JP5118801B2 - 摩擦攪拌形成工具で所望の非平面の構成に形成する方法、ならびに工作物を所望の非平面の構成に形成するための方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、構造部材の形成に関し、より特定的には摩擦攪拌処理を伴う構造部材の形成に関する。
構造部材を所望の形状に形成することは、鍛造、スタンピング、曲げ加工、機械加工等によって達成することができる。たとえば、鋼、アルミニウム、チタン等の金属もしくはその合金のフラットシートを含むプリホームまたはブランクを、鍛造において加熱し、かつ槌で叩いて部材の所望の形状にすることができる。代わりに、機械または液圧プレスを用いて、たとえば部材の所望の輪郭に対応する形成表面を規定する2つの向かい合ったダイの間で、構造部材を所望の形状に打ち抜くまたは鍛造することができる。このような形成方法は、典型的に、溶解材料を所望の形状に鋳造することよりも速く、安価であり、部材に曲面、角等の複雑な形状を与えることができる。しかしながら、プリホームの特定の材料に依存して、過度の形成、たとえば鋭角の形成または他の重大な変形から、裂け目または弱体化部分が生じるかもしれない。したがって、特定の複雑な構造部材の形成には、多数の例示の部材が形成され、次に溶接または他の接合方法によって接合されることが必要とされるかもしれない。さらに、後に続く材料処理、たとえば溶体化熱処理、エージングおよび急冷等の熱処理が、形成された部材の所望の特性を達成するのに必要とされるかもしれない。このような追加の動作によって、追加の製造時間および構造部材の費用がかかる。
本発明は、少なくとも1つの摩擦攪拌形成工具で工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置および方法を提供する。形成工具は、工作物の一部を可塑化し、工作物を所望の構成にすることによって、工作物の粒状構造を精製する。したがって、工作物を複雑な形状を含むいかなる所望の構成に形成することもできる。さらに、工作物の材料特性を改善することができる。
ここで本発明が添付の図面を参照して以下でより完全に説明されるが、本発明のすべてではなく一部が示される。実際、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書で述べられた実施例に限定されるものとして解釈されるべきではなく、これらの実施例は、この開示が適用可能な法的要件を満たすために与えられている。同じ数字は本明細書を通して同じ要素を示している。
金、重合体、および摩擦攪拌処理に適合する他の材料で形成することができる。工作物100を、構造パネル、ブラケット、管、キャップ等を含むがそれらに限定されないさまざまな適用例のために用いることができる。たとえば、ドーム形状の工作物100および管状の工作物110(図3)を形成、接合して、閉じられたまたは部分的に閉じられた容器を作成することができる。工作物100は、航空宇宙産業、航空産業、水産業および自動車産業の車両のための、または圧力容器、武器等の他の構造のための構造部材として用いることができる。
工具40およびダイ20は、ピン44が工作物100の表面102全体を進むように調整することができる。たとえば、摩擦攪拌形成工具40は、ダイ20が回転している間に工作物100の中心から工作物100の縁部に向かって放射状に外部に調整することにより、ピン44を工作物100にわたってらせん状の経路を通して調整することができる。
もできる。さらに、管110およびダイ20は回転機器32によって支持され、摩擦攪拌形成工具40に対して回転することができる。図3に示されるように、摩擦攪拌形成工具40のピン44は、工作物100および管110の界面112で挿入することができ、工作物100および管110は回転機器32によって回転することができ、ピン44が界面112によって規定された円周経路を通して調整される。摩擦攪拌形成工具40は、界面112で管110および工作物110の材料を摩擦によって加熱し、可塑化することによって、界面112で摩擦攪拌溶接継手を形成する。したがって、工作物100が形成された後で、工作物100は追加の部材110に接合することができ、接合は形成動作と同じ装置10aで行なうことができる。
2dは、工作物100を通して延在するピン44cによって接続されて、第1の肩42cが工作物100の第1の側102に向けられ、第2の肩42dが工作物100の第2の側104に向けられるようにする。上述のアクチュエータ50,50a,50bと同様のアクチュエータ50cを摩擦攪拌形成工具40cに接続し、工具40cを工作物100を通して調整するように構成する。処理動作の開始において、ピン44cは工作物100の端部から工作物100へ導入することができる、またピン44cは肩42c,42dのうちの1つまたは双方から取り外すことができ、ピン44cを示されるように工作物100の穴を通って配置し、肩42c,42dとともに組立てることができる。アクチュエータ50cは次に工具40cを非平面の経路に沿って工作物100を通って調整して、回転ピン44cが工作物100の一部を可塑化して、肩42c,42dが工作物100を所望の非平面の構成に働きかけるようにすることができる。
