品の点数が増加してしまう。また、プローブを突出・引込させる機構や、その突出量・引込量を制御する制御手段が必要となるので、摩擦撹拌接合装置の構成が複雑となるとともに、コスト上昇を招くという不都合がある。 However, when a friction stir welding tool is configured as described in Patent Document 1, the tool body and the probe are separate members, so the number of components of the friction stir welding tool increases. Further, since a mechanism for projecting / withdrawing the probe and a control means for controlling the projecting / withdrawing amount are required, the configuration of the friction stir welding apparatus becomes complicated and there is an inconvenience that the cost is increased.
また、特許文献2に記載された装置も、摩擦撹拌接合用工具からワークまでの距離を測定する測定手段や、摩擦撹拌接合用工具の上昇・下降動作及びその変位量を制御する制御手段が必要となる。従って、上記と同様に摩擦撹拌接合装置の構成が複雑となり、コスト上昇を招いてしまう。 Further, the apparatus described in Patent Document 2 also requires measuring means for measuring the distance from the friction stir welding tool to the workpiece, and control means for controlling the ascending / descending operation of the friction stir welding tool and its displacement amount. It becomes. Therefore, the configuration of the friction stir welding apparatus becomes complicated as in the above, and the cost increases.
さらに、特許文献3は、様々な寸法の最終製品を得ることを目的とし、原材料であるワークの肉厚に基づいて成形ロール(金型)の位置を種々変更することに関する技術であり、ワークの肉厚が公差範囲内で相違した場合においては成形ロールの位置が変更されないので、寸法精度が良好な製品を連続的に得ることはできない。 Furthermore, Patent Document 3 is a technique related to variously changing the position of a forming roll (die) based on the thickness of a workpiece, which is a raw material, for the purpose of obtaining final products having various dimensions. When the thickness is different within the tolerance range, the position of the forming roll is not changed, so that a product with good dimensional accuracy cannot be obtained continuously.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、装置構成を複雑化することなくワークに対して各種の加工を確実に施すことが可能であり、このために加工不良が生じ難い摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and various kinds of machining can be reliably performed on the workpiece without complicating the apparatus configuration. For this reason, friction that is difficult to cause machining defects is achieved. It aims at providing the stirring joining method.
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークに対して個別に摩擦撹拌接合を施す際、基準値から公差範囲内で相違する前記各ワークの肉厚に対応する寸法のプローブを有する摩擦撹拌接合用工具を選定し、前記摩擦撹拌接合用工具で摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合方法であって、
複数個の前記ワークを、肉厚が前記基準値から前記公差範囲内の最大許容値までである厚肉群と、肉厚が前記基準値から前記公差範囲内の最小許容値までである薄肉群とに分別し、
前記基準値と前記最大許容値の中間値である第1中央値と、前記基準値と前記最小許容値の中間値である第2中央値とを求め、
前記第1中央値の肉厚に応じた寸法のプローブを有する第1摩擦撹拌接合用工具を前記厚肉群用の摩擦撹拌接合用工具として選定する一方、前記第2中央値の肉厚に応じた寸法のプローブを有する第2摩擦撹拌接合用工具を前記薄肉群用の摩擦撹拌接合用工具として選定し、
前記厚肉群に対しては前記第1摩擦撹拌接合用工具で摩擦撹拌接合を行い、前記薄肉群に対しては前記第2摩擦撹拌接合用工具で摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a probe having a dimension corresponding to the thickness of each workpiece that differs within a tolerance range from a reference value when individually performing friction stir welding on a plurality of workpieces. select a friction stir welding tool having, a FSW method of performing friction stir welding at said friction stir welding tool,
A plurality of the workpieces, a thick group whose thickness is from the reference value to the maximum allowable value within the tolerance range, and a thin wall group whose thickness is from the reference value to the minimum allowable value within the tolerance range And separated
A first median value that is an intermediate value between the reference value and the maximum allowable value, and a second median value that is an intermediate value between the reference value and the minimum allowable value;
While the first friction stir welding tool having a probe having a dimension corresponding to the thickness of the first median value is selected as the friction stir welding tool for the thick wall group, the first median thickness according to the thickness of the second median value A second friction stir welding tool having a probe of a different size is selected as the friction stir welding tool for the thin-walled group ,
Friction stir welding is performed with the first friction stir welding tool for the thick-walled group, and friction stir welding is performed with the second friction stir welding tool for the thin-walled group .
すなわち、本発明によれば、ワークが肉厚に応じて厚肉群と薄肉群とに分別され、厚肉群に属するワークは、肉厚が該厚肉群の中間値であるワークを加工可能な寸法の加工部位を有する加工用工具によって加工される。その一方で、薄肉群に属するワークは、肉厚が該薄肉群の中間値であるワークを加工可能な寸法の加工部位を有する加工用工具によって加工される。 That is, according to the present invention, workpieces are classified into a thick wall group and a thin wall group according to the thickness, and workpieces belonging to the thick wall group can be processed with workpieces whose thickness is an intermediate value of the thick wall group. It is machined by a machining tool having a machining site of various dimensions. On the other hand, a workpiece belonging to the thin group is processed by a processing tool having a processing portion having a dimension capable of processing a workpiece whose thickness is an intermediate value of the thin group.
