JPWO2020032141A1 - Friction stir welding device and its operation method - Google Patents
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Abstract
アルミニウム部材(W1)と亜鉛メッキ鋼部材(W2)からなる、被接合物(W)を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌接合装置であって、ピン部材(1)と、円筒状に形成され、ピン部材(1)が内部に挿通されており、軸線(Xr)に沿った方向への進退移動が可能なように構成されているショルダ部材(2)と、ピン部材(1)を軸線(Xr)周りに回転させ、ショルダ部材(2)を回転させないように構成されている回転駆動器(5)と、ピン部材(1)及びショルダ部材(2)を軸線(Xr)に沿って進退移動させる直動駆動器(4)と、を備え、アルミニウム部材(W1)が、ピン部材(1)と対向するように配置されている、摩擦攪拌接合装置。A friction stir welding device consisting of an aluminum member (W1) and a galvanized steel member (W2) that joins an object to be welded (W) by softening it with frictional heat. A shoulder member (2) and a pin member (1), which are formed, have a pin member (1) inserted therein, and are configured to be able to move forward and backward in a direction along an axis (Xr). A rotary drive (5) configured to rotate around the axis (Xr) and not to rotate the shoulder member (2), and a pin member (1) and a shoulder member (2) along the axis (Xr). A friction stir welding device including a linear drive (4) for advancing and retreating, and an aluminum member (W1) arranged so as to face the pin member (1).
Description
本発明は、摩擦攪拌接合装置及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding apparatus and an operating method thereof.
アルミニウム材と亜鉛メッキ鋼板とを接合する摩擦点接合装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示されている摩擦点接合装置では、回転ツールの温度を測定するためのツール温度測定器と、アルミニウム材と亜鉛メッキ鋼板の接合部の温度を測定するための材料温度測定器と、を備え、フィードバック装置が、ツール温度測定器と材料温度測定器の温度情報に基づき、回転ツールを回転させるサーボモータにフィードバック制御をかけている。
A friction point joining device for joining an aluminum material and a galvanized steel sheet is known (see, for example, Patent Document 1). The friction point joining device disclosed in
具体的には、特許文献1に開示されている摩擦点接合装置では、ツールの先端の距離をアルミニウム材側に0.1〜0.3mmの範囲に維持し、かつ、アルミニウム材と亜鉛メッキ鋼板の接合部の温度を320〜350℃の範囲にすることで接合部を新生面とし、接合部にFeとAlの金属間化合物を生成しながら摩擦点接合を行っている。
Specifically, in the friction point joining device disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示されている摩擦点接合装置では、2つの温度測定器を備える必要があり、装置の製造コストが増加する。また、特許文献1に開示されている摩擦点接合装置では、温度測定器からの温度情報に基づいて、フィードバック制御を行う必要があり、かつ、ツールの先端の位置を所定の範囲に維持しなければいけないため、制御プログラムが複雑となり、未だ改善の余地があった。
However, the friction point joining device disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材を高い強度で接合することができ得る、摩擦攪拌接合装置及びその運転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 problems, and provides a friction stir welding apparatus and an operating method thereof capable of joining an aluminum member and a galvanized steel member with high strength with a simple configuration. The purpose is to provide.
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る摩擦攪拌接合装置は、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材からなる、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線に沿った方向への進退移動が可能なように構成されているショルダ部材と、前記ピン部材を前記軸線周りに回転させ、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させないように構成されている回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、前記アルミニウム部材が、前記ピン部材と対向するように配置されている。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the friction stir welding device according to the present invention is a friction stir welding device composed of an aluminum member and a galvanized steel member, which is joined by softening an object to be joined by frictional heat. , A pin member formed in a columnar shape and configured to be able to rotate around an axis and move forward and backward along the axis, and a pin member formed in a cylindrical shape, and the pin member is inserted into the inside. The shoulder member is configured to be able to move forward and backward along the axis, and the pin member is rotated around the axis so that the shoulder member is not rotated around the axis. A rotary drive is provided, and a linear drive that moves the pin member and the shoulder member forward and backward along the axis, and the aluminum member is arranged so as to face the pin member. ..
