JP6104427B2 - Dissimilar material joint - Google Patents
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Description
本発明は、鋼材と軽合金材を接合した異材接合体に関し、特に鋼製の鍛造リベットとスポット溶接により鋼材と軽合金材を接合した異材接合体に関する。 The present invention relates to a dissimilar material joined body in which a steel material and a light alloy material are joined, and particularly to a dissimilar material joined body in which a steel material and a light alloy material are joined by a forged rivet made of steel and spot welding.
近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、自動車等の輸送機の車体の軽量化による燃費の向上が図られている。また、この軽量化をできるだけ阻害せず、自動車の車体衝突時の安全性を高めるため、自動車の車体構造に対し、従来から使用されている鋼材の一部を、より軽量でエネルギー吸収性にも優れたアルミニウム合金材及びマグネシウム材等の軽合金材の適用が増加しつつある。 In recent years, with respect to global environmental problems caused by exhaust gas and the like, fuel efficiency has been improved by reducing the weight of a vehicle body of a transport aircraft such as an automobile. In addition, in order to prevent this weight reduction as much as possible and to improve safety in the case of a car body collision, part of the steel materials that have been used in the past are made lighter and more energy-absorbing than the car body structure. Application of light alloy materials such as excellent aluminum alloy materials and magnesium materials is increasing.
自動車の車体等に使用されるアルミニウム合金材は、圧延板材、押出材、又は鍛造材等の形態がある。自動車のルーフ、フード、フェンダー、ドア、トランクリッド等の大型のパネル構造体のアウタパネル及びインナパネル等として、AA又はJIS規格の6000系(Al−Mg−Si系)、及び5000系(Al−Mg系)等のアルミニウム合金板の使用が検討されている。
これらのアルミニウム合金材は、車体の全ての部分をアルミニウム合金材で構成しない限り、元々汎用されている鋼板又は型鋼等の鋼材(鋼部材)と組み合わせて使用する必要があり、必然的に、アルミニウム合金材と鋼材とを接合する必要がある。
Aluminum alloy materials used for automobile bodies and the like are in the form of rolled plate materials, extruded materials, forged materials, and the like. As outer panels and inner panels of large panel structures such as automobile roofs, hoods, fenders, doors and trunk lids, AA or JIS standard 6000 series (Al-Mg-Si series) and 5000 series (Al-Mg series) The use of aluminum alloy plates such as those of other types is being studied.
These aluminum alloy materials must be used in combination with steel materials (steel members) such as steel plates or steel molds that have been generally used unless all parts of the vehicle body are made of aluminum alloy materials. It is necessary to join the alloy material and the steel material.
特許文献1〜5には、アルミニウム合金材等の軽合金材に鋼製のリベットを予め接合した後、前記リベットの頭部と鋼材とを一対の電極で挟み、通電して、前記リベットの軸部と鋼材をスポット溶接し、軽合金材と鋼材を接合する技術が開示されている。
特許文献1では、鋼製リベットを軽合金材に打ち込み、軸部で前記軽合金材を打抜くと同時に前記リベットを前記軽合金材にかしめ接合し、次いで前記リベットの軸部と前記鋼材とをスポット溶接している。前記リベットの頭部に凹部(環状溝)が形成されている。
In Patent Documents 1 to 5, after a steel rivet is bonded in advance to a light alloy material such as an aluminum alloy material, the head portion of the rivet and the steel material are sandwiched between a pair of electrodes, energized, and the shaft of the rivet A technique for spot welding a part and a steel material and joining a light alloy material and a steel material is disclosed.
In Patent Document 1, a steel rivet is driven into a light alloy material, the light alloy material is punched out at a shaft portion, and at the same time, the rivet is caulked and joined to the light alloy material, and then the shaft portion of the rivet and the steel material are joined together. Spot welding. A recess (annular groove) is formed in the head of the rivet.