このように、ワークを肉厚に応じて分別し、公称肉厚ではなく、分別後の各肉厚の中間値を基準として加工用工具を選定することにより、ワークが厚肉群又は薄肉群のいずれに属する場合であっても、所定の寸法精度を有する製品に加工することができる。 In this way, the workpieces are separated according to the wall thickness, and the workpiece is selected from the thick wall group or the thin wall group by selecting the processing tool based on the intermediate value of each wall thickness after the separation instead of the nominal wall thickness. In any case, it can be processed into a product having a predetermined dimensional accuracy.
しかも、この場合、肉厚が公差の中央値であるもの、公差の下限であるもの、公差の上限であるものに対して個別に対応する寸法の加工部位を有する加工用工具をそれぞれ用意する場合に比して、加工用工具の個数が低減する。従って、加工コストを低減することもできる。 In addition, in this case, when preparing a machining tool having a machining part with a dimension corresponding to each of those whose thickness is the median tolerance, what is the lower limit of the tolerance, and what is the upper limit of the tolerance As compared with the above, the number of machining tools is reduced. Therefore, the processing cost can be reduced.
前記ワークが板材であり、且つ前記板材を円筒状に湾曲して突き合わされた端面同士に対して摩擦撹拌接合するときには、この摩擦撹拌接合に先んじて変位可能なローラで複数個の前記板材に対して個別に湾曲加工を施すに際し、前記厚肉群に対して湾曲加工を施すときには、前記ローラの変位量を前記第1中央値の肉厚に応じた第1の変位量として設定する一方、前記薄肉群に対して湾曲加工を施すときには、前記ローラの変位量を前記第2中央値の肉厚に応じた第2の変位量として設定し、
前記厚肉群に対しては前記第1の変位量で湾曲加工を行う一方、前記薄肉群に対しては前記第2の変位量で湾曲加工を行って前記板材の端面同士を当接させ、
その後、当接した前記端面同士に対して前記摩擦撹拌接合を行うようにすればよい。
When the workpiece is a plate material, and the plate material is friction stir welded to the end surfaces that are curved and abutted in a cylindrical shape, a plurality of rollers can be displaced with a roller displaceable prior to the friction stir welding. When performing the bending process individually, when performing the bending process on the thick wall group, the displacement amount of the roller is set as the first displacement amount according to the thickness of the first median value, When bending the thin wall group, the displacement amount of the roller is set as a second displacement amount according to the thickness of the second median value,
While performing the bending process with the first displacement amount for the thick-walled group, performing the bending process with the second displacement amount for the thin-walled group to bring the end surfaces of the plate members into contact with each other,
Thereafter, the friction stir welding may be performed with respect to the end surfaces in contact with each other .
この場合においても、上記の定義に従って、ワークが肉厚に応じて厚肉群と薄肉群とに分別される。そして、厚肉群に属するワークは、肉厚が該厚肉群の中間値であるワークを加工可能な位置に変位したローラによって加工され、一方、薄肉群に属するワークは、肉厚が該薄肉群の中間値であるワークを加工可能な位置に変位したローラによって加工される。 Also in this case , according to said definition , a workpiece | work is divided into a thick group and a thin group according to thickness. The workpiece belonging to the thick wall group is processed by a roller displaced to a position where the workpiece whose thickness is an intermediate value of the thick wall group can be processed, while the workpiece belonging to the thin wall group has the thin wall thickness. The workpiece, which is an intermediate value of the group, is processed by a roller displaced to a position where it can be processed.
このように、ワークを肉厚に応じて分別し、公称肉厚ではなく、分別後の各肉厚の中間値を基準としてローラを変位させることにより、ワークが厚肉群又は薄肉群のいずれに属する場合であっても、所定の寸法精度を有する製品に加工することができる。 In this way, the workpiece is separated according to the wall thickness, and the workpiece is divided into either the thick wall group or the thin wall group by displacing the roller based on the intermediate value of each wall thickness after the separation instead of the nominal wall thickness. Even if it belongs, it can be processed into a product having a predetermined dimensional accuracy.
しかも、この場合、肉厚が公差の中央値であるもの、公差の下限であるもの、公差の上限であるものに対して個別に対応する変位量で加工用工具を変位させる場合に比して、変位量制御のためのプログラムが簡素化されるという利点が得られる。 Moreover, in this case, compared to the case where the wall thickness is the median tolerance, the tolerance lower limit, or the tolerance upper limit, the machining tool is displaced by an individually corresponding displacement amount. The advantage that the program for displacement amount control is simplified can be obtained.