これにより、ショルダ部材からアルミニウム部材を介して、亜鉛メッキ鋼部材への入熱量を低減することができ、亜鉛の溶融を抑制することができる。このため、溶融した亜鉛が、アルミニウム部材に侵入することを抑制することができるので、亜鉛とアルミニウムが反応して、液化割れが発生することを抑制することができる。したがって、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材を高い強度で接合することができ得る。 As a result, the amount of heat input from the shoulder member to the galvanized steel member via the aluminum member can be reduced, and the melting of zinc can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the molten zinc from invading the aluminum member, so that it is possible to prevent the zinc and aluminum from reacting with each other to cause liquefaction cracking. Therefore, the aluminum member and the galvanized steel member can be joined with high strength.
また、本発明に係る摩擦攪拌接合装置の運転方法は、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材からなる、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌接合装置の運転方法であって、前記摩擦攪拌接合装置は、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線に沿った方向への進退移動が可能なように構成されているショルダ部材と、前記ピン部材を前記軸線周りに回転させ、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させないように構成されている回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、前記アルミニウム部材が、前記ピン部材と対向するように配置され、前記ピン部材を回転させ、かつ、前記ショルダ部材を回転させていない状態で、前記ピン部材の先端部が前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する(A)と、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、軟化した前記亜鉛メッキ鋼部材が、軟化した前記アルミニウム部材に突き刺さるように、前記ピン部材の先端部を予め設定されている所定の第1位置に到達させる(B)と、前記(B)の後、前記ピン部材を回転させた状態で、前記ピン部材の先端部を前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する(C)と、を備える。 The operation method of the friction stir welding device according to the present invention is the operation method of the friction stir welding device which is composed of an aluminum member and a zinc-plated steel member and joins by softening the object to be welded by frictional heat. The friction stir welding device is formed in a cylindrical shape, and is formed in a cylindrical shape with a pin member configured to be able to rotate around an axis and move forward and backward in a direction along the axis. Is inserted inside and is configured to be able to move forward and backward along the axis, and the pin member is rotated around the axis to move the shoulder member around the axis. A rotary drive that is configured not to rotate and a linear drive that moves the pin member and the shoulder member forward and backward along the axis are provided so that the aluminum member faces the pin member. In a state where the pin member is rotated and the shoulder member is not rotated, the linear motion drive is such that the tip end portion of the pin member presses the jointed portion of the joined object. And (A) when the rotary drive operates, the pin member so that the linear drive and the rotary drive operate and the softened zinc-plated steel member pierces the softened aluminum member. When the tip of the pin member reaches a predetermined first position set in advance (B), after the (B), the tip of the pin member is subjected to the jointed portion in a state where the pin member is rotated. The linear drive and the rotary drive operate (C) so as to be pulled out from.
これにより、ショルダ部材からアルミニウム部材を介して、亜鉛メッキ鋼部材への入熱量を低減することができ、亜鉛の溶融を抑制することができる。このため、溶融した亜鉛が、アルミニウム部材に侵入することを抑制することができるので、亜鉛とアルミニウムが反応して、液化割れが発生することを抑制することができる。したがって、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材を高い強度で接合することができ得る。 As a result, the amount of heat input from the shoulder member to the galvanized steel member via the aluminum member can be reduced, and the melting of zinc can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the molten zinc from invading the aluminum member, so that it is possible to prevent the zinc and aluminum from reacting with each other to cause liquefaction cracking. Therefore, the aluminum member and the galvanized steel member can be joined with high strength.
また、軟化した亜鉛メッキ鋼部材が、軟化したアルミニウム部材に突き刺さることにより、アンカー効果が得られ、被接合物の引張強度を向上させることができる。 Further, when the softened galvanized steel member pierces the softened aluminum member, an anchor effect can be obtained and the tensile strength of the object to be joined can be improved.
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。 The above objectives, other objectives, features, and advantages of the present invention will be apparent from the detailed description of the preferred embodiments below, with reference to the accompanying drawings.