特許文献2でも同様に、鋼製リベットを軽合金材に打ち込み、軸部で前記軽合金材を打抜くと同時に前記リベットを前記軽合金材にかしめ接合し、次いで前記リベットの軸部と前記鋼材とをスポット溶接している。前記リベットは、頭部に凹部(環状溝)が形成され、軸部は先端側に向けて横断面積が大きく形成され、さらに、前記リベットの軸部の先端面に突起(盛り上がり部)が形成されている。
特許文献3には、鋼製リベットの軸部の先端の周面に凹部を形成するとともに、このリベットを軽合金材に打ち込んだとき、前記軽合金材に前記凹部に連なる凹部を形成することが記載されている。また、特許文献3には、前記リベットの頭部及び軸部の表面のうち、前記軽合金材に打ち込み後に前記軽合金材と接触する部分に、前記鋼材より高い抵抗を有する皮膜(絶縁層)を形成することが記載されている。
Similarly, in
In
特許文献4では、鋼製リベットを軽合金材に形成した下穴に押し込んで、前記リベットを前記軽合金材にかしめ接合し、次いで前記リベットの軸部と前記鋼材とをスポット溶接している。前記リベットの軸部は、前記下穴の径より小径の先端部と、下穴の径より大きい基端部と、前記先端部と基端部の間の曲面状の縮径部(前記先端部より小径)からなる。
特許文献5では、鋼製リベットを軽合金材に打ち込み、軸部で前記軽合金材を打抜くと同時に前記リベットを前記軽合金材にかしめ接合し、次いで前記リベットの軸部と前記鋼材とをスポット溶接している。前記リベットは、頭部と軸部先端に隆起部を備える。また、特許文献5には、頭部に凹部(環状溝)を形成すること、前記軽合金材に打ち込み後に前記軽合金材と接触する部分に、前記鋼材より高い抵抗を有する皮膜(絶縁層)を形成することが記載されている。
In Patent Document 4, a steel rivet is pushed into a pilot hole formed in a light alloy material, and the rivet is caulked to the light alloy material, and then the shaft portion of the rivet and the steel material are spot welded. The shaft portion of the rivet includes a tip portion having a diameter smaller than the diameter of the pilot hole, a base end portion larger than the diameter of the pilot hole, and a curved diameter-reduced portion between the tip portion and the base end portion (the tip portion). Smaller diameter).
In
特許文献1〜5に記載された方法においては、所定の溶接強度を得るため、スポット溶接時に溶接電流を効率よく被接合材である鋼材に流して、所定の大きさの溶融ナゲットを形成させる必要がある。この際、リベットから鋼材に向かわずに軽合金材へ流れる、いわゆる分流を防ぐ必要がある。
このため、特許文献2〜5には、リベットを通る電流を中央に集めるように、軸部の先端に突起部又は隆起部を設けたリベットが開示され、特許文献3,5には、軽合金材に打ち込み後に軽合金材と接触する部分に絶縁層を設けたリベットが開示されている。
In the methods described in Patent Documents 1 to 5, in order to obtain a predetermined welding strength, it is necessary to efficiently flow a welding current to the steel material to be bonded during spot welding to form a molten nugget of a predetermined size. There is. At this time, it is necessary to prevent so-called diversion, which flows from the rivet to the light alloy material without going to the steel material.
For this reason,
しかし、鋼製リベットを軽合金材に打ち込み、軸部で軽合金材を打抜くと同時にリベットを軽合金材にかしめ接合する場合、打ち込み時にリベットの軸部が軽合金材を剪断しながら打ち込みがなされる。このため、軸部に形成された絶縁層が軸方向に沿って剥がれ、リベットの素地(鋼材)がむき出しになる場合があり、その場合、溶接電流の分流を有効に防止できず、溶融ナゲットが所定のサイズよりも小さくなる場合がある。 However, when a steel rivet is driven into a light alloy material and the light alloy material is punched out at the shaft, and at the same time the rivet is caulked to the light alloy material, the rivet shaft is driven while shearing the light alloy material. Made. For this reason, the insulating layer formed on the shaft part may be peeled off along the axial direction, and the rivet base (steel material) may be exposed. It may be smaller than a predetermined size.