本発明によれば、ワークの肉厚に応じて摩擦撹拌接合用工具を選定するか、又は、摩擦撹拌接合に先んじて行われる湾曲加工用ローラの変位量を調整するようにしている。従って、この場合、装置構成を複雑化することがない。 According to the present invention, the friction stir welding tool is selected according to the thickness of the workpiece, or the amount of displacement of the bending roller performed prior to the friction stir welding is adjusted. Therefore, in this case, the apparatus configuration is not complicated.
また、ワークを寸法精度よく加工することが容易であるので、加工不良が生じ難くなる。 In addition, since it is easy to machine the workpiece with dimensional accuracy, machining defects are less likely to occur.
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Preferred embodiments of the friction stir welding method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合方法は、例えば、四輪車のホイールを構成するホイールリムを作製する場合に採用することができる。ここで、ホイールリムは、図1に示す略長方形のワークW1の端面同士を当接させた後に接合することによって図2に示す円筒体W2を作製する工程と、円筒体W2の外周壁に内周壁側に指向して陥没するドロップ部を形成する工程と、円筒体W2の両端部にカール部を形成する工程と、円筒体W2の外周壁の一部を隆起させてハンプ部を形成する工程と、バルブ孔及び水抜き孔を形成する工程とを経て作製される。このホイールリムと、別途に作製されたホイールディスクとが接合されて、前記ホイールが製作される。 The friction stir welding method according to the present embodiment can be employed, for example, when producing a wheel rim that constitutes a wheel of a four-wheeled vehicle. Here, the wheel rim has a step of manufacturing the cylindrical body W2 shown in FIG. 2 by joining the end faces of the substantially rectangular workpiece W1 shown in FIG. A step of forming a drop portion that is depressed toward the peripheral wall side, a step of forming a curl portion at both ends of the cylindrical body W2, and a step of raising a part of the outer peripheral wall of the cylindrical body W2 to form a hump portion And a step of forming a valve hole and a drain hole. The wheel rim and the separately manufactured wheel disc are joined to manufacture the wheel.
先ず、図1に示すように、接合方向(矢印A方向)に沿って延在する第1凸部10a及び第2凸部10bと、第3凸部10c及び第4凸部10dとを各隅角部に有するワークW1を、公称肉厚3.0mmのシート体から切り出す。
First, as shown in FIG. 1, the first and second
公称肉厚が3.0mmであるワークW1の実際の肉厚は、上記したように公差範囲内でバラツキがあるため、2.9〜3.1mmである。そこで、切り出されたワークW1の実際の肉厚を個別に測定する。この測定は、例えば、マイクロゲージ等によって行えばよい。 Since the actual thickness of the workpiece W1 having a nominal thickness of 3.0 mm varies within the tolerance range as described above, it is 2.9 to 3.1 mm. Therefore, the actual thickness of the cut workpiece W1 is individually measured. This measurement may be performed using, for example, a micro gauge.
公称肉厚の3.0mmを基準値として分別すれば、複数個のワークW1は、肉厚が2.9〜3.0mmである薄肉群と、3.0〜3.1mmである厚肉群とに分類される。なお、実際の肉厚が公称肉厚の3.0mmであるワークW1は、薄肉群と厚肉群のどちらに分類してもよい。 If the nominal wall thickness of 3.0 mm is sorted as a reference value, the plurality of workpieces W1 are divided into a thin wall group having a wall thickness of 2.9 to 3.0 mm and a thick wall group having a wall thickness of 3.0 to 3.1 mm. And classified. In addition, you may classify | categorize the workpiece | work W1 whose actual thickness is 3.0 mm of nominal thickness into either a thin group or a thick group.
そして、薄肉群の肉厚の範囲である2.9〜3.0mmの中間値と、厚肉群の肉厚の範囲である3.0〜3.1mmの中間値とをそれぞれ算出すれば、2.95mm、3.05mmとなる。 And if the median value of 2.9 to 3.0 mm which is the thickness range of the thin group and the median value of 3.0 to 3.1 mm which is the thickness range of the thick group are respectively calculated, 2.95 mm and 3.05 mm.