Claims (14)
- 第1および第2の向かい合った側を有する工作物を、所望の非平面の構成に形成する方法であって、
少なくとも2つの摩擦攪拌形成工具を準備するステップを含み、当該少なくとも2つの工具は、第1および第2の肩を有し、肩は、向かい合った位置に構成され、その間で少なくとも部分的に延在する、少なくとも2つのピンとともに内側に向けられ、前記方法はさらに、
工作物を第1および第2の肩の間で支持して、第1の肩が工作物の第1の側に向けられ、かつ第2の肩が工作物の第2の側に向けられるようにするステップと、
第1の肩を工作物の第1の側に対し押し付け、第2の肩を工作物の第2の側に対し押し付けるステップと、
前記押し付けるステップの際に、前記少なくとも2つのピンを、少なくとも部分的に、工作物内で回転させて、工作物の一部を可塑化するステップと、
前記押し付けるステップの際に、前記少なくとも2つの工具を、少なくとも部分的に、予め規定された経路に従って移動して、肩が工作物を所望の非平面の構成に押し付け、かつ少なくとも2つのピンが、工作物に精製された粒状構造を有する摩擦攪拌形成領域を形成するステップと、を含む方法。 - 前記準備するステップは、第1および第2の摩擦攪拌形成工具を準備するステップを含み、
第1の工具は第1の肩を有し、第2の工具は第2の肩を有し、各々の工具は、肩から延在する少なくとも2つのピンのうちの1つを有する、請求項1に記載の方法。 - 前記押し付けるステップは、第1および第2の工具のピンを、工作物の厚さの約半分の深さまで挿入して、工作物の第1の側に形成された摩擦攪拌形成領域が、工作物の第2の側に形成された摩擦攪拌形成領域にまで及ぶようにするステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 鋼、アルミニウム、チタンおよびその合金からなるグループの材料のうちの、少なくとも1つで形成される工作物を準備するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記移動するステップは、工具が曲面の経路を移動して、肩が工作物を曲面の構成に押し付けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記移動するステップは、工作物の第1および第2の側の全体を連続して可塑化するステップを含み、これにより第1および第2の側の全体にわたって精製された粒状構造を形成する、請求項1に記載の方法。
- 前記移動するステップは、肩を平行に維持するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記移動するステップは、少なくとも2つのピンを、肩に対して軸方向に移動するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記支持するステップは、少なくとも2つの構造部材を工作物として準備するステップを含み、構造部材は前記移動ステップの際に接合される、請求項1に記載の方法。
- 工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置であって、
少なくとも2つの摩擦攪拌工具を含み、前記摩擦攪拌工具は、第1および第2の向かい合った肩を有し、少なくとも2つのピンは、肩の間に延在し、肩はその間に工作物を受けるように内部に向けられ、前記装置はさらに、
摩擦攪拌形成工具を移動させるための少なくとも2つのアクチュエータを含み、アクチュエータは、肩が、工作物の向かい合った側に対して押し付けられるように、肩が内部の方向に向かうように構成されて、少なくとも2つのピンを、少なくとも部分的に工作物内で回転させて、工作物の一部を可塑化し、工作物に、精製された粒状構造を有する摩擦攪拌形成領域を形成し、
アクチュエータは、摩擦攪拌形成工具を工作物の所望の非平面の構成に対応する、予め規定された経路に従って移動するように構成されて、肩が工作物を所望の非平面の構成に押し付けるようにする、装置。 - ピンは第1の肩から第2の肩の間に延在する、請求項10に記載の装置。
- 形成工具は、第1および第2のピンを有し、第1のピンは第1の肩から延在し、第2のピンは第2の肩から延在する、請求項10に記載の装置。
- 少なくとも2つのアクチュエータは、摩擦攪拌形成工具を少なくとも2つの線状の方向に移動および少なくとも2つの回転軸のまわりを回転するように構成される、請求項10に記載の装置。
- 第1および第2の摩擦攪拌形成機械の肩は、平行に構成される、請求項10に記載の装置。
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