特許文献3,5に記載されたとおり、鋼製リベットは切削、研削等の機械加工又は鍛造加工により成形することができる。しかし、特許文献5に記載されているとおり、リベットの生産性、強度、寸法精度の点から、リベットは鍛造加工で、しかも切削や研削等の機械加工を併用することなく成形することが好ましい。このため、特許文献3,5に記載されたリベットはアンダーカット部を有さず、通常の鍛造加工のみで成形容易な断面形状とされている。
As described in
一方、特許文献1,2に記載されたリベットは、軸部の先端部側(軽合金材に打ち込んだとき剪断の刃先になる部分)の径が基端部側の径より大きく形成されている。このリベットに特許文献3,5に記載された絶縁層を形成した場合、軸部の先端部より後方側(基端部側)の部分は、リベットの打ち込み時に軽合金材の剪断に直接関与せず、その結果、同部分の絶縁層が剥がれるのを防止できると考えられる。しかし、この種の異材接合用リベットは、一般に極めて小型(後述する実施例参照)で厚みがごく薄いこともあり、このように深いアンダーカット部を有するリベットは、鍛造加工のみで成形することが困難である。このため、素材から製品形状まで切削や研削等の機械加工のみで成形し、又は素材を半製品(ニアネットシェイプ)まで鍛造加工後、前記機械加工を加えて製品化する必要があるという問題がある。
On the other hand, the rivets described in
本発明は、素材から製品形状まで鍛造加工で成形され、表面に絶縁層(鋼材より高い抵抗の皮膜)が形成された鋼製の異材接合用リベットを用いた異材接合材において、前記リベットを軽合金材に打ち込んだとき、前記リベットに形成した絶縁層が剥がれないようにし、これによりスポット溶接時の分流を防止することを目的とする。 The present invention relates to a dissimilar material joining material using a dissimilar material joining rivet formed by forging from a raw material to a product shape and having an insulating layer (a film having a higher resistance than that of a steel material) formed on a surface thereof. An object of the present invention is to prevent the insulating layer formed on the rivet from being peeled off when it is driven into an alloy material, thereby preventing a shunt during spot welding.
本発明に係る異材接合体は、軽合金材と、前記軽合金材にかしめ接合された鋼製の異材接合用鍛造リベットと、前記軽合金材と重ねられた鋼材からなる。前記異材接合用鍛造リベットは、板状の頭部と前記頭部から延びる軸部からなり、前記軸部が、前記頭部から延びる第1軸部と、前記第1軸部の先端部において外周方向に突出する環状の突出部と、前記第1軸部より断面積が小さく、前記突出部からさらに先端方向に延びる第2軸部からなり、前記軸部及び前記頭部のうち前記軽合金材と接する面に、前記鋼材より高い抵抗の皮膜が形成されている。この異材接合体において、前記異材接合用鍛造リベットの軸部が前記軽合金材を貫通し、前記頭部と突出部との間で前記軽合金材にかしめ接合され、前記軸部の先端が前記鋼材にスポット溶接され、前記軽合金材と前記第2軸部の間に隙間が形成されている。
本発明において鍛造リベットとは、素材から鍛造加工のみで最終製品形状(ネットシェイプ)まで成形されたリベットを意味する。
本発明において軽合金材とは、アルミニウム、マグネシウムのほか、チタンを含む。
前記リベットは、好ましくは、前記頭部に前記第1軸部を取り囲む環状の溝が形成され、又は/及び前記第2軸部の先端に突起が形成されている。
The dissimilar material joined body according to the present invention includes a light alloy material, a steel forged rivet for joining dissimilar materials caulked to the light alloy material, and a steel material overlapped with the light alloy material. The dissimilar material forging rivet includes a plate-shaped head and a shaft extending from the head, and the shaft is outer peripheral at a first shaft extending from the head and a tip of the first shaft. An annular projecting portion projecting in the direction, and a second shaft portion having a smaller cross-sectional area than the first shaft portion and extending further in the distal direction from the projecting portion, and the light alloy material of the shaft portion and the head portion A film having a higher resistance than that of the steel material is formed on the surface in contact with the steel. In the dissimilar material joined body, the shaft portion of the forged rivet for dissimilar material bonding penetrates the light alloy material, and is caulked and joined to the light alloy material between the head and the projecting portion, and the tip of the shaft portion is Spot welding is performed on the steel material, and a gap is formed between the light alloy material and the second shaft portion.
In the present invention, the forged rivet means a rivet formed from a raw material to a final product shape (net shape) only by forging.
In the present invention, the light alloy material includes titanium in addition to aluminum and magnesium.
Preferably, the rivet is formed with an annular groove surrounding the first shaft portion in the head portion and / or a protrusion at the tip of the second shaft portion.
本発明に係る異材接合体に用いられるリベットは、軸部が、頭部から延びる第1軸部と、前記第1軸部の先端部において外周方向に突出する環状の突出部と、前記第1軸部より断面積が小さく、前記突出部からさらに先端方向に延びる第2軸部からなる。この特徴的な形状に基づき、本発明に係るリベットは、アンダーカット部を有するにも関わらず、後述するように、通常の鍛造加工のみで製品形状まで成形することができる。 In the rivet used for the dissimilar material joined body according to the present invention, the shaft portion has a first shaft portion extending from the head portion, an annular projecting portion projecting in an outer peripheral direction at a tip portion of the first shaft portion, and the first The cross-sectional area is smaller than that of the shaft portion, and the second shaft portion further extends in the distal direction from the protruding portion. Based on this characteristic shape, the rivet according to the present invention can be formed into a product shape only by a normal forging process, as will be described later, despite having an undercut portion.