このようにしてワークW1を薄肉群と厚肉群とに分別した後、図3に示す2個の下方成形ロール20、22と、これら下方成形ロール20、22同士の略中間に配置された上方成形ロール24の合計3個の成形ロール20、22、24を有するロール成形装置において、第1凸部10aと第2凸部10b、第3凸部10cと第4凸部10dがそれぞれ当接するように、図1における矢印B方向に沿って湾曲する。
In this way, after separating the workpiece W1 into a thin group and a thick group, the two lower forming
ここで、これら下方成形ロール20、22及び上方成形ロール24とのクリアランスCLを、公称肉厚の3.0mmを基準値として不変とした場合、薄肉群に属するワークW1を湾曲する際には、該ワークW1と成形ロール20、22、24との間に微小な間隙が生じる。このため、ワークW1が十分に湾曲されなくなり、場合によっては、第1凸部10aと第2凸部10b、第3凸部10cと第4凸部10dが当接することなく、微小距離ではあるが離間することがある。
Here, when the clearance CL between the lower forming
一方、厚肉群に属するワークW1を湾曲する際には、該ワークW1が成形ロール20、22、24によって過度に押圧されるため、該ワークW1が過度に湾曲される。その結果、極一部ではあるが、第1凸部10a上に第2凸部10bが積層されるとともに第3凸部10c上に第4凸部10dが積層されるか、又は、その逆に第2凸部10b上に第1凸部10aが積層されるとともに第4凸部10d上に第3凸部10cが積層されることがある。
On the other hand, when the workpiece W1 belonging to the thick wall group is bent, the workpiece W1 is excessively pressed by the forming rolls 20, 22, and 24, and therefore the workpiece W1 is excessively bent. As a result, the second
このような事態を回避するべく、本実施の形態においては、薄肉群に属するワークW1をロール成形する際には、該薄肉群の肉厚幅の中間値である2.95mmを基準値とするようにしている。具体的には、成形ロール20、22、24が変位し、これら下方成形ロール20、22と上方成形ロール24との間のクリアランスCLが、肉厚が2.95mmであるワークW1の端面同士を当接させる程度に湾曲させるのに必要な押圧力を付与することが可能な程度となる距離に設定される。
In order to avoid such a situation, in the present embodiment, when roll forming the workpiece W1 belonging to the thin group, the reference value is 2.95 mm, which is an intermediate value of the thickness width of the thin group. I am doing so. Specifically, the forming rolls 20, 22, and 24 are displaced, and the clearance CL between the lower forming
この場合、ワークW1の肉厚が2.95mm以外であっても、肉厚幅の中間値である2.95mmと比較した肉厚差は0.05mm以内である。肉厚差がこの程度であれば、2.95mmを基準としてロール成形を施した場合であっても、薄肉群に属するワークW1が適切な押圧力で湾曲される。その結果、ワークW1の端面同士を当接させることができる。 In this case, even if the thickness of the workpiece W1 is other than 2.95 mm, the thickness difference compared to 2.95 mm which is an intermediate value of the thickness width is within 0.05 mm. If the wall thickness difference is about this level, the workpiece W1 belonging to the thin wall group is bent with an appropriate pressing force even when roll forming is performed on the basis of 2.95 mm. As a result, the end surfaces of the workpiece W1 can be brought into contact with each other.
一方、厚肉群をロール成形する際には、成形ロール20、22、24は、該厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmを基準値して、肉厚が3.05mmであるワークW1の端面同士を当接させる程度に湾曲させるのに必要な押圧力を付与することが可能な位置まで、クリアランスCLが大きくなるように変位する。 On the other hand, when roll forming a thick group, the forming rolls 20, 22, and 24 have a wall thickness of 3.05 mm with a reference value of 3.05 mm which is an intermediate value of the thickness width of the thick group. The clearance CL is displaced so as to increase to a position where a pressing force necessary to bend to such an extent that the end surfaces of the workpiece W1 are brought into contact with each other can be applied.
この場合においても、ワークW1の実際の肉厚と、厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmとの肉厚差は0.05mm以内となる。肉厚差がこの程度であれば、3.05mmを基準としてロール成形を施した場合であっても、厚肉群に属するワークW1が適切な押圧力で湾曲される。その結果、ワークW1の端面同士を積層させることなく当接させることができる。 Even in this case, the difference in thickness between the actual thickness of the workpiece W1 and 3.05 mm, which is an intermediate value of the thickness width of the thick group, is within 0.05 mm. If the wall thickness difference is about this level, the workpiece W1 belonging to the thick wall group is bent with an appropriate pressing force even when roll forming is performed with 3.05 mm as a reference. As a result, the end surfaces of the workpiece W1 can be brought into contact with each other without being stacked.
