JP5429760B2 - 摩擦圧接による突起部の形成 - Google Patents
摩擦圧接による突起部の形成 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5429760B2 JP5429760B2 JP2012105082A JP2012105082A JP5429760B2 JP 5429760 B2 JP5429760 B2 JP 5429760B2 JP 2012105082 A JP2012105082 A JP 2012105082A JP 2012105082 A JP2012105082 A JP 2012105082A JP 5429760 B2 JP5429760 B2 JP 5429760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- hollow cylindrical
- tool
- protrusion
- cylindrical tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
これらのことから形成すべき凸部の周囲の板材を押圧、又は更に形成すべき凸部の裏面に設けた突出部を押圧することにより、形成すべき凸部に向けて素板材の一部が塑性流動させて凸部を形成する(特許文献2、特開2002−273540号)、マグネシウム合金板材に、その厚さ方向の荷重を印加して、凸部を形成する工程を有するマグネシウム合金部品の製造方法において、前記板材表面の凸部を形成しようとする領域近傍における合金材料の流動性Aを、その裏面近傍における合金材料の流動性Bよりも、大きくなるように制御する(特許文献3 特開2004−337935)などの種々の操作が必要であることが指摘されている。
以上の方法では、塑性流動性を利用していることが理解できるが、塑性流動を利用するために種々の煩雑な細かい操作を必要とし、細かい操作をほどこしても、依然として問題点を完全に解決することが困難な状況にあり、従来の方法とは相違する突起部及び突起部の形成方法が必要とされている。
スタッド溶接を用いる場合については、筐体表面への凹みや熱影響などの問題があり、これを排除することが困難であると考えられ、現段階では有効な手段ではない。
摩擦圧接による方法では、摩擦圧接自体摩擦面の温度と回転速度の調節が必要とされ(特許文献5、特公昭52−11294号など)、板状態にフインなどを摩擦圧接により取付けようとすると、位置決めなどを考慮して振動手段を採用する(特許文献6 特開11−340392)、圧入の際の圧力調整が必要である(特許文献7 特開2006−255749号公報、特許文献8 特開2006−187778号公報、特許文献9 特開2007−105735号公報)など煩雑な操作が必要とされ、突起部の摩擦圧接により接合された部分の強度が単に一つの材料により形成されている突起部と同じレベルの強度を維持できるかどうかが問題となる。この点では有効な手段ではないと考えられる。
摩擦圧接処理は、通常、回転する中実円柱状体を板材に接触させて板材に凹み部分を形成し、凹み部分の周辺部の材料を溶融軟化させることを利用するために用いるものであり、突起部の形成に利用された事例はない。回転する中実円柱状体による凹みの周辺を溶融軟化させ、その結果により起こる塑性流動は、凹み部分の形成には有効に作用するが、この方法が直ちに突起部を形成するという適用例は考えられない。摩擦圧接処理は、回転するプローブを、板材表面を移動させることによる変形加工を行うものであり(特許文献10 特開2004−74255号公報、特許文献11 特開2005−118877号公報)、移動しない場合には単に材料中の特定部分を溶融状態に保つことにとどまる(特許文献12 特開2005−305480号公報)。
従来の方法では、単に金属板の摩擦圧接処理によって突起部を形成することは期待することはできない。
(1)摩擦圧接処理では前記の回転する中実のプローブにより、板材表面を移動させ、プローブの外側を摩擦により塑性変形させ、それにより溶接などの加工を行うものである。中実のプローブを一点で回転させて摩擦圧接処理を行い、板材中に侵入すると、プローブの外側に接する板を溶融させて板材に塑性流動を与えることができる。
本発明者らは中実ではなく、中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を回転させながら、板材の表面から内面に向かい圧力をかけて押し込むと、これら工具は回転しながら、徐々に板材の内部に侵入し、これら工具の外側の板は溶融を起す一方、これら工具の中空円筒部内の板も、溶融し、塑性流動を起こし、前記工具の中空円筒部内側では溶融した板を盛り上がった状態で取り込み、前記工具が底面に達したところで、回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、これら工具から引き離して冷却すると、従来技術では予想されなかった、新たな形状の突起部を形成することができる。
用いる板材が一枚であった場合には、突起部は中空であり、突起部外側の頂部は比較的に平坦であり、孔を開けることができる形状であり、側壁部を有する形状となる。底部は開放状態となる。
用いる板が二枚であった場合には、前記工具の侵入を上側の板の底面に達したところで終了させると、上側の板が頂部及び側壁部を形成している中空円柱状に変形し、下側の板に前記中空円柱状の形状物が前記摩擦圧接により固定されることにより、底部を有する新たな形状の突起部を形成することができる。
いずれの突起部の頂部も中空円筒状工具の内側にそって盛り上がる結果、頂部の外側部分は環状に盛りあがった部分が形成される。
この形状の突起部は絞り加工により成形加工した場合にはこのような部分は存在せず、突起部の形状としては従来知られていない形状となる。使用に際しては、外側の形状が使用に際して適切でないと思われるときには、滑らかな形状にすることができる。又、高さなどが適当でない場合には適当な長さに切断して使用することもできる。
用いる板が一枚による突起部は、頂部に孔を開け、ねじ山を付けることにより、ねじによる固定手段として用いることができる。
用いる板が二枚による突起部は、頂部に孔を開け、ねじ山を付けることにより、ねじによる固定手段として用いることができることの他、外側にねじ山をきることにより利用することができる。
この結果、この筐体にはその組立や筺体に器具を取付けるための突起部として利用できることができる。
(2)具体的には以下のようになる。
(a)摩擦圧接処理による新規な突起部の形成及び製造方法
