KR100501655B1 - Self Piercing Friction Rivet for Aluminum and Joining methond of Aluminum Sheets - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄판재를 포함한 조립부위에서 알루미늄판재 간의 접합을 위한 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳 및 이것을 이용한 알루미늄판재의 접합방법에 관한 것으로서, 상기 알루미늄판재 간의 겹치기 결합부위에, 압입부를 가지는 자기압입 마찰리벳을 압입한 후, 회전 마찰력을 이용하여 알루미늄판재를 국부적으로 용융시켜 판재 간의 결합이 이루어지도록 함으로써, 압입 및 마찰에 의한 용융으로 고강도 및 고인성의 접합구조를 얻을 수 있는 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳 및 이것을 이용한 알루미늄판재의 접합방법에 관한 것이다. The present invention relates to a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet for joining an aluminum sheet at an assembly including an aluminum sheet and a method of joining an aluminum sheet using the same. After the friction rivets are press-fitted, the aluminum sheet is locally melted by using the rotational friction force so that the joining is performed between the plates. It relates to a friction rivet and a joining method of an aluminum sheet material using the same.
Description
본 발명은 알루미늄판재를 포함한 조립부위에서 알루미늄판재 간의 접합을 위한 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳 및 이것을 이용한 알루미늄판재의 접합방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 알루미늄판재 간의 겹치기 결합부위에서 압입부를 가지는 자기압입 마찰리벳을 압입한 후, 회전마찰력을 이용하여 알루미늄판재를 국부적으로 용융시켜 판재 간의 결합이 이루어지도록 함으로써, 압입 및 용융으로 고강도 및 고인성의 접합구조를 얻을 수 있는 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳 및 이것을 이용한 알루미늄판재의 접합방법에 관한 것이다. The present invention relates to a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet in the assembly portion including the aluminum sheet and a method of joining the aluminum sheet using the same, and more particularly, the press-in portion at the overlapping coupling portion between the aluminum sheet. The self-indentation for joining aluminum sheet, which has a high strength and high toughness joint structure by indentation and melting, by injecting the self-indentation friction rivet and then locally melting the aluminum plate by using the rotational friction force to make the bond between the plates. It relates to a friction rivet and a joining method of an aluminum sheet material using the same.
일반적으로, 자동차에 사용되는 재료 중, 특히 차체 및 외판 재질은 강재(steel)를 사용하고 있으나, 최근 환경 문제와 차체의 경량화 요구에 따라 알루미늄 적용 부품의 개발이 활발하게 확대되고 있는 바, 알루미늄 소재의 양산 적용 부문에 있어 다양한 생산 기술, 즉 조립 및 접합 기술이 요구되고 있는 실정에 있다. In general, among the materials used in automobiles, in particular, the body and the outer plate material is made of steel, but the development of aluminum applied parts has been actively expanded according to environmental problems and light weight of the body. Various production technologies, namely assembly and joining technology, are required in the mass production application of the company.
그런데, 현재 각종 금속소재의 접합기술은 강판재질에 적합한 기술 개발이 주를 이루어져 있으며, 이러한 강판재질의 접합기술로는 점용접, 아크용접 등의 용융용접으로 이루어진 기계적인 접합방법 등이 있다.By the way, the bonding technology of various metal materials is mainly focused on the development of technology suitable for the steel sheet material, and the bonding technology of such a steel sheet material is a mechanical bonding method consisting of melt welding such as spot welding, arc welding.
이러한 용융용접 접합방법은 상술한 바와 같이, 소재의 접합기술과 산업현장의 양산 장비들이 강판에 적합하도록 개발되어 있어 알루미늄을 적용한 부품의 접합에는 후술하는 바와 같은 문제점이 발생함에 따라 그 이용이 활발히 실시되지 않고 있다. As described above, the melt welding joining method has been developed so that the joining technology of materials and mass production equipments of industrial sites are suitable for steel sheets, and therefore, the joining of parts using aluminum is actively performed due to the problems described below. It is not.