本発明に係る摩擦攪拌接合装置及びその運転方法によれば、簡易な構成で、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材を高い強度で接合することができ得る。 According to the friction stir welding apparatus and the operation method thereof according to the present invention, it is possible to join an aluminum member and a galvanized steel member with high strength with a simple structure.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding elements will be designated by the same reference numerals throughout all the figures, and duplicate description thereof will be omitted. Further, in all the drawings, the components necessary for explaining the present invention are excerpted and illustrated, and the other components may be omitted from the illustration. Furthermore, the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施の形態1)
本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置は、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材からなる、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されており、軸線に沿った方向への進退移動が可能なように構成されているショルダ部材と、ピン部材を軸線周りに回転させ、ショルダ部材を軸線周りに回転させないように構成されている回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、アルミニウム部材が、ピン部材と対向するように配置されている。(Embodiment 1)
The friction stir welding device according to the first embodiment is a friction stir welding device composed of an aluminum member and a galvanized steel member, which is joined by softening an object to be joined by frictional heat, and is formed in a columnar shape. A pin member that is configured to be able to rotate around an axis and move forward and backward along the axis, and a cylindrically formed pin member that is inserted inside and is oriented along the axis. A shoulder member configured to be able to move forward and backward, a rotary driver configured to rotate the pin member around the axis and not to rotate the shoulder member around the axis, and a pin member and a shoulder member. The aluminum member is arranged so as to face the pin member.
また、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置では、ピン部材の先端部は、ショルダ部材の先端部よりも突出するように形成されていてもよい。 Further, in the friction stir welding apparatus according to the first embodiment, the tip portion of the pin member may be formed so as to protrude from the tip portion of the shoulder member.
また、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置では、ピン部材を回転させ、かつ、ショルダ部材を回転させていない状態で、ピン部材の先端部が被接合物の被接合部を押圧するように、直動駆動器及び回転駆動器を制御する(A)と、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、軟化した亜鉛メッキ鋼部材が、軟化したアルミニウム部材に突き刺さるように、ピン部材の先端部を予め設定されている所定の第1位置に到達させる(B)と、(B)の後、ピン部材を回転させた状態で、ピン部材の先端部を被接合部から引き抜くように、直動駆動器及び回転駆動器を制御する(C)と、を実行するように構成されている、制御装置をさらに備えていてもよい。 Further, in the friction stir welding apparatus according to the first embodiment, the tip of the pin member presses the bonded portion of the object to be joined while the pin member is rotated and the shoulder member is not rotated. In (A), the linear drive and the rotary drive are controlled, and the linear drive and the rotary drive are controlled so that the softened galvanized steel member pierces the softened aluminum member. After (B) and (B), the tip of the pin member is pulled out from the jointed portion while the pin member is rotated. , (C) for controlling the linear drive and the rotary drive, and may further include a control device configured to perform.
さらに、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置では、回転駆動器は、モータとモータの回転駆動をピン部材に伝達する伝達機構を有し、伝達機構は、ショルダ部材にモータの回転駆動を伝達しないように構成されていてもよい。 Further, in the friction stir welding device according to the first embodiment, the rotary driver has a transmission mechanism that transmits the rotary drive of the motor and the motor to the pin member, and the transmission mechanism transmits the rotary drive of the motor to the shoulder member. It may be configured not to transmit.
以下、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置の一例について、図1〜図3を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an example of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
[摩擦攪拌接合装置の構成]
図1は、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を示す模式図である。[Structure of friction stir welding device]
FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a friction stir welding apparatus according to the first embodiment.
図1に示すように、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100は、ピン部材1、ショルダ部材2、工具固定器3、直動駆動器4、回転駆動器5、裏当て支持部材6、裏当て部材7、ロボット8、及び制御装置110を備えていて、被接合物Wの被接合部Waを摩擦熱で軟化させて、接合するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the friction
被接合物Wは、本実施の形態1においては、板状のアルミニウム部材W1と板状の亜鉛メッキ鋼部材W2で構成されている。なお、本実施の形態1においては、被接合物Wを板状のアルミニウム部材W1と板状の亜鉛メッキ鋼部材W2で構成されている形態を採用したが、これに限定されず、被接合物W(アルミニウム部材W1及び亜鉛メッキ鋼部材W2)の形状は任意であり、例えば、直方体状であってもよく、円弧状に形成されていてもよい。 In the first embodiment, the object to be joined W is composed of a plate-shaped aluminum member W1 and a plate-shaped galvanized steel member W2. In the first embodiment, the object to be joined W is composed of a plate-shaped aluminum member W1 and a plate-shaped galvanized steel member W2, but the method is not limited to this, and the object to be joined is not limited to this. The shape of W (aluminum member W1 and galvanized steel member W2) is arbitrary, and may be formed in a rectangular parallelepiped shape or an arc shape, for example.