板(マグネシウム合金板、アルミニウム合金板、及び銅板など)の表面を、高速回転する中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具により摩擦し、板の底面にまで侵入させることにより、前記工具の中空円筒部内側に板の部分を盛り上がらせ、前記工具が底面に達したところで、回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、これら工具から引き離して冷却すると、従来技術では予想されなかった、新たな形状の突起部(図4)を得ることができる。得られた突起部は、頂部は比較的に平坦であり、側壁部を有する中空円筒状の形状となる。
盛り上がる高さは中空円筒部内側の高さ以下であり、突起部の外径は中空円筒状工具の内径より僅かに短い。頂部の外側にそって環状に盛りあがった部分が存在する。絞り加工により成形加工した場合にはこのような部分は存在しない。
突起部の外部形状や断面形状は、用いる中空円筒状工具及び段つき中空円筒状工具の形状により相違するものとなる。
(b)摩擦圧接処理による新規な底部を有する突起部の形成及び製造方法
二枚に積み重ねられている上側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板材であり、下側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄板から選ばれる板材(材料については一枚目と相違するものを用いることができる。)であり、上側の板の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を高速回転させて摩擦圧接させて、侵入すると、中空円筒状工具の中空円筒部内に向かって、上側の板材の部分が盛り上がり、上側の板は下側の板に摩擦圧接された形状の新規な形状の突起部(図6から8)を得ることができる。得られた突起部は中空であり、頂部の外側部分は環状に盛りあがった部分が存在する。絞り加工により成形加工した場合にはこのような部分は存在せず、又、底部を有するものとなり、この形状の構造体は従来知られていないものである。使用に際しては、外側の形状が使用に際して適切でないと思われるときには、滑らかな形状にすることができる。又、高さなどが適当でない場合には適当な長さに切断して使用することもできる。
突起部の高さは円筒工具の内側の高さ以下であり、突起部の外径は中空円筒状工具の内径より僅かに短い。突起部の外部形状や断面形状は、用いる中空円筒状工具の切断面により相違する。
突起部の外部形状や断面形状は、用いる中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具の形状により相違するものとなる。
又、本発明によれば、二枚板(上側はマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれ、下側はマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄板から選ばれる)の上側の板の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を高速回転で摩擦圧接すると、前記工具の中空円筒部内に板の部分が盛り上がり、新規な形状の突起部を形成する。この突起部形状は中空であり、頂部は比較的に平坦であり、下側の板が底部に圧接された新規な形状の突起部を得ることができる。
前記突起部はねじ止めが可能な固定手段を提供する。
マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる一枚板の表面を高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接処理し、中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を前記板内に侵入させることにより、前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、前記工具を板の底面に達したところで、その回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、これら工具から引き離して冷却することにより、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる板が盛り上げられて側壁部及び頂部が形成され、中空円柱状である突起部を得ることができる。
回転しつつ推進する方向に移動可能となる回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を取り付け、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板の表面を、高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接し、板内に侵入させ、板内に侵入させることにより、前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより、前記工具から引き離して突起部を形成する突起部の形成装置である。
図1は本発明の中空円筒状工具による摩擦圧接処理Aを行う装置の全体図である。
摩擦攪拌処理装置の支持台8にはコラム7が上方へ延びるように設けられている。支持台8の上面には図示しないクランプ手段により板材4が固定されている。板材は、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる。コラム7には、回転可能に且つ推進する方向に移動可能となる圧接推進・回転駆動用モータ1が設けられている。主軸9の先端には取付け手段5であるチャックが設けられている。
回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段となる摩擦圧接・移動用モータ1の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具が取り付け、板材4の表面を中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具3により摩擦圧接し、板4中に侵入させ、前記工具の中空円筒部内側の板材を溶融させる。前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱6を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより目的とする、一枚のマグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる材料が盛り上げられて側壁部及び頂部が形成され、中空円柱状である前記板による突起部を得ることができる。