따라서, 이를 해결하기 위해서는 먼저, 재질 차이에 따른 품질문제를 해결하여야 하며, 시설장비에 대한 추가 투자도 이루어져야 하는 실정이다. Therefore, in order to solve this problem, first, the quality problem according to the material difference must be solved, and the additional investment in the facility equipment must be made.
한편, 종래의 접합조립 과정에서 가장 많이 사용하고 있는 기술로서, 점용접을 예로 들 수 있으며, 이러한 점용접에 있어서, 알루미늄 및 강의 모재에 대한 용접시간 및 용접전류와 가압력의 차이값을 각각 표 1과 도 4에 나타내었다.Meanwhile, spot welding is one of the most commonly used techniques in the conventional bonding assembly process. In this spot welding, the welding time and the difference between the welding current and the pressing force for the base materials of aluminum and steel are shown in Table 1, respectively. And shown in FIG. 4.
그런데, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 알루미늄을 접합하는 모재로 사용할 시에 높은 전기 전도율로 인해 점용접 시에 높은 전류와 전압이 요구되는 문제점이 있다. However, as shown in Table 1, due to the high electrical conductivity when used as a base material for bonding aluminum there is a problem that a high current and voltage is required during spot welding.
또한, 도 4는 알루미늄 용접부에 대한 기계적 성질 중, 경도를 나타내는 그래프로서, 도 4에 대해 간략히 설명하자면, 알루미늄 용접부와 모재의 경계면에서 경도가 가장 낮으며, 알루미늄 용접부의 중심부와 모재쪽으로 갈수록 점차 경도가 증가되어지는 경향을 보이고 있다. In addition, FIG. 4 is a graph showing hardness among the mechanical properties of the aluminum weld, and briefly described with reference to FIG. 4, the hardness is lowest at the interface between the aluminum weld and the base metal, and gradually increases toward the center and the base of the aluminum weld. Tends to increase.
또한, 상기 용접부와 모재를 비교하였을 시에 상기 모재에 비해서 상기 알루미늄 용접부에서 경도가 현저히 저하되는 경향을 보이며, 이는 용접부에서 구조적으로 취약한 문제점이 발생한다는 것을 의미한다.In addition, when the welded portion and the base metal are compared, the hardness of the aluminum welded portion tends to be significantly lower than that of the base metal, which means that a weak structural problem occurs in the welded portion.
따라서, 상기와 같은 문제점을 개선한 자기압입 리벳을 이용한 접합공법이 적용되는 바, 첨부도면 도 5는 종래의 자기압입 리벳을 이용하여 접합하는 공정을 나타낸 공정도이다.Therefore, the bonding method using the self-injection rivet which improves the above problems is applied, the accompanying drawings Figure 5 is a process diagram showing the process of bonding using a conventional self-injection rivet.
첨부도면에 도시된 바와 같이, 종래의 자기압입 리벳을 이용한 접합방법은 접합하고자 하는 동종 또는 이종재질의 알루미늄 또는 강판 판재(300)를 링형상의 홈(410)이 형성된 지지다이(400)에 올려놓고, 상기 판재(300)의 상측으로 원통형상의 자기압입 리벳(200)이 장착된 펀치(100)를 가압하여 상기 자기압입 리벳(200)이 상기 지지다이(400)의 홈(410)에 가압되어 고정되는 형태로 판재(300)에 삽입될 수 있도록 한 방법이다.As shown in the accompanying drawings, the conventional bonding method using a self-pressing rivet is to place the aluminum or steel plate 300 of the same or different materials to be bonded to the support die 400 formed with a ring-shaped groove 410 Then, by pressing the punch 100, the cylindrical self-pressing rivet 200 is mounted to the upper side of the plate 300, the self-pressing rivet 200 is pressed into the groove 410 of the support die 400 It is a method to be inserted into the plate 300 in a fixed form.