前記リベットを軽合金材に打ち込むと、前記軽合金材が前記軸部により打ち抜かれ、前記軸部が前記軽合金材を貫通し、同時に打抜き穴の周囲の材料が前記頭部と前記突出部の間に塑性流動し、前記リベットが前記軽合金材にかしめ接合される。塑性流動した軽合金材の材料が、前記頭部と前記突出部の間の凹み(第1軸部)に流動し、充填されることから、かしめ接合しやすい。このため、前記突出部が存在しない場合に比べて前記頭部を薄肉化しても、かしめ接合の強度を確保することができる。なお、前記リベットの頭部が薄肉化すると、軽合金材からの頭部の突出高さが減り、異材接合体の外観性を向上させる。 When the rivet is driven into the light alloy material, the light alloy material is punched by the shaft portion, the shaft portion penetrates the light alloy material, and at the same time, the material around the punched hole is formed between the head and the protruding portion. The rivet is caulked and joined to the light alloy material. Since the plastic alloy light alloy material flows and fills the recess (first shaft portion) between the head and the protrusion, it is easy to perform caulking and joining. For this reason, the strength of the caulking joint can be ensured even if the head is thinned compared to the case where the protrusion does not exist. Note that when the head of the rivet is thinned, the protruding height of the head from the light alloy material is reduced, and the appearance of the dissimilar material joined body is improved.
本発明に係るリベットを軽合金材に打ち込むと、前記第1軸部の先端部に形成された環状の突出部が刃先となって前記軽合金材を打抜く。このとき、前記第1軸部(前記突出部より基端部側)は、その輪郭が軸方向視で前記突出部の輪郭の内側に位置するため、前記軽合金材の剪断に直接関与しない。これにより、前記第1軸部(前記突出部より基端部側の部分)の表面から絶縁層が剥がれるのが防止される。その結果、前記リベットを前記軽合金材とかしめ接合した後も、前記軽合金材と接する面に前記鋼材より高い抵抗の皮膜を維持することができ、スポット溶接時の分流を防止することができる。
以上説明した本発明の効果は、鋼材とアルミニウムからなる異材接合体のほか、鋼材とマグネシウムからなる異材接合体及び鋼材とチタンからなる異材接合体においても奏される。
When a rivet according to the present invention is driven into a light alloy material, an annular projecting portion formed at the tip of the first shaft portion serves as a cutting edge to punch out the light alloy material. At this time, since the outline of the first shaft portion (the base end side from the protrusion) is located inside the outline of the protrusion as viewed in the axial direction, the first shaft portion does not directly participate in the shearing of the light alloy material. This prevents the insulating layer from being peeled off from the surface of the first shaft portion (the portion closer to the base end than the protruding portion). As a result, even after the rivet is caulked and joined to the light alloy material, a film having a higher resistance than that of the steel material can be maintained on the surface in contact with the light alloy material, and shunting during spot welding can be prevented. .
The effects of the present invention described above are exhibited not only in the dissimilar material joined body made of steel and aluminum, but also in the dissimilar material joined body made of steel and magnesium and the dissimilar material joined body made of steel and titanium.
以下、図1〜8を参照して、本発明に係る異材接合体に用いられる異材接合用鍛造リベット、前記リベットを使用した異材接合方法、並びに前記接合方法によって得られる本発明に係る異材接合体について、より具体的に説明する。
図1,2に示すリベット1は、板状の頭部2と、頭部2から延びる軸部3からなり、実質的に回転体(軸に対し垂直な断面が円形又はドーナツ型)の立体形状を有する。軸部3は、頭部2から直接延びる第1軸部4と、第1軸部4の先端部において外周方向に突出する環状の突出部5と、第1軸部4より断面積が小さく、突出部5からさらに先端方向に延びる第2軸部6からなり、第2軸部6の先端に低い円錐形の突起7が形成されている。
頭部2の第1軸部4側に、第1軸部4を取り囲む環状の溝8が形成されている。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-8, the forging rivet for different material joining used for the dissimilar material joining body which concerns on this invention, the different material joining method using the said rivet, and the different material joining body which concerns on this invention obtained by the said joining method Will be described more specifically.