このように、ワークW1を薄肉群と厚肉群とに分別し、薄肉群に属するワークW1を湾曲させる際には該薄肉群の肉厚幅の中間値である2.95mmを基準とする一方、厚肉群に属するワークW1を湾曲させる際には該厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmを基準として成形ロール20、22、24を変位させることにより、ワークW1の端面同士を確実に当接させることができる。その結果、図2に示すように、第1凸部10aと第2凸部10bとで第1突出部28が形成されるとともに、第3凸部10cと第4凸部10dとで第2突出部30が形成される。
As described above, when the workpiece W1 is divided into the thin wall group and the thick wall group and the workpiece W1 belonging to the thin wall group is curved, the intermediate value of the thickness width of the thin wall group is 2.95 mm. When bending the workpiece W1 belonging to the thick wall group, the end face of the workpiece W1 is displaced by displacing the forming rolls 20, 22, and 24 with reference to 3.05 mm which is an intermediate value of the thickness width of the thick wall group. The two can be reliably brought into contact with each other. As a result, as shown in FIG. 2, the first protrusions 28a are formed by the
そして、次なる工程で、ワークW1の当接した端面同士が摩擦撹拌接合によって接合され、図2に示す円筒体W2が作製される。なお、この摩擦撹拌接合に際して、ワークW1、すなわち、円筒体W2の第1突出部28及び第2突出部30は、図示しない治具でそれぞれ支持されている。この支持によって、当接した端面同士が離間することが阻止されている。
Then, in the next step, the contacted end faces of the workpiece W1 are joined by friction stir welding, and a cylindrical body W2 shown in FIG. 2 is produced. In this friction stir welding, the workpiece W1, that is, the first projecting
以上の湾曲加工によって得られた円筒体W2に対し、次に、摩擦撹拌接合が行われる。Next, friction stir welding is performed on the cylindrical body W2 obtained by the above bending process.
図4に示すように、摩擦撹拌接合用工具40は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された円柱状の回転体42と、この回転体42の先端部に設けられてワークW1の第1凸部10aと第2凸部10bの当接箇所に埋没されるプローブ44とを有する。通常、摩擦撹拌接合用工具40としては、公称肉厚の3.0mmを基準とし、この肉厚のワークW1に未接合箇所が生じない長さのプローブ44を有するものが選定される。そして、ワークW1の肉厚に関わらず、該ワークW1の外周壁側から埋没されたプローブ44と、ワークW1の内周壁側の下端面との距離(ギャップ)Gが一定に保たれた状態で摩擦撹拌接合が行われる。
As shown in FIG. 4, the friction
しかしながら、図4に示すように、薄肉群に属するワークW1に対して摩擦撹拌接合を施した場合、回転体42とワークW1との間が離間するので、当接箇所の肉の一部がプローブ44によって押し出され、その結果、プローブ44の埋没箇所近傍に隆起部46が形成されてしまう。
However, as shown in FIG. 4, when the friction stir welding is performed on the workpiece W1 belonging to the thin wall group, the rotating
一方、図5に示すように、厚肉群に属するワークW1に対して摩擦撹拌接合を施した場合、回転体42がワークW1に過度に埋没するので、当接箇所の肉の一部が該回転体42によって押し出され、その結果、回転体42の埋没箇所近傍にバリ48が形成されてしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the friction stir welding is performed on the workpiece W1 belonging to the thick wall group, the rotating
そこで、本実施の形態においては、上記したような事態が生じることを回避するべく、薄肉群に属するワークW1を摩擦撹拌接合する際と、厚肉群に属するワークW1を摩擦撹拌接合する際とで、別個の摩擦撹拌接合用工具を使用するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, in order to avoid the occurrence of the above situation, when the workpiece W1 belonging to the thin wall group is friction stir welded and when the workpiece W1 belonging to the thick wall group is friction stir welded, Thus, a separate friction stir welding tool is used.
すなわち、図6に示すように、薄肉群に属するワークW1を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合用工具40aは、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された円柱状の回転体42aと、この回転体42aの先端部に設けられてワークW1の第1凸部10aと第2凸部10bとの当接箇所に埋没されるプローブ44aとを有する。
That is, as shown in FIG. 6, the friction
そして、このプローブ44aの長さは、薄肉群の肉厚幅の中間値である2.95mmを基準として設定されている。すなわち、摩擦撹拌接合用工具40aとしては、肉厚が2.95mmであるワークW1に対してプローブ44aを一端面側から埋没させた後に摩擦撹拌接合を行った際、前記ギャップGが適切に保たれ、隆起部46が生じないような長さのプローブ44aを有するものが選定される。