ピン部材1、ショルダ部材2、工具固定器3、直動駆動器4、及び回転駆動器5は、C型ガン(C型フレーム)で構成される裏当て支持部材6の上部に設けられている。また、裏当て支持部材6の下部には、裏当て部材7が設けられている。ピン部材1及びショルダ部材2と、裏当て部材7と、は互いに対向する位置で裏当て支持部材6に取り付けられている。裏当て支持部材6は、ロボット8の先端に取り付けられている。ロボット8としては、水平多関節型・垂直多関節型などのロボットを採用することができる。
The
なお、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100は、ロボット8に適用される場合に限定されるものではなく、例えば、NC工作機械、大型のCフレーム、及びオートリベッター等の公知の加工用機器に適用してもよい。
The friction
また、本実施の形態1においては、裏当て支持部材6がC型ガンで構成されている形態を採用したが、これに限定されない。裏当て支持部材6は、ピン部材1及びショルダ部材2を進退移動可能に支持するとともに、ピン部材1及びショルダ部材2に対向する位置に裏当て部材7を支持することができれば、どのように構成されていてもよい。
Further, in the first embodiment, the
裏当て部材7は、平板状に形成されていて、被接合物Wを支持するように構成されている。なお、裏当て部材7は、摩擦攪拌接合を実施できるように、被接合物Wを適切に支持することができるものであれば、その構成は特に限定されない。裏当て部材7は、例えば、複数の様々な形状を有する裏当て部材が別途準備され、被接合物Wの形状に応じて、交換できるように構成されていてもよい。
The
ピン部材1及びショルダ部材2は、工具固定器3により支持されており、直動駆動器4によって、上下方向に進退駆動されるように構成されている。直動駆動器4としては、例えば、電動モータ(サーボモータ)とボールネジ又はリニアガイド等を用いてもよく、エアシリンダ等を用いてもよい。
The
また、ピン部材1は、略円柱形に形成されていて、回転駆動器5により、ピン部材1の軸線Xr回りに回転可能に構成されている。回転駆動器5は、モータ51とモータ51の回転駆動をピン部材1に伝達する伝達機構52を有している。モータ51としては、例えば、電動モータ(サーボモータ)を用いてもよい。また、伝達機構52は、ショルダ部材2にモータ51の回転駆動を伝達しないように構成されている。伝達機構52としては、公知の歯車等による回転伝達機構を用いてもよい。
Further, the
なお、本実施の形態1においては、図1に示すように、伝達機構52は、機械的に、ピン部材1のみにモータ51からの回転駆動を伝達し、ショルダ部材2には、モータ51からの回転駆動を伝達しないように構成されている形態を採用したが、これに限定されない。伝達機構52は、電気的に、ピン部材1のみにモータ51からの回転駆動を伝達し、ショルダ部材2には、モータ51からの回転駆動を伝達しないように構成されている形態を採用してもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
ここで、「電気的に」とは、伝達機構52に電力(電流)が供給されないことにより、伝達機構52が、ショルダ部材2にモータ51からの回転駆動が伝達しない態様であってもよい。また、制御装置110からショルダ部材2への作動を禁止する電気信号(制御信号)が伝達機構52出力されることにより、伝達機構52が、ショルダ部材2にモータ51からの回転駆動が伝達しない態様であってもよい。
Here, "electrically" may mean that the
ショルダ部材2は、中空を有する略円筒状に形成されていて、ショルダ部材2の中空内には、ピン部材1が内挿されている。また、本実施の形態1においては、ピン部材1の先端部1aが、ショルダ部材2の先端部2aよりも突出するように、ピン部材1及びショルダ部材2が配置されている。さらに、上述したように、ショルダ部材2は、回転駆動器5により、軸線Xr回りに回転しないように構成されている。
The
なお、本実施の形態1においては、ピン部材1及びショルダ部材2が、直動駆動器4により、進退移動可能に構成されている形態を採用したが、これに限定されない。ピン部材1及びショルダ部材2が、それぞれ独立して、進退移動可能に構成されている形態を採用してもよい。
In the first embodiment, the
制御装置110は、マイクロプロセッサ、CPU等の演算処理器と、ROM、RAM等の記憶器と、を備えている(図示せず)。記憶器には、基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算処理器は、記憶器に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、直動駆動器4、回転駆動器5、及びロボット8の各種動作を制御する。
The
なお、制御装置110は、集中制御する単独の制御装置110によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置110によって構成されていてもよい。また、制御装置110は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、MPU、PLC(Programmable Logic Controller)、論理回路等によって構成されていてもよい。
The
[摩擦攪拌接合装置の動作(摩擦攪拌接合装置の運転方法)]
次に、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100の運転方法について、図1〜図3を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置110の演算処理器が、記憶器に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。[Operation of friction stir welding device (operation method of friction stir welding device)]
Next, the operation method of the friction
図2は、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図3は、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置の要部を示す模式図であり、摩擦攪拌接合を実行した状態を示す。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment, and shows a state in which friction stir welding is executed.