A rivet 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a plate-
An
また、リベット1は、頭部2の端面2aと第2軸部6の端面(突起7の端面を含む)6aを除いた表面全体に、絶縁層(鋼材より高い抵抗の皮膜)9が形成されている。絶縁層9は、例えば、ディスゴ(登録商標)、ラフレ(登録商標)、ジオメット(登録商標)、ポリエステル系樹脂プレコート、シリコーンエラストマ等の鋼材より高い抵抗率を有する塗料で形成される。なお、絶縁層9は、少なくとも、リベット1を後述する軽合金材に打ち込んだとき、リベット1と前記軽合金材が接する箇所に形成すればよい。
In addition, the rivet 1 has an insulating layer (film having a higher resistance than steel) 9 formed on the entire surface excluding the
リベット1の本体部分(絶縁層9を除く部分)は、素材から鍛造加工により成形される。鍛造加工の一例を図3を参照して説明すると、まず、素材(鋼板)から単工程又は複数工程の鍛造加工で、図3Aに示すリベット中間製品11を成形する。リベット中間製品11は、頭部12と軸部13、及び軸部13の先端の突起14からなる。頭部12及び突起14は、それぞれリベット1の頭部2及び突起7と実質的に同じ形状とされ、軸部13は、リベット1の第1軸部4と実質的に同じ直径を有し、長さがやや長い。なお、軸部13は全長が実質的に同じ直径であるが、若干の抜き勾配を有する。
A main body portion (a portion excluding the insulating layer 9) of the rivet 1 is formed from a material by forging. An example of the forging process will be described with reference to FIG. 3. First, a rivet intermediate product 11 shown in FIG. 3A is formed from a material (steel plate) by a forging process of a single process or a plurality of processes. The rivet intermediate product 11 includes a
続いて、上下金型15,16により、リベット中間製品11の軸部13の先端外周部13a(図3Aにドットでマークした箇所)を軸方向に加圧する鍛造加工(一種のヘッディング加工)を行う。この鍛造加工により、前記外周部13の材料が横方向に流動して(広がって)環状の突出部5が形成され、その跡に、前記第2軸部6が形成され、図3Bに示すように、製品であるリベット1が形成される。第1軸部4の輪郭は軸方向視で突出部5の輪郭の内側に位置し、第2軸部4の輪郭は軸方向視で第1軸部の輪郭の内側に位置する。リベット中間製品11に対するこの鍛造加工は自由鍛造で行うことができるため、鍛造加工後のリベット1にはアンダーカット部があるが、複雑な金型構造なし(上下金型15,16のみ)で成形することができる。
Subsequently, the forging process (a kind of heading process) is performed by pressing the outer peripheral portion 13a (the portion marked with a dot in FIG. 3A) of the
次に図4,5を参照して、本発明に係る異種接合方法について説明する。
まず、図4Aに示すように、円筒状の下型21の上に軽合金材22を載置し、リベット1を下型21の上方に配置し、上型(ポンチ)23によりリベット1を軽合金材22に打ち込む。リベット1は適宜の支持装置により支持した状態で軽合金材21の上に配置することもできるが、ポンチ23を帯磁させ、ポンチ23にリベット1を磁気的に付着させて、軽合金材22の上に配置することもできる。
Next, the heterogeneous bonding method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4A, a
ポンチ23を軽合金材22に向けて下降させ、リベット1を軽合金材22に打ち込むと、図4Bに示すように、軽合金材は軸部3により打ち抜かれ、抜きカス24が下型21内に落下し、軸部3の先端部(第2軸部6と突出部5)が軽合金材22を貫通する。同時に、軽合金材22に形成された打抜き穴の周囲の材料が、リベット1の頭部2と下型21の間に挟まれて塑性流動し、リベット1の頭部3に形成された溝8内に入り込み、さらに頭部2と突出部5の間に入り込み、第1軸部4の周囲に密着する。この打ち込みにより、リベット1が軽合金材22にかしめ接合される。
第1軸部4は突出部5の径より小さく、その輪郭が軸方向視で突出部5の輪郭の内側に位置するため、軸部3が軽合金材を打ち抜くとき、第1軸部4の表面に形成された絶縁層9が、軽合金材22の打抜き穴の内周で削り取られることが防止される。
When the
Since the first shaft portion 4 is smaller than the diameter of the projecting
リベット1がかしめ接合された軽合金材22は、抵抗スポット溶接装置に搬入され、鋼材25の上に重ねられる。このとき、図5に示すように、スポット電極26,27の間にリベット1が位置するように、軽合金材22と鋼材25が配置される。リベット1の第2軸部6が軽合金材22を貫通しているので、第2軸部6の先端の突起7と鋼材25とが接触する。
次いで、上下の電極26,27を相互に接近させ、リベット1の頭部2と鋼材25と挟んで加圧力を作用させ、電極26,27間にパルス電流を印加し、リベット1と鋼材25とを抵抗スポット溶接する。