The length of the
この場合、ワークW1の肉厚が2.95mm以外であっても、肉厚幅の中間値である2.95mmと比較した肉厚差は0.05mm以内である。肉厚差がこの程度であれば、肉厚が2.95mmであるワークW1に隆起部46を生じさせることなく摩擦撹拌接合を行うことが可能なプローブ44aを有する摩擦撹拌接合用工具40aを使用した場合であっても、回転体42aとワークW1との間が離間することはない。従って、摩擦撹拌接合を行った後に隆起部46が形成されることを確実に回避することができる。
In this case, even if the thickness of the workpiece W1 is other than 2.95 mm, the thickness difference compared to 2.95 mm which is an intermediate value of the thickness width is within 0.05 mm. If the thickness difference is this level, the friction
一方、厚肉群に属するワークW1を摩擦撹拌接合する際には、図7に示すように、厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmを基準とし、この基準に合う長さのプローブ44bを有する摩擦撹拌接合用工具40bが選定される。すなわち、プローブ44bの長さは、肉厚が3.05mmであるワークW1に対して該プローブ44bを一端面側から埋没させた後に摩擦撹拌接合を行った際、前記ギャップGが適切に保たれ、バリ48が生じない寸法に設定される。
On the other hand, when the workpiece W1 belonging to the thick-walled group is friction stir welded, as shown in FIG. 7, the intermediate value of the thickness width of the thick-walled group is set to 3.05 mm, and a length that meets this standard. The friction
この場合においても、ワークW1の実際の肉厚と、厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmとの肉厚差は0.05mm以内となる。肉厚差がこの程度であれば、肉厚が3.05mmであるワークW1にバリ48を生じさせることなく摩擦撹拌接合を行うことが可能なプローブ44bを有する摩擦撹拌接合用工具40bを使用した場合であっても、回転体42aがワークW1に過度に埋没されることはない。従って、摩擦撹拌接合を行った後にバリ48が形成されることを確実に回避することができる。
Even in this case, the difference in thickness between the actual thickness of the workpiece W1 and 3.05 mm, which is an intermediate value of the thickness width of the thick group, is within 0.05 mm. If the thickness difference is this level, the friction
このように、ワークW1を薄肉群と厚肉群とに分別し、薄肉群に属するワークW1に対して摩擦撹拌接合を行う際には該薄肉群の肉厚幅の中間値である2.95mmを基準とする一方、厚肉群に属するワークW1に対して摩擦撹拌接合を行う際には該厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmを基準として、それぞれの基準に合った長さのプローブ44a、44bを有する摩擦撹拌接合用工具40a、40bを選定・分別使用することにより、ワークW1の端面同士を確実に接合することができる。
As described above, when the workpiece W1 is divided into the thin-wall group and the thick-wall group, and the friction stir welding is performed on the workpiece W1 belonging to the thin-wall group, the intermediate value of the thickness width of the thin-wall group is 2.95 mm. On the other hand, when performing friction stir welding on the workpiece W1 belonging to the thick wall group, the intermediate value of 3.05 mm which is an intermediate value of the thickness width of the thick wall group was met as a standard. By selecting and separating and using the friction
プローブ44a、44bは、第1突出部28における第1凸部10aと第2凸部10bの当接箇所の直上に当接される。この状態で、前記スピンドルを回転付勢することに伴って回転体42a、42bとプローブ44a、44bとを一体的に回転動作させると、当接箇所にプローブ44が摺接することに伴って該当接箇所とその近傍に摩擦熱が発生し、その領域の素材が軟化する。この軟化により、プローブ44の先端部が当接箇所に埋没する。
The
その後、プローブ44a、44bを図1における矢印A方向、すなわち、第1突出部28側から第2突出部30側に指向して当接箇所に沿って変位させると、軟化した肉がプローブ44a、44bで撹拌されることに伴って塑性流動する。その一方で、プローブ44a、44bが離間して塑性流動が起こらなくなると、この部位では肉が硬化がする。このような現象が逐次的に繰り返されることにより、ワークW1の当接した端面同士が一体的に固相接合され、円筒体W2(図2参照)が形成される。
Thereafter, when the
その後、円筒体W2に対し、超音波探傷検査装置等による接合部の接合欠陥有無検査が行われ、接合欠陥が存在しないと判定された円筒体W2は、ドロップ部成形が行われるステーションへと搬送される。 Thereafter, the cylindrical body W2 is inspected for the presence or absence of a bonding defect in the bonding portion by an ultrasonic flaw detection inspection apparatus or the like, and the cylindrical body W2 determined to have no bonding defect is transported to a station where the drop portion molding is performed. Is done.