中空円筒状工具及び段付中空円筒状工具は^に示されている。
中空円筒状工具の内径は形成しようとする突起部の外径に応じて適宜決定することができる。具体的には、外径15mm、内径10mm、外径8mm、内径5mm;外径6mm、内径3mm;外径6mm、内径3mmなど多くの形状のものを使用しており、適宜選択して使用できる。外径としては最大で、20mm程度、内径15mm程度のものを使用できる。又、外径としては最小で、5mm程度、内径3mm程度のものを使用できる。
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3の端部は種々の形状のものを使用できる(図2)。この形状に応じて形成される突起部6の形状も変化する。
加工(摩擦圧接処理)の条件は、前記中空円筒状工具の形状、回転数、板材にかかる圧力及び加工時間により定まる。
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3による板材にかかる摩擦圧力は、15MPa以上で十分であり、実施例では30MPaの場合を挙げている。上限は使用する装置により定まる。不必要に高くする必要はない。
周速度は150m/min程度あればよい。
図4に示されるように、中空円柱状の突起部外径はほぼ10mmに近く、突起部高さは7mmに近い。突起部外径に対して突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。同じく^にも中空円柱状の図を示している。
頂部には平坦部があり、孔を明けることができる。ねじきりを設けることができ、筐体などのねじ止めするために用いることができる。
得られる突起部の圧縮強度は、ねじ止めに耐えることができる。筐体をねじ止めする手段として広範囲の利用が考えられる。
二枚に積み重ねられている上側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板であり、下側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄から選ばれる板(板の材料については上側の板と相違するものを用いることができる。)を用いる。
マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる上側の板の表面を高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接処理し、中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を前記板内に侵入させる。前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融し、中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、上側の板材により頂部及び側面部を形成している中空円柱を形成する。
前記工具が上側の板の底面に達したところで、その回転を止めて、変形された中空円柱に、摩擦圧接により下側の板による底部を形成し、上側の板による中空円柱状に、下側の板による底部を摩擦圧接した新規な形状の突起部を得ることができる。
これらを工具から引き離して冷却することにより、独立した形状の新規な形状の突起部を完成することができる。
回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を取り付け、二枚に積み重ねられている上側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板であり、下側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄板から選ばれる板であり、上側の板を、高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接し、上側の板中に前記工具を侵入させ、前記工具の中空円筒部の内側の板を溶融し、盛り上げられた状態で頂部及び側壁部を有する中空円柱に形成し、前記工具が上側の板材の底面に達したところで、工具の回転を止めて、形成された中空円柱に、摩擦圧接により下側の板材による底部を形成し、これを工具から引き離すことによる、二枚の板による突起部の形成装置である。
図5は本発明の中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3による摩擦圧接処理Bを行う装置の全体図である。
摩擦攪拌処理装置の支持台8にはコラム7が上方へ延びるように設けられている。支持台8の上面には図示しないクランプ手段により板4が固定されている。
板4は、二枚に積み重ねられている上側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板であり、下側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄から選ばれる板(板の材料については上側の板と相違するものを用いることができる。)を用いる。
コラム7には、回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段である摩擦圧接・移動用モータ1が設けられている。主軸9の先端には取付け手段であるチャック3が設けられている。
回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段となる摩擦圧接・移動用モータ1の主軸の先端部に取付け手段であるチャック5を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3を取り付け、板材4の表面を中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具により摩擦圧接し、板中に侵入させ、前記工具の中空円筒部内側の板材を溶融させる。前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより目的とする、上側の板であるマグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる材料が盛り上げられて側壁部及び頂部が形成され、前記工具が上側の板の底面に達したところで、その回転を止めて、変形された中空円柱6に、摩擦圧接により下側の板による底部10を形成し、上側の板による中空円柱状に、下側の板による底部を摩擦圧接した新規な形状の突起部を製造する。