The
Next, the upper and
スポット溶接時、リベット1の軽合金材22と接する面に、絶縁層9(図2参照)が剥がれずに存在するため、通電電流がリベット1から軽合金材22に流れる(分流)することなく、リベット1内を流れ、鋼材25に向かう。また、第2軸部6の先端の突起7と鋼材25とが接触しているため、通電電流は、前記突起7を中心とした領域を流れ、同領域においてリベット1の第2軸部6と鋼材25が溶融し、互いに接合される。
At the time of spot welding, the insulating layer 9 (see FIG. 2) is present on the surface of the rivet 1 that contacts the
図6Aに、リベット接合及びスポット溶接後の軽合金材22と鋼材25(異種接合材)を、上下の電極26,27と共に示す。リベット1の軽合金材22と接する面に絶縁層9(図2参照)が存在し、かつ第2軸部6に突起7が形成されていることにより、溶接電流が突起7を中心とした領域に集中し、溶融ナゲット28が第2軸部6の中心に所定の大きさで形成されやすい。
第2軸部6と軽合金材22の間に突出部5が存在することにより、軽合金材22と第2軸部6の間に隙間29が形成される。この隙間29が存在することにより、溶接時の熱が、溶融ナゲット28が形成された第2軸部6から軸部3周辺の軽合金材22に伝達しにくく、軸部3の周辺の軽合金材22が過剰に軟化したり、溶融したりすることがなく、その結果、リベット接合強度が低下するのが防止される。
FIG. 6A shows a
Due to the presence of the protruding
図6Aでは、リベット1の軸が電極26,27の軸と一致していたが、図6Bでは、リベット1の軸が電極26,27の軸からずれている。図6Bの場合、リベット1及び鋼材25に対する電極26,27の接触位置が、相対的にリベット1の軸からずれて周縁部になり、通電電流はリベット1の周縁部を通って流れる。このため、溶融ナゲット31がリベット1の第2軸部6の軸からずれた位置(第2軸部6の周縁部)に形成されやすい。しかし、この場合も、軽合金材22と第2軸部6の間に隙間32が形成されるため、軸部3の周辺の軽合金材22が過剰に軟化したり、溶融したりすることがなく、リベット接合強度が低下するのが防止される。
In FIG. 6A, the axis of the rivet 1 coincides with the axes of the
なお、スポット溶接の条件は、通常の鋼材−鋼材の同種材同士の接合に汎用されている条件をそのまま適用できる。換言すると、本発明は、軽合金材−鉄材の異材接合であるにも拘わらず、通常の鋼材−鋼材の同種材同士のスポット接合に汎用されている条件が適用できる。スポット溶接の好ましい条件としては、一対の電極の間の加圧力を1.0〜5.0kNの範囲とすることが好ましい。また、電極間電流を5〜15kAの範囲、好ましくは7〜8kAの範囲とし、接合部における軽合金材の厚さt(mm)との関係で、200×t(msec)以下の時間、通電することが好ましい。なお、この通電時間を軽合金材の厚さtに比例させるのは、リベット1にかしめ接合された軽合金材(熱伝導率が高い)を通して逃げる熱を補償して、接合部に一定のサイズのナゲットを形成するためである。 In addition, the conditions generally used for joining the same kind of normal steel material-steel materials can be applied as the conditions for spot welding. In other words, the present invention can be applied to the conditions commonly used for spot joining of the same kind of normal steel material-steel material despite the light alloy material-iron material dissimilar material joining. As a preferable condition for spot welding, it is preferable that the applied pressure between the pair of electrodes is in the range of 1.0 to 5.0 kN. Further, the current between the electrodes is set in the range of 5 to 15 kA, preferably in the range of 7 to 8 kA, and energization is performed for a time of 200 × t (msec) or less in relation to the thickness t (mm) of the light alloy material in the joint. It is preferable to do. Note that this energization time is proportional to the thickness t of the light alloy material because the heat escaping through the light alloy material (having high thermal conductivity) caulked to the rivet 1 is compensated for, and a certain size is applied to the joint. This is to form a nugget.