ドロップ部成形工程では、図8に示すように、回転動作させることが可能な金型50と、成形ディスク52とを用いるスピニング加工を施すことによって、円筒体W2の外周壁にドロップ部DPを形成する。なお、図8は、右側を加工前の状態とし、左側を加工後の状態として表している。
In the drop portion forming step, as shown in FIG. 8, the drop portion DP is formed on the outer peripheral wall of the cylindrical body W2 by performing a spinning process using a
金型50は、互いにスライド自在な分割金型54、56からなる。分割金型54は、載置部58aと、この載置部58aに連設されるテーパ部60aと、分割金型56に嵌合する凸部62とを有する。また、分割金型56は、載置部58bと、載置部58bに連設されるテーパ部60bと、載置部58bから陥没形成された段部64と、分割金型54の凸部62が嵌合する凹部66とを有する。一方の成形ディスク52は、前記段部64及びテーパ部60a、60bの形状に対応する突出部68を有する。
The
円筒体W2は、第1突出部28側が分割金型54の載置部58aに嵌合し、第2突出部30側が分割金型56の載置部58bに嵌合する。この状態で金型50と成形ディスク52とが、円筒体W2を間に挟んで互いに逆方向に回転動作される。
The cylindrical body W2 is fitted to the mounting
そして、分割金型54を分割金型56に接近させるとともに、成形ディスク52を円筒体W2に接近させ、突出部68で円筒体W2を外周壁側から押圧する。突出部68は、最終的に、円筒体W2を介して金型50の段部64及びテーパ部60a、60bに嵌合する。これにより、円筒体W2の外周壁が内周壁側に指向して陥没し、段部64及びテーパ部60a、60bの形状に対応する形状を有するドロップ部DPが形成される。
Then, the
このように構成されたスピニング加工装置において、成形ディスク52の変位量を、公称肉厚の3.0mmを基準値として不変とした場合、薄肉群に属する円筒体W2(ワークW1)に対してドロップ部DPを設ける際には、成形ディスク52の突出部68が円筒体W2に十分に当接しなくなる。すなわち、いわゆる当たり面積が小さくなる。この場合、円筒体W2が十分に加工硬化しなくなり、このために成形ディスク52が離間した際の円筒体W2の弾発復元規模(スプリングバック)が大きくなる。結局、ドロップ部DPの半径が大きくなる。
In the spinning apparatus configured as described above, when the displacement amount of the forming
一方、厚肉群に属する円筒体W2に対してドロップ部DPを設ける際には、成形ディスク52の突出部68の円筒体W2に対する当たり面積が過度に大きくなる。このため、円筒体W2が過度に加工硬化を起こし、その結果、成形ディスク52が離間した際の円筒体W2のスプリングバックが小さくなってドロップ部DPの半径が小さくなる。
On the other hand, when the drop part DP is provided for the cylindrical body W2 belonging to the thick wall group, the contact area of the
このように、円筒体W2の肉厚の相違によって、ドロップ部DPの寸法精度にバラツキが生じる。そこで、本実施の形態においては、薄肉群に属する円筒体W2(ワークW1)に対してドロップ部DPを設ける際には、該薄肉群の肉厚幅の中間値である2.95mmを基準値とするようにしている。すなわち、成形ディスク52は、肉厚が2.95mmである円筒体W2に所定の加工硬化が起こるような当たり面積となる位置まで変位する。
Thus, the dimensional accuracy of the drop portion DP varies due to the difference in thickness of the cylindrical body W2. Therefore, in the present embodiment, when the drop portion DP is provided for the cylindrical body W2 (work W1) belonging to the thin wall group, the reference value is 2.95 mm, which is an intermediate value of the thickness width of the thin wall group. And so on. That is, the forming
この場合、円筒体W2の肉厚が2.95mm以外であっても、肉厚幅の中間値である2.95mmと比較した肉厚差は0.05mm以内である。肉厚差がこの程度であれば、2.95mmを基準としてスピニンググ加工を施した場合であっても、成形ディスク52の突出部68が適切な当たり面積で薄肉群に属する円筒体W2に摺接する。
In this case, even if the thickness of the cylindrical body W2 is other than 2.95 mm, the thickness difference compared to 2.95 mm which is an intermediate value of the thickness width is within 0.05 mm. If the wall thickness difference is this level, the
一方、厚肉群に属する円筒体W2に対してドロップ部DPを設ける際には、成形ディスク52は、該厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmを基準値として、肉厚が3.05mmである円筒体W2に所定の加工硬化が起こるような当たり面積となる位置まで変位する。勿論、この場合の加工硬化は、肉厚が2.95mmである円筒体W2に生じる加工硬化と同等である。
On the other hand, when the drop portion DP is provided for the cylindrical body W2 belonging to the thick wall group, the
この場合においても、円筒体W2の実際の肉厚と、厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmとの肉厚差は0.05mm以内となる。肉厚差がこの程度であれば、3.05mmを基準としてスピニング加工を施した場合であっても、成形ディスク52の突出部68が適切な当たり面積で厚肉群に属する円筒体W2に摺接する。
Even in this case, the thickness difference between the actual thickness of the cylindrical body W2 and 3.05 mm which is an intermediate value of the thickness width of the thick group is within 0.05 mm. If the wall thickness difference is this level, the
以上から諒解されるように、本実施の形態によれば、円筒体W2が厚肉群又は薄肉群のいずれに属するものであっても、ドロップ部成形工程(スピニング加工工程)において、同等の加工硬化が生じるように突出部68の当たり面積、換言すれば、成形ディスク52の変位量が制御される。
As can be understood from the above, according to the present embodiment, even if the cylindrical body W2 belongs to either the thick wall group or the thin wall group, the same processing is performed in the drop portion forming step (spinning processing step). The contact area of the
このように、円筒体W2(ワークW1)を薄肉群と厚肉群とに分別し、薄肉群に属する円筒体W2を湾曲させる際には該薄肉群の肉厚幅の中間値である2.95mmを基準とする一方、厚肉群に属する円筒体W2を湾曲させる際には該厚肉群の肉厚幅の中間値である3.05mmを基準として成形ディスク52を変位させることにより、円筒体W2に対して所定の半径のドロップ部DPを寸法精度よく設けることができる。
Thus, when the cylindrical body W2 (work W1) is divided into the thin-wall group and the thick-wall group and the cylindrical body W2 belonging to the thin-wall group is curved, it is an intermediate value of the thickness width of the thin-wall group. On the other hand, when the cylindrical body W2 belonging to the thick wall group is curved, the
ドロップ部DPが設けられた円筒体W2に対し、さらに、その端面にカール部が設けられた後、カール部とドロップ部DPとの間にハンプ部が形成される。その後、所定の位置にバルブ孔及び水抜き孔が形成され、ホイールリムが得られるに至る。 The cylindrical body W2 provided with the drop portion DP is further provided with a curled portion at its end face, and then a hump portion is formed between the curled portion and the drop portion DP. Thereafter, a valve hole and a drain hole are formed at predetermined positions, and a wheel rim is obtained.