上側の板は、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を構成する材料よりも融点が低く、且つ熱膨張率が大きいものを選択する。
板材の厚みは適宜決定することができる。上側の板材は一般に薄板であればよく、通常0.3mm以上であり、2mm程度の範囲のものが使用される。実施例では、1.4mmのものを挙げている。下側の板材は底部を形成するものであるから、格別限定されない。上側の板材以下の厚さのものでも、裏面に凹みなどの生じても、かまわないなどの場合には問題ない。同じ程度の厚さのものを用いておけば凹みなどが生ずる問題はない。
中空円筒状工具及び段付中空円筒状工具は図3に示されている。
中空円筒状工具の内径は形成しようとする突起部の外径に応じて適宜決定することができる。具体的には、外径15mm、内径10mm、外径8mm、内径5mm;外径6mm、内径3mm;外径6mm、内径3mmなど多くの形状のものを使用しており、適宜選択して使用できる。外径としては最大で、20mm程度、内径15mm程度のものを使用できる。又、外径としては最小で、5mm程度、内径3mm程度のものを使用できる。
中空円筒状工具3の端部は種々の形状のものを使用できる(図2)。この形状に応じて形成される突起部6の形状も変化する。
加工(摩擦圧接処理)の条件は、前記中空円筒状工具の形状、回転数、板材にかかる圧力及び加工時間により定まる。
周速度は150m/min程度あればよい。
突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったと同じような形状となり、突起部外周には中空回転工具による擦過痕が残存する。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められる(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められる。)。突起部内部は板材が内部に取り込まれた形状をしており中空円柱であり、底面には下側の板に底部が形成されている。又底部には凹みを有していない。
図7から10に示されるように、中空円柱の突起部外径は中空円筒状工具の内径に近く、突起部高さは5から7mmに近い。突起部外径に対して突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
頂部に孔を明けることにより、ねじをきることができる。又、突起部の外側にもねじ山を設けることができる。筐体などのねじ止めするために用いることができる。
得られる突起部の圧縮強度は、ねじ止めに耐えることができる。筐体をねじ止めする手段として広範囲の利用できる。
また、突起部中央部横断面の巨視的組織は図12に示される。得られる高さの一例を示すと、図13に示すとおりである。高さは円筒工具の内側の高さ以下であり、用いる中空円筒状工具の切断面により相違する。
得られる突起部の圧縮強度は、端部の形状に応じて変化する(図14)。階段型(Step型(d))の場合が最も強い強度を示している。
突起部破断面の状態は図15に示すとおりである。
以下に具体例を実施例として示す。
加工時には冶具により前記アルミニウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9550rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.4mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図4に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱状であり、底面では中空であることが観察された。
中空円柱状の突起部外径はほぼ10mmに近く、突起部高さは7mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
突起部の外観形状は図6に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱である。裏面より中空円柱内部が観察できる。
中央部に穴を開けた。
中空円柱の突起部外径はほぼ4mmに近く、突起部高さは6mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数10000rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は^に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は中空円柱であり、下側の板による底部が観察された。
中空円柱状の突起部外径はほぼ5mmに近く、突起部高さは7mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
裏側には僅かな跡が観察された。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数10000rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図8に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱であり、下側の板による底部が摩擦圧接により形成されていることが観察された。
中空円柱状の突起部外径は、5mmに近く、突起部高さは7mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9600rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が上側の板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図9に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱状であり、下側の板による底部が摩擦圧接により形成されていることが観察された。裏面に跡が観察される。
中空円柱の突起部外径はほぼ5mmに近く、突起部高さは6mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9600rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が上側の板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図10に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱状であり、下側の板による底部が摩擦圧接により形成されていることが観察された。裏面に跡が観察される。