그런데, 이와 같은 자기압입 리벳을 이용한 접합방법은 그 결합력이 리벳(200)을 이용한 물리적 구조 결합력에만 의존하기 때문에 외력의 변화에 의해 판재와 판재가 쉽게 분리될 수 있는 문제점이 내포되어 있다. However, the bonding method using such a self-pressing rivet has a problem that the plate and the plate can be easily separated by the change of the external force because the bonding force depends only on the physical structural coupling force using the rivet 200.
따라서, 상기 기계적인 성질 즉, 경도 및 접합 품질의 저하를 해결할 수 있는 접합기술로는 일본특허 2001-259866호에 제안되어 있으며, 이러한 기술은 측부가 서로 겹쳐진 알루미늄 합금판을 마찰 접합에 의해 접합시키는 방법으로서, 기술의 특징을 간략하게 설명하자면, 알루미늄판재의 측부를 서로 겹친 후에 마찰접합공구에 장착된 절삭날과 압입핀을 겹친면에 접촉한 다음, 상기 마찰접합공구를 겹친면을 따라 가압 회전할 수 있도록 하여 알루미늄판재가 서로 마찰 접합되도록 하는 기술이다.Therefore, as a joining technique that can solve the degradation of the mechanical properties, that is, the hardness and the joining quality, it is proposed in Japanese Patent No. 2001-259866, which is a technique for joining the aluminum alloy plate overlapping the sides by friction bonding As a method, briefly describing the features of the technology, the sides of the aluminum sheet are overlapped with each other, and then the cutting edge mounted on the friction welding tool and the press-fit pin are in contact with the overlapping surface, and then the pressure welding tool is pressed and rotated along the overlapping surface. It is a technology that the aluminum plate material is friction bonded to each other by making it possible.
그런데, 상기와 같은 기술은 판재와 판재의 측부를 접합하는 기술로서, 상하로 겹쳐진 판재들의 접합 기술과는 무관하며, 상기 기계적 성질이 그대로 유지되면서 판재와 판재를 상하로 겹쳐 접합하는 기술에 대한 발명이 절실히 요구된다. By the way, the above technology is a technology for joining the side of the plate and the plate, independent of the joining technology of the plate overlapping up and down, and the invention for the technology of overlapping the plate and the plate up and down while maintaining the mechanical properties as it is This is desperately required.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 별도의 홀가공을 배제한 채, 상기 알루미늄판재 간의 겹치기 결합부위에서 압입부를 가지는 자기압입 마찰리벳을 자기 압입식으로 삽입한 후, 압입회전수단의 회전마찰력을 이용하여 상판과 하판으로 겹쳐진 알루미늄판재를 자기압입 마찰리벳과 판재와의 마찰력으로 용융시켜 상기 판재 간의 결합이 이루어지도록 함으로써, 압입 및 용융으로 고강도 및 고인성의 접합구조를 얻을 수 있으며, 동종 및 이종 재질로 이루어진 판재의 접합도 가능한 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳 및 이것을 이용한 알루미늄판재의 접합방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, and the magnetic indentation friction rivet having the indentation in the overlapped coupling portion between the aluminum plate material by self-indentation, except for the separate hole processing, By using the rotary frictional force of the rotating means to melt the aluminum plate overlapped with the upper plate and the lower plate by the frictional force between the self-pressing friction rivet and the plate to achieve the bonding between the plate, high strength and high toughness bonding structure can be obtained by indentation and melting. An object of the present invention is to provide a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet, which is also capable of joining sheets of the same or different materials, and a method of joining an aluminum sheet using the same.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.
본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳은 압입회전수단(10)에 장착되는 머리부(21)와, 알루미늄판재(30)의 접촉면에 가압되는 압입부(22)로 구성하되, 상기 압입부(22)의 직경은 3 ~ 5mm이고, 상기 머리부(21)의 직경은 압입부(22)의 직경에 1.2 ~ 1.3배로 형성된 것을 특징으로 한다. The self-pressing friction rivet for joining aluminum sheet according to the present invention is composed of a head portion 21 mounted on the press-fit rotation means 10 and a press-fit portion 22 pressed against the contact surface of the aluminum sheet 30, the press-fit The diameter of the portion 22 is 3 to 5mm, the diameter of the head 21 is characterized in that formed 1.2 to 1.3 times the diameter of the press-in portion 22.