なお、上記した実施の形態においては、ホイールリムを製造する場合を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の部材を製造する場合においても採用することができることはいうまでもない。 In the embodiments described above, it has been described as an example the case of manufacturing the e Irurimu, but the invention is not limited thereto, rather it can be employed in the case of producing the other member Not too long.
10a〜10d…凸部 20、22、24…成形ロール
28、30…突出部 40、40a、40b…摩擦撹拌接合用工具
44、44a、44b…プローブ 46…隆起部
48…バリ 50、54、56…金型
52…成形ディスク 68…突出部
CL…クリアランス DP…ドロップ部
G…ギャップ W1…ワーク
W2…円筒体
10a to 10d ...
Claims (2)
複数個の前記ワークを、肉厚が前記基準値から前記公差範囲内の最大許容値までである厚肉群と、肉厚が前記基準値から前記公差範囲内の最小許容値までである薄肉群とに分別し、
前記基準値と前記最大許容値の中間値である第1中央値と、前記基準値と前記最小許容値の中間値である第2中央値とを求め、
前記第1中央値の肉厚に応じた寸法のプローブを有する第1摩擦撹拌接合用工具を前記厚肉群用の摩擦撹拌接合用工具として選定する一方、前記第2中央値の肉厚に応じた寸法のプローブを有する第2摩擦撹拌接合用工具を前記薄肉群用の摩擦撹拌接合用工具として選定し、
前記厚肉群に対しては前記第1摩擦撹拌接合用工具で摩擦撹拌接合を行い、前記薄肉群に対しては前記第2摩擦撹拌接合用工具で摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 When performing friction stir welding on a plurality of workpieces individually, a friction stir welding tool having a probe with a dimension corresponding to the thickness of each workpiece that differs within a tolerance range from a reference value is selected, and the friction stir welding is selected. A friction stir welding method for performing friction stir welding with a stir welding tool,
A plurality of the workpieces, a thick group whose thickness is from the reference value to the maximum allowable value within the tolerance range, and a thin wall group whose thickness is from the reference value to the minimum allowable value within the tolerance range And separated
A first median value that is an intermediate value between the reference value and the maximum allowable value, and a second median value that is an intermediate value between the reference value and the minimum allowable value;
While the first friction stir welding tool having a probe having a dimension corresponding to the thickness of the first median value is selected as the friction stir welding tool for the thick wall group, the first median thickness according to the thickness of the second median value A second friction stir welding tool having a probe of a different size is selected as the friction stir welding tool for the thin-walled group ,
Friction against the thick group performs friction stir welding at said first friction stir welding tool, wherein for thin groups and performing friction stir welding at said second friction stir welding tool Stir welding method.
この摩擦撹拌接合に先んじて変位可能なローラで複数個の前記板材に対して個別に湾曲加工を施すに際し、前記厚肉群に対して湾曲加工を施すときには、前記ローラの変位量を前記第1中央値の肉厚に応じた第1の変位量として設定する一方、前記薄肉群に対して湾曲加工を施すときには、前記ローラの変位量を前記第2中央値の肉厚に応じた第2の変位量として設定し、
前記厚肉群に対しては前記第1の変位量で湾曲加工を行う一方、前記薄肉群に対しては前記第2の変位量で湾曲加工を行って前記板材の端面同士を当接させ、
その後、当接した前記端面同士に対して前記摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 1, when the workpiece is a plate material, and the plate material is subjected to friction stir welding with respect to end surfaces that are curved and faced to each other,
Prior to the friction stir welding, when a plurality of plate members are individually curved with a displaceable roller, when the thick group is curved, the displacement amount of the roller is set to the first displacement amount. While the first displacement amount is set according to the median thickness, when the bending process is performed on the thin wall group, the displacement amount of the roller is set to the second displacement value according to the second median thickness. Set as displacement amount,
While performing the bending process with the first displacement amount for the thick-walled group, performing the bending process with the second displacement amount for the thin-walled group to bring the end surfaces of the plate members into contact with each other,
Thereafter, friction stir joining method and performing the friction stir welding to the end faces abutting against.
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