中空円柱の突起部外径はほぼ5mmに近く、突起部高さは6mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
加工時には上板と下板との重ね代が25mmとなるように冶具により固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9550rpm、摩擦圧力が30MPaとし、中空円筒状工具が上板の板厚と同一の1.4mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にM4のねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図11に示すとおりである。突起部形状は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存している。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた。Taperでは、ばりが突起部先端を覆うような状態となった。Straightでは突起部側面に螺旋状の模様が観察された。
下板裏面には熱影響による変色や変形は、Taper,Chamferingでは認められなかったが、Straight,Stepで僅かに変色が観察された。図には示されていないが、分離した上板は中空円筒状工具により打ちぬかれた状態であり、打抜かれた穴の周囲に、僅かに、ばりが観察された。
突起部中央部横断面の巨視的組織を示す図12では、中空円筒状工具の端部の形状の相違に関わらず、突起部内部には中空(空洞)であることが示されている。突起部の肉厚は突起部頂部では母材(板材)と同程度であったが、突起部側面では突起部頂部から底部にかけて徐々に肉厚は減少した。Straightでは他の中空円筒状工具の形状と比較して空洞は大きく、突起部底部は肉厚の減少が明瞭であった。突起部底部と下板との接合界面には、スタッド溶接に見られるナゲットの生成は観察されなかった。また、中空円筒状工具の形状には関係なく下板の変形は認められなかった。
外部観察で明らかなようにTaperでは突起部先端を覆うような状態のばりが発生するためと考える。Straightでは巨視的組織で観察されたように,突起部の底部の肉厚が薄くなるために突起部の高さが理論値より大きくなった。
突起部の引張試験後の断面の状態を示す結果(図15)によれば、破断位置は最も強度の高いChamfering,Stepでは突起部底部より破断したが、Taperは上板と下板との接合部から剥離した。Straightでは薄肉部から破断した。
B:摩擦圧接処理装置
1:摩擦圧接・移動用モータ
2:摩擦圧接・移動用モータ支持部
3:中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具
4:板材
5:チャック
6:突起部
7:コラム
8:支持台
9:主軸
10:底部
Claims (4)
- マグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる板が溶融後、盛り上げられた状態で、頂部の外側部にそって環状部分を有する頂部及び側壁部を有する中空円柱状に形成されていることを特徴とする突起部。
- マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板の表面を、高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦し、前記工具を板内に侵入させ、前記工具の中空円筒部内側の板を溶融し、中空円筒部内に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより請求項1記載の突起部を形成することを特徴とする突起部の形成方法。
- 前記中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具の端部の形状が、ストレート型(Straight型(a))、傾斜型(Taper型(b))、環状急傾斜型(Chamfering型(c))、又は階段型(Step型(d))から選ばれることを特徴とする請求項2記載の突起部の形成方法。
- 回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を取り付け、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板の表面を、高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦し、板中に侵入させ、前記工具の中空円筒部内側の板を溶融し、中空円筒部内に盛り上がった部分とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱を形成し、前記工具が底面に達したところで、回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、前記工具から引き離して請求項1記載の突起部を形成することを特徴とする突起部の形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012105082A JP5429760B2 (ja) | 2012-05-02 | 2012-05-02 | 摩擦圧接による突起部の形成 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012105082A JP5429760B2 (ja) | 2012-05-02 | 2012-05-02 | 摩擦圧接による突起部の形成 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007284548A Division JP5187886B2 (ja) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | 摩擦圧接による突起部の形成 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012139734A JP2012139734A (ja) | 2012-07-26 |
JP5429760B2 true JP5429760B2 (ja) | 2014-02-26 |
Family