図7に、本発明に係るリベットの他の例を示す。
図7Aのリベット33は、第1軸部34の径が先端部ほど大きくなり、浅いアンダーカットが形成されている点で、リベット1と異なり、その他の点ではリベット1と同じである。第1軸部34の表面がわずかであるが傾斜していることにより、リベット33と軽合金材のかしめ接合が強化される。
リベット33を製造するには、まず第1工程として、内面に勾配が付いた割型で素材の軸部の周囲を保持し、この状態で頭部の据え込み鍛造を行い、軸部が傾斜したリベット中間製品(図3に示すリベット中間製品11参照)を成形する。次いで第2工程として、前記リベット中間製品の軸部の先端外周部に自由鍛造を加えて(図3参照)、突出部35及び第2軸部36を成形する。
FIG. 7 shows another example of the rivet according to the present invention.
The
To manufacture the
図7Bのリベット37は、頭部38の上部外周部38aが軸部39側に傾斜し、頭部38が全体として薄肉化されている点で、リベット1と異なり、その他の点ではリベット1と同じである。頭部38が薄肉化したことによりリベット37が軽量化し、頭部38の上部外周部38aが傾斜していることにより、かしめ接合後の軽合金材との段差が小さくなる。
図7Cのリベット41は、本発明に係るリベットの基本形であり、頭部42に第1軸部43を取り囲む環状の溝がなく、第2軸部44の先端に突起が形成されていない点で、リベット1と異なり、その他の点ではリベット1と同じである。なお、リベット1に形成された頭部2の溝8は、リベット打ち込み時に軽合金材の材料が流れ込み、かしめ接合の強度を高める作用がある。また、リベットに形成された第2軸部6の突起7は、スポット溶接時の溶接電流を突起7を中心とした領域に集中させ、溶融ナゲットがリベット中心部に形成されやすくする作用がある。
The
The
次に、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して、その効果を説明する。
<リベットの鍛造加工性>
軸中心を通る断面のプロファイルが、図8A,8B,8C,8Dに示す形状のリベット(何れも回転体)を、鍛造加工のみで成形を試みた。これらのリベットは、いずれも頭部の直径が10mm、頭部上端から軸部先端(突起を除く)までの高さが3.5mmである。図8Aのリベットは、本発明に係るリベットであり、第1軸部の直径が5.8mm、第2軸部の直径が4.8mmである。図8Bのリベットは、軸部の直径が5.8mmで、直径が軸方向に実質的に変化していない。図8Cのリベットは、軸部の径が先端部ほど大きく形成され、軸部の先端部の直径(最大径)が5.8mmである。このリベットの断面形状は、特許文献1,2に記載されたリベットのものと類似する。図8Dのリベットは、軸部の中心部が内向きに湾曲して縮径し、下端の直径が5.8mmである。
Next, the effect of the embodiment of the present invention will be described in comparison with a comparative example that is out of the scope of the present invention.
<Rivet forging processability>
An attempt was made to form a rivet (all of which is a rotating body) having a cross-sectional profile passing through the axis center as shown in FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D only by forging. Each of these rivets has a head diameter of 10 mm, and a height from the upper end of the head to the tip of the shaft (excluding protrusions) of 3.5 mm. The rivet shown in FIG. 8A is a rivet according to the present invention, and the first shaft portion has a diameter of 5.8 mm and the second shaft portion has a diameter of 4.8 mm. In the rivet of FIG. 8B, the diameter of the shaft portion is 5.8 mm, and the diameter does not substantially change in the axial direction. The rivet of FIG. 8C is formed such that the diameter of the shaft portion is larger toward the tip portion, and the diameter (maximum diameter) of the tip portion of the shaft portion is 5.8 mm. The cross-sectional shape of the rivet is similar to that of the rivet described in
上記図8A,8Bのリベットは、鍛造加工のみで問題なく成形するができた。また、頭部の厚み(th)は0.8mm〜1.5mmの範囲で、鍛造加工のみで成形できた。
一方、図8C,8Dのリベットは、いずれも軸部に深いアンダーカット部があり、鍛造加工のみで目標形状を得ることができなかった。
The rivets shown in FIGS. 8A and 8B were able to be formed without problems only by forging. Further, the head thickness (t h) in the range of 0.8Mm~1.5Mm, was molded only by forging.
On the other hand, each of the rivets in FIGS. 8C and 8D has a deep undercut portion in the shaft portion, and the target shape cannot be obtained only by forging.
<接合強度試験>
次に、鍛造加工で形成が可能であった上記図8A,8Bのリベットを用いて接合試験を行った。リベット頭部の厚み(th)はそれぞれ0.8mm、1.2mmのものを準備した。また、上記図8A,8Bの各リベットの表面に、図2に示すように、ラフレ(登録商標)により絶縁層を形成した。
板厚1.2mmの6000系アルミニウム合金材に、上記図8A,8Bの各リベットを打ち込み、アルミニウム合金材にかしめ接合した。
続いて、板厚1.0mmの冷間圧延鋼板(SPCC)に重ね代30mmで重ねて、リベットと鋼板をスポット溶接し、アルミニウム合金材−鋼材の異材接合体を作成した。溶接条件としては、電極にはクロム銅合金(直径16mm、先端面の曲率半径80mm)のDR形電極を使用し、リベットと鋼板を一対の電極で挟持した後、加圧力3kN、溶接電流7000A、通電時間200msecの条件とした。
次にこのスポット溶接後の異材接合体から、スポット溶接部を中心として幅30mm×長さ200mmの継手試験片を切り出し、鋼板とアルミニウム合金板を把持して破断するまで引張試験を行い、引張強度を測定した。破断はスポット溶接部で発生した。
さらに、引張試験と同じように採取した試験片を用いて、アルミニウム合金板を治具により挟持してリベットとの間に回転が生じるまで捻り、トルク(かしめ力)を測定した。
作製した図8A,8Bの各リベットの頭部の厚みと、スポット溶接の溶融ナゲット径、引張強度(接合強度)、及びトルク(かしめ力)を表1に示す。
<Joint strength test>
Next, a joining test was performed using the rivets shown in FIGS. 8A and 8B that could be formed by forging. The thicknesses (t h ) of the rivet heads were 0.8 mm and 1.2 mm, respectively. Further, as shown in FIG. 2, an insulating layer was formed on the surface of each rivet shown in FIGS. 8A and 8B by Raffle (registered trademark).
The rivets shown in FIGS. 8A and 8B were driven into a 6000 series aluminum alloy material having a plate thickness of 1.2 mm and caulked and joined to the aluminum alloy material.
Subsequently, the cold rolled steel plate (SPCC) having a plate thickness of 1.0 mm was overlapped at an overlap allowance of 30 mm, and the rivet and the steel plate were spot-welded to prepare an aluminum alloy material-steel dissimilar material joined body. As welding conditions, a DR-type electrode made of chromium copper alloy (
Next, from this dissimilar material joint after spot welding, a joint test piece having a width of 30 mm and a length of 200 mm is cut out centering on the spot welded portion, and a tensile test is performed until the steel plate and the aluminum alloy plate are gripped and broken. Was measured. The fracture occurred at the spot weld.
Furthermore, using the test piece collected in the same manner as in the tensile test, the aluminum alloy plate was sandwiched by a jig and twisted until rotation occurred between the aluminum alloy plate and the rivet, and the torque (caulking force) was measured.
Table 1 shows the thickness of the head of each rivet shown in FIGS. 8A and 8B, the melt nugget diameter of spot welding, the tensile strength (joining strength), and the torque (caulking force).
表1に示すように、図8Aのリベットを使用したケースでは、頭部が薄肉化されていても高い引張強度(接合強度)を示し、かしめ力(トルク)はほとんど低下していない。
一方、図8Bのリベットを使用したケースでは、スポット溶接時の分流に起因するとみられる溶融ナゲット径の減少が見られた。引張強度(接合強度)も大幅に低下し、頭部を薄肉化したものでは、かしめ力(トルク)の低下が見られた。
As shown in Table 1, in the case where the rivet of FIG. 8A is used, even if the head is thinned, high tensile strength (bonding strength) is exhibited, and the caulking force (torque) is hardly reduced.
On the other hand, in the case of using the rivet of FIG. 8B, a decrease in the melt nugget diameter, which is considered to be caused by the diversion during spot welding, was observed. Tensile strength (joining strength) was also significantly reduced, and the caulking force (torque) was reduced in the case where the head was thinned.
1 異材接合用鍛造リベット
2 頭部
3 軸部
4 第1軸部
5 突出部
6 第2軸部
7 突起
8 溝
9 絶縁層
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