まず、作業者が裏当て部材7の上面に被接合物Wを載置する。ついで、作業者が入力器(図示せず)を操作して、制御装置110に被接合物Wの接合実行を入力する。
First, the operator places the object to be joined W on the upper surface of the
すると、図2に示すように、制御装置110は、回転駆動器5を駆動させて、ピン部材1を所定の回転数(例えば、500〜3000rpm)で回転させる(ステップS101)。ついで、制御装置110は、ピン部材1を回転させ、かつ、ショルダ部材2を回転していない状態で、直動駆動器4を駆動させて、ピン部材1及びショルダ部材2を進行させて、ピン部材1の先端を被接合物Wの被接合部Waに当接させる(ステップS102)。
Then, as shown in FIG. 2, the
次に、制御装置110は、ピン部材1の先端部が予め設定されている所定の第1位置まで移動するように、直動駆動器4を駆動させる(ステップS103)。このとき、制御装置110は、ピン部材1が予め設定された所定の押圧力(例えば、4kN〜70kN)で被接合物Wを押圧するように、直動駆動器4を制御する。
Next, the
なお、所定の回転数及び所定の押圧力は、予め実験等により、適宜設定することができる。また、ピン部材1の先端の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御装置110に出力される。
The predetermined number of rotations and the predetermined pressing force can be appropriately set by experiments or the like in advance. Further, the position information of the tip of the
ここで、第1位置とは、亜鉛メッキ鋼部材W2のアルミニウム部材W1と当接する面を0%とし、亜鉛メッキ鋼部材W2の裏当て部材7と当接する面を100%とした場合に、0%より大きく、かつ、100%未満の間で任意に設定される位置をいう。なお、接合強度を向上させる観点から、第1位置は、亜鉛メッキ鋼部材W2の裏当て部材7と当接する面に近い方がよく、25%以上であってもよく、50%以上であってもよく、75%以上であってもよく、80%以上であってもよく、90%以上であってもよく、95%以上であってもよい。
Here, the first position is 0 when the surface of the galvanized steel member W2 in contact with the aluminum member W1 is 0% and the surface of the galvanized steel member W2 in contact with the
これにより、ピン部材1が、被接合物Wの被接合部Waに当接し、ピン部材1の先端部と被接合部Waとの摩擦により、摩擦熱が発生し、被接合物Wの被接合部Waが軟化されて、塑性流動が生じる。
As a result, the
そして、図3に示すように、ピン部材1の先端部が、被接合部Waの内部に圧入されることにより、亜鉛メッキ鋼部材W2の軟化部分である第2軟化部分42が、アルミニウム部材W1の軟化部分である第1軟化部分41に入り込む(突き刺さる)。
Then, as shown in FIG. 3, the tip portion of the
このとき、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100では、ショルダ部材2が回転していないため、ピン部材1及びショルダ部材2が回転するように構成されている、従来の摩擦攪拌接合装置に比して、アルミニウム部材W1への入熱量が低減される。これにより、アルミニウム部材W1から亜鉛メッキ鋼部材W2への入熱量を低減することができ、亜鉛の溶融を抑制することができる。
At this time, in the friction
このため、溶融した亜鉛が、アルミニウム部材W1に侵入することを抑制することができるので、亜鉛とアルミニウムが反応して、液化割れが発生することを抑制することができる。したがって、アルミニウム部材W1と亜鉛メッキ鋼部材W2を高い強度で接合することができ得る。 Therefore, it is possible to prevent the molten zinc from invading the aluminum member W1, and thus it is possible to prevent the zinc and aluminum from reacting with each other to cause liquefaction cracking. Therefore, the aluminum member W1 and the galvanized steel member W2 can be joined with high strength.
なお、本明細書においては、第1軟化部分41に入り込んだ第2軟化部分42をアンカー部分と称する。
In the present specification, the second softened
次に、制御装置110は、図示されない位置検知器が検知した、ピン部材1の先端部の位置情報を基に、ピン部材1の先端部が、第1位置まで到達したか否かを判定する(ステップS104)。制御装置110は、ピン部材1の先端部が、第1位置まで到達していないと判定した場合(ステップS104でNo)には、ピン部材1の先端部が、第1位置まで到達するまで、ステップS103〜ステップS104の各処理を実行する。一方、制御装置110は、ピン部材1の先端部が、第1位置まで到達していると判定した場合(ステップS104でYes)には、ステップS105の処理を実行する。
Next, the
ステップS105では、制御装置110は、ピン部材1を回転させ、かつ、ショルダ部材2を回転させていない状態で、ピン部材1の先端部を被接合部Waから引き抜く(ピン部材1及びショルダ部材2の先端部が被接合物Wの表面から離間する)ように、直動駆動器4を駆動させる。そして、制御装置110は、ピン部材1の先端部が被接合部Waから引き抜かれると、ピン部材1の回転を停止するように、回転駆動器5を停止させて、本プログラムを終了する。なお、複数の被接合部Waを接合する場合には、制御装置110は、ピン部材1の回転を停止させずに、次の被接合部Waの接合を開始するように構成されていてもよい。
In step S105, the
このように構成された、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100では、被接合物Wに対して、摩擦攪拌接合を実行することにより、亜鉛メッキ鋼部材W2の第2軟化部分42が、アルミニウム部材W1の第1軟化部分41に入り込み、引張せん断に対する強度が高くなり、相対的に剥離強度も高くなるといったアンカー効果が得られる。
In the friction
また、本実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100では、ショルダ部材2が回転しないように構成されている。これにより、ショルダ部材2から、アルミニウム部材W1を介して、亜鉛メッキ鋼部材W2への入熱量を低減することができ、亜鉛の溶融を抑制することができる。
Further, in the friction
このため、溶融した亜鉛が、アルミニウム部材W1に侵入することを抑制することができるので、亜鉛とアルミニウムが反応して、液化割れが発生することを抑制することができる。したがって、アルミニウム部材W1と亜鉛メッキ鋼部材W2を高い強度で接合することができ得る。 Therefore, it is possible to prevent the molten zinc from invading the aluminum member W1, and thus it is possible to prevent the zinc and aluminum from reacting with each other to cause liquefaction cracking. Therefore, the aluminum member W1 and the galvanized steel member W2 can be joined with high strength.
(実施の形態2)
本実施の形態2に係る摩擦攪拌接合装置は、実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置において、回転駆動器が、モータと、モータの回転駆動をピン部材及びショルダ部材に伝達する伝達機構と、ショルダ部材へのモータの回転駆動の伝達をブロックするブロック機構と、を有する。(Embodiment 2)
The friction stir welding device according to the second embodiment is the friction stir welding device according to the first embodiment, wherein the rotation driver transmits the motor and the rotation drive of the motor to the pin member and the shoulder member. It has a block mechanism that blocks the transmission of the rotational drive of the motor to the shoulder member.
以下、本実施の形態2に係る摩擦攪拌接合装置の一例について、図4を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an example of the friction stir welding apparatus according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIG.
[摩擦攪拌接合装置の構成]
図4は、本実施の形態2に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を示す模式図である。[Structure of friction stir welding device]
FIG. 4 is a schematic view showing a schematic configuration of the friction stir welding apparatus according to the second embodiment.
図4に示すように、本実施の形態2に係る摩擦攪拌接合装置100は、実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100と基本的構成は同じであるが、回転駆動器5の構成が異なる。
As shown in FIG. 4, the friction
具体的には、回転駆動器5は、モータ51と、モータ51の回転駆動をピン部材1及びショルダ部材2に伝達する伝達機構52と、ショルダ部材2へのモータ51の回転駆動の伝達をブロックするブロック機構53と、を有する。伝達機構52は、モータ51の回転駆動をピン部材1に伝達する第1伝達機構52aと、モータ51の回転駆動をショルダ部材2に伝達する第2伝達機構第2伝達機構52bと、を有する。
Specifically, the
ブロック機構53は、機械的又は電気的に、ピン部材1のみにモータ51からの回転駆動を伝達し、ショルダ部材2には、モータ51からの回転駆動を伝達しないように構成されていてもよい。
The
ここで、「機械的に」とは、例えば、ブロック機構53が、歯車等のかみ合いを解除させることにより、ショルダ部材2にモータ51からの回転駆動が伝達されない態様であってもよい。また、例えば、ブロック機構53が、歯車等の回転を停止させることにより、ショルダ部材2にモータ51からの回転駆動が伝達されない態様であってもよい。
Here, "mechanically" may mean, for example, a mode in which the
また、「電気的に」とは、例えば、ブロック機構53が、伝達機構52に電力(電流)を供給しないことにより、伝達機構52からショルダ部材2にモータ51からの回転駆動が伝達されない態様であってもよい。また、例えば、制御装置110から伝達機構52のショルダ部材2への作動を禁止する電気信号(制御信号)が伝達機構52に出力されることにより、ショルダ部材2にモータ51からの回転駆動が伝達されない態様であってもよい。この場合、制御装置110がブロック機構53の機能を有することになる。
Further, "electrically" means, for example, that the
このように構成された、本実施の形態2に係る摩擦攪拌接合装置100であっても、実施の形態1に係る摩擦攪拌接合装置100と同様の作用効果を奏する。
Even the friction
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。 From the above description, many improvements or other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the above description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the present invention. The details of its structure and / or function can be substantially changed without departing from the present invention. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment.
本発明の摩擦攪拌接合装置及びその運転方法は、簡易な構成で、アルミニウム部材と亜鉛メッキ鋼部材を高い強度で接合することができ得るため、有用である。 The friction stir welding apparatus and its operating method of the present invention are useful because they can join an aluminum member and a galvanized steel member with high strength with a simple structure.
1 ピン部材
2 ショルダ部材
2a 先端部
3 工具固定器
4 直動駆動器
5 回転駆動器
6 支持部材
7 裏当て部材
8 ロボット
41 第1軟化部分
42 第2軟化部分
51 モータ
52a 第1伝達機構
52b 第2伝達機構
52 伝達機構
53 ブロック機構
100 摩擦攪拌接合装置
110 制御装置
Xr 軸線
W 被接合物
Wa 被接合部
W1 アルミニウム部材
W2 亜鉛メッキ鋼部材
1
Claims (9)
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線に沿った方向への進退移動が可能なように構成されているショルダ部材と、
前記ピン部材を前記軸線周りに回転させ、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させないように構成されている回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、
前記アルミニウム部材が、前記ピン部材と対向するように配置されている、摩擦攪拌接合装置。A friction stir welding device that joins an object to be joined by softening it with frictional heat, which consists of an aluminum member and a galvanized steel member.
A pin member that is formed in a columnar shape and is configured to be able to rotate around an axis and move forward and backward along the axis.
A shoulder member which is formed in a cylindrical shape, the pin member is inserted therein, and is configured to be able to move forward and backward in a direction along the axis.
A rotary driver configured to rotate the pin member around the axis and not to rotate the shoulder member around the axis.
A linear drive that moves the pin member and the shoulder member forward and backward along the axis is provided.
A friction stir welding device in which the aluminum member is arranged so as to face the pin member.
前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、軟化した前記亜鉛メッキ鋼部材が、軟化した前記アルミニウム部材に突き刺さるように、前記ピン部材の先端部を予め設定されている所定の第1位置に到達させる(B)と、
前記(B)の後、前記ピン部材を回転させ、かつ、前記ショルダ部材を回転させていない状態で、前記ピン部材の先端部を前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する(C)と、を実行するように構成されている、制御装置をさらに備える、請求項1又は2に記載の摩擦攪拌接合装置。The linear drive and the rotary drive so that the tip of the pin member presses the jointed portion of the object to be joined while the pin member is rotated and the shoulder member is not rotated. When controlling the vessel (A),
A predetermined first portion in which the tip portion of the pin member is preset so that the softened galvanized steel member pierces the softened aluminum member by controlling the linear motion driver and the rotary driver. When the position is reached (B),
After the (B), the linear drive and the above are such that the tip portion of the pin member is pulled out from the joined portion in a state where the pin member is rotated and the shoulder member is not rotated. The friction stir welding device according to claim 1 or 2, further comprising a control device configured to control (C) the rotary drive.
前記伝達機構は、前記ショルダ部材に前記モータの回転駆動を伝達しないように構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合装置。The rotary drive has a motor and a transmission mechanism for transmitting the rotary drive of the motor to the pin member.
The friction stir welding device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transmission mechanism is configured so as not to transmit the rotational drive of the motor to the shoulder member.
前記摩擦攪拌接合装置は、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線に沿った方向への進退移動が可能なように構成されているショルダ部材と、
前記ピン部材を前記軸線周りに回転させ、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させないように構成されている回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、
前記アルミニウム部材が、前記ピン部材と対向するように配置され、
前記ピン部材を回転させ、かつ、前記ショルダ部材を回転させていない状態で、前記ピン部材の先端部が前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する(A)と、
前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、軟化した前記亜鉛メッキ鋼部材が、軟化した前記アルミニウム部材に突き刺さるように、前記ピン部材の先端部を予め設定されている所定の第1位置に到達させる(B)と、
前記(B)の後、前記ピン部材を回転させ、かつ、前記ショルダ部材を回転させていない状態で、前記ピン部材の先端部を前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する(C)と、を備える、摩擦攪拌接合装置の運転方法。It is an operation method of a friction stir welding device that joins by softening an object to be joined by frictional heat, which consists of an aluminum member and a galvanized steel member.
The friction stir welding device
A pin member that is formed in a columnar shape and is configured to be able to rotate around an axis and move forward and backward along the axis.
A shoulder member which is formed in a cylindrical shape, the pin member is inserted therein, and is configured to be able to move forward and backward in a direction along the axis.
A rotary driver configured to rotate the pin member around the axis and not to rotate the shoulder member around the axis.
A linear drive that moves the pin member and the shoulder member forward and backward along the axis is provided.
The aluminum member is arranged so as to face the pin member.
The linear drive and the rotary drive so that the tip of the pin member presses the jointed portion of the object to be joined while the pin member is rotated and the shoulder member is not rotated. When the vessel operates (A),
A predetermined first portion in which the tip end portion of the pin member is preset so that the galvanized steel member softened by the operation of the linear drive and the rotary drive pierces the softened aluminum member. When the position is reached (B),
After the (B), the linear drive and the above are such that the tip portion of the pin member is pulled out from the joined portion in a state where the pin member is rotated and the shoulder member is not rotated. A method of operating a friction stir welding device, comprising (C) in which a rotary driver operates.
前記伝達機構は、前記ショルダ部材に前記モータの回転駆動を伝達しないように構成されている、請求項6又は7に記載の摩擦攪拌接合装置の運転方法。The rotary drive has a motor and a transmission mechanism for transmitting the rotary drive of the motor to the pin member.
The operation method of the friction stir welding device according to claim 6 or 7, wherein the transmission mechanism is configured so as not to transmit the rotational drive of the motor to the shoulder member.
The rotary drive has a motor, a transmission mechanism that transmits the rotary drive of the motor to the pin member and the shoulder member, and a block mechanism that blocks transmission of the rotary drive of the motor to the shoulder member. , The method of operating the friction stir welding device according to claim 6 or 7.
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