ID=46676560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012105082A Expired - Fee Related JP5429760B2 (ja) | 2012-05-02 | 2012-05-02 | 摩擦圧接による突起部の形成 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5429760B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110091050A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-06 | 无锡市晟锋金属材料有限公司 | 一种异型铜材软硬连接的焊接方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001287050A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-16 | Nippon Stud Welding Co Ltd | パイプと板材との摩擦圧接方法及びこの摩擦圧接方法で製造されたパイプ付き板材 |
JP2002066760A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-05 | Mazda Motor Corp | 金属の接合方法及び接合装置 |
JP2002096182A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-04-02 | Toyota Motor Corp | 摩擦熱に基づく接合方法、回転ツール及び接合体 |
JP3398136B2 (ja) * | 2000-11-10 | 2003-04-21 | 川崎重工業株式会社 | 摩擦攪拌接合装置 |
JP2002316272A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-29 | Nitto Seiki Kk | 摩擦圧接方法及び装置 |
JP4021799B2 (ja) * | 2003-05-06 | 2007-12-12 | 株式会社野村鍍金 | 鋳型とその製造方法 |
WO2006016417A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Hitachi, Ltd. | 管状部位を有する構造物とその製造方法及び製造装置 |
JP4516469B2 (ja) * | 2005-04-08 | 2010-08-04 | 本田技研工業株式会社 | 積層部接合方法 |
-
2012
- 2012-05-02 JP JP2012105082A patent/JP5429760B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012139734A (ja) | 2012-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5118801B2 (ja) | 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 | |
JP5108411B2 (ja) | 電池缶およびその製造方法並びに製造装置 | |
JP5515557B2 (ja) | 金属加工方法及びボス形成冶具 | |
WO2016163214A1 (ja) | 摩擦攪拌接合方法および接合構造体 | |
JP5187886B2 (ja) | 摩擦圧接による突起部の形成 | |
JP5060130B2 (ja) | 管状部位を有する金属部品 | |
JP5429760B2 (ja) | 摩擦圧接による突起部の形成 | |
WO2016166843A1 (ja) | 金属部材の製造方法 | |
JP2011115847A (ja) | 摩擦攪拌接合方法及びその方法による製品 | |
JP2019155410A (ja) | 摩擦撹拌接合ツール、摩擦撹拌接合装置、および摩擦撹拌接合方法 | |
WO2016166841A1 (ja) | 金属部材の製造方法 | |
JP6159815B2 (ja) | 摺動部品、摺動部品の製造方法および摺動部品の製造装置 | |
JP2007289967A (ja) | 環状部品の逐次成形方法及びその装置並びに逐次成形用マンドレル | |
JP5712448B2 (ja) | 突起を有する金属部品、金属部材に突起を形成する方法及び突起形成装置 | |
JP5619465B2 (ja) | 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合製品 | |
JP6449444B2 (ja) | 金属部材の製造方法 | |
JP6213956B2 (ja) | 接合方法及び接合装置 | |
KR101859601B1 (ko) | 금속 부재의 제조 장치 | |
JP5842555B2 (ja) | 金属加工方法及び金属加工装置 | |
JP6750562B2 (ja) | 接合方法 | |
US10906126B2 (en) | Method for producing metal member | |
JP5557878B2 (ja) | 管状部位を有する構造物とその製造方法及び製造装置 | |
JP6004383B2 (ja) | 突起を有する金属部品および金属部材に突起を形成する方法 | |
JPH04322827A (ja) | バーリングねじ成形歯具 | |
JP2012187690A (ja) | ボス成形治具およびボス成形方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120601 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20120806 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130716 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130718 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130815 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131126 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |