JP5463476B2 - 摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工用ツールの再生方法 - Google Patents
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金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を砥石により研削するツール再生機構を備え、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは、先端に向かって細くなるように形成されており、
前記ツール再生機構の砥石は、円形状に形成されており、ツール先端部を研削する前記砥石の円周部には、ツール先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝が全周に連続形成されている。
本構成によれば、摩擦攪拌加工用のツールの先端部が摩耗、変形等又は、被加工材が付着しても、研削によりツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。従って、同じツールを再度使用することができるので、ツールの交換頻度を少なくすることができる。
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を砥石により研削するツール再生機構を備え、
前記ツール再生機構は、ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とすることができる。
本構成によれば、より短時間の研削でツールを摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元し再生することができる。
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を砥石により研削するツール再生機構を備え、
前記ツール再生機構は、冷風及び/又はミストの雰囲気下でツールを研削する構成とすることができる。
本構成によれば、冷風及び/又はミストが介在することで研削面の粗さを小さくし、滑らかに且つ効率的にツールを研削することができる。
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を工具により切削するツール再生機構を備える。
本構成によれば、摩擦攪拌加工用のツールの先端部が摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、切削によりツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。従って、同じツールを再度使用することができるので、ツールの交換頻度を少なくすることができる。
本構成によれば、プローブが加工時に被加工材に当たるときの衝撃や、プローブが加工時に被加工材に埋没した状態で移動されても折損しにくい。さらに、前記プローブが摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、ツール再生機構として切削する工具によれば、前記プローブを容易に摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、砥石を回転させてプローブ及びショルダーを有したツール先端部を研削するものである。
本方法によれば、短時間で摩擦攪拌加工用ツールの先端部を研削でき、短時間でツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、プローブ及びショルダーを有したツール先端部を工具により切削するものである。
本方法によれば、短時間で摩擦攪拌加工用ツールの先端部を切削でき、短時間でツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
以下に、本発明の一実施形態として、2枚の平板を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌加工装置であってツール再生機構を備えたものを示す。
(摩擦攪拌加工装置)
図1に示すように、摩擦攪拌加工装置1は、ワークW1,W2を配置するための基台7上に、ワークW1,W2に対して摩擦攪拌加工を行う加工機構2と、加工機構2のツール
20を再生させるツール再生機構として砥石51を設けたツール研削装置5とを備えている。
加工機構2は、下端部にツールホルダー3を介して着脱自在に取り付けられたツール20を備えている。ツール20は、側面にDカット面24を有し、このDカット面24に固定ボルト8を当接させてツールホルダー3に着脱自在に固定されているが(図2参照)、これ以外の方法でツールホルダー3に着脱自在に取り付けられていてもよい。ツールホルダー3は、ツール回転用モータ23と連結されており、このツール回転用モータ23の駆動によりツールホルダー3とともにツール20が回転される。
800℃以上)で高い硬度(例えば、ビッカース硬度400以上)を有する金属材料のツール20を使用してもよい。
ツール再生機構としてのツール研削装置5は、裏当て冶具4に隣接して基台7上の一方側に配置されている。図2に示すように、ツール研削装置5には、変形等したツール20の先端部を研削して元の形状に復元し再生するために、砥石支持板52の外周部に砥石51が設けられている。この砥石51の外周の円周部は、ショルダー22及びプローブ21によるツール20の先端部の断面凸型形状と略一致する断面凹型形状の凹溝51aが全周的に連続形成されている。なお、砥石51としては、ツール20の研削が円滑に行えるように好ましくはダイヤモンド砥石等が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、ボラゾンのような立方晶窒化ホウ素(CBN)等によるものでも良い。
(接合操作)
図1を参照して、ワークW1,W2を接合する際、回転用モータ23により高速回転(例えば、500rpm〜3000rpm程度)させたツール20を、裏当て冶具4上に固定されたワークW1及びワークW2の接合線31の一端に押し付ける。そうすると、ツール20先端部のプローブ21が接合線31に高速回転した状態で押し付けられ、発生する摩擦熱により接合線31周辺のワークW1,W2が軟化する。ツール20は、強い力で接合線31に押し付けられているので、やがてツール20先端のプローブ21は軟化した接合線31周辺のワークW1,W2内部に没入する。続いて、ツール20は加圧及び回転を維持したまま接合線31に沿って、ツール移動用モータ82及び直動ガイド81により他端に移動される。そして、ツール20近傍のワークW1,W2は摩擦熱により連続的に塑性流動化し、ワークW1,W2の接合線31付近が摩擦攪拌により接合される。
そこで、本摩擦攪拌加工装置1では、接合操作の繰り返しによりツール20の先端部が摩耗、変形又は、被加工材が付着等すると、ツール20をツール再生機構としてのツール研削装置5により再生させる。
ツール20の再生の際は、変形等したツール20をツール研削装置5上部に移動させ、ツール20をカバー54上面のツール挿入口56に挿入配置させてツール研削装置5の砥石51に当接させる(図2参照)。このとき、ミスト供給ノズルよりツール20の先端部と砥石51が接触する接触部に向けて、冷風とともにミストが供給される。そして、この
状態でツール20を回転させながら、ツール研削装置5の砥石51を回転させてツール20の先端部を研削する。砥石51の円周部には、プローブ21を含むツール20の先端部の断面凸型形状と略一致する断面凹型形状の凹溝51aが全周的に連続形成されているので、この砥石51による研削によって、ツール20の先端部のプローブ21及びショルダー22は、ワーク接合操作により摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元され、再生される。
以上の操作により再生されたツール20を使用して、再び上述の接合操作を良好に行うことができる。
次に、本摩擦攪拌加工装置1において、ツール再生機構の他の実施形態について説明する。図7に示すように、実施形態2においては、先端部が変形等したツール20をツール再生機構としてのツール切削装置8により再生させる。このツール切削装置8は、カバー54内に切削工具60が配設され、切削工具60は、図示しない駆動手段によってX方向とZ方向に移動自在となっている。カバー54は、切削工具60や切削工具60の駆動手段等を収容可能に形成されるが、このカバー54の構造は、基本的には、上記実施形態1と同様の構造を備える。
以上の操作により再生されたツール20を使用して、再び上述の接合操作を良好に行うことができる。
例えば、本発明に係る摩擦攪拌加工装置においては、あらかじめ設定した所定回数の接合操作を行った後に、自動的にツール20をツール研削装置5又はツール切削装置8に移動させて再生するようにしてもよい。また、ツール20を画像センサにより監視し、ツール20の形状に変形等が観察された場合に自動的にツール研削装置5又はツール切削装置8に移動させて再生するようにしてもよい。
2 加工機構
3 ツールホルダー
5 ツール研削装置(ツール再生機構)
8 ツール切削装置(ツール再生機構)
20 ツール
21 プローブ
22 ショルダー
51 砥石
51a 凹溝
60 切削工具
Claims (7)
- 金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を砥石により研削するツール再生機構を備え、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは、先端に向かって細くなるように形成されており、
前記ツール再生機構の砥石は、円形状に形成されており、ツール先端部を研削する前記砥石の円周部には、ツール先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝が全周に連続形成されている摩擦攪拌加工装置。 - 金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を砥石により研削するツール再生機構を備え、
前記ツール再生機構は、ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。 - 金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を砥石により研削するツール再生機構を備え、
前記ツール再生機構は、冷風及び/又はミストの雰囲気下でツールを研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。 - 金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したプローブ及びショルダーを有したツール先端部を工具により切削するツール再生機構を備える摩擦攪拌加工装置。 - 請求項4に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されている摩擦攪拌加工装置。 - 摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、砥石を回転させてプローブ及びショルダーを有したツール先端部を研削する摩擦攪拌加工用ツールの再生方法。 - 摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、プローブ及びショルダーを有したツール先端部を工具により切削する摩擦攪拌加工用ツールの再生方法。
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