또한, 상기 머리부(21)와 압입부(22)의 표면에는 수평방향으로 일정간격의 요철면이 형성된 것을 특징으로 한다. In addition, the surface of the head portion 21 and the press-in portion 22 is characterized in that the uneven surface of a predetermined interval in the horizontal direction is formed.
상기 알루미늄판재(30)에 형성된 상부판재(31)의 용융부와 접촉하는 상기 머리부(21)의 접촉각(A)은 30 ~ 45°이고, 상기 하부판재(32)의 용융부와 접촉하는 상기 압입부(22)의 접촉각(B)이 65 ~ 80°인 모따기가공 처리된 것을 특징으로 한다. The contact angle A of the head 21 in contact with the molten portion of the upper plate 31 formed on the aluminum plate 30 is 30 to 45 °, and the contact with the molten portion of the lower plate 32 The contact angle (B) of the indentation portion 22 is characterized in that the chamfering treatment is 65 ~ 80 °.
그리고, 자기압입 마찰리벳(20)은 그 용융점이 알루미늄판재(30)의 용융온도보다 200 ~ 300℃ 높은 재질을 사용하는 것을 특징으로 한다. Then, the self-pressing friction rivet 20 is characterized in that the melting point of the material is used 200 ~ 300 ℃ higher than the melting temperature of the aluminum plate (30).
상기와 같은 자기압입 마찰리벳을 이용하여 알루미늄판재를 접합시키는 접합방법은 압입회전수단(10)의 하단에 자기압입 마찰리벳(20)을 장착하는 단계와; 상기 압입회전수단(10)의 하측에 접합 조립하고자 하는 알루미늄판재(30)의 상하부판재(31,32)를 서로 겹친 후에 제자리에 고정 가능하도록 지지다이(40)로 지지하는 단계와; 상기 자기압입 마찰리벳(20)의 압입부(22)가 후부판재(32)의 1/3 ~ 1/2 두께까지 삽입 가능하도록 압입하는 단계와; 알루미늄판재(30)가 연화되면서 용융되도록 상기 압입회전수단(10)을 회전시키는 단계와; 자기압입 마찰리벳(20)의 머리부가 상부판재(31)의 1/2 두께까지 삽입가능하도록 추가 압입하는 단계와; 상기 자기압입 마찰리벳(20)의 마찰열에 의해 상하부판재(31,32)에 용융풀이 충분히 생성되면 자기압입 마찰리벳(20)의 머리부(21) 상단이 상부판재(31)와 평평하도록 압입하여 완성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. Bonding method for joining the aluminum plate using the above-described self-pressing friction rivet step of mounting a self-pressing friction rivet 20 to the lower end of the press-fit rotation means (10); Supporting the upper and lower plate materials (31, 32) of the aluminum plate material (30) to be bonded and assembled to the lower side of the press-fit rotation means (10) with a support die (40) so as to be fixed in place; Press-fitting the press-fitting portion 22 of the self-pressing friction rivet 20 to be inserted into a thickness of 1/3 to 1/2 of the rear plate 32; Rotating the press-fit rotation means (10) so that the aluminum sheet (30) is softened and melted; Further press-fitting the head of the self-pressing friction rivet 20 to be insertable up to 1/2 the thickness of the upper plate 31; When the molten pool is sufficiently generated in the upper and lower plate materials 31 and 32 by the frictional heat of the self-pressing friction rivet 20, the upper end of the head 21 of the self-pressing friction rivet 20 is press-fitted so as to be flat with the upper plate 31. Characterized in that it comprises a step of completing.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳을 이용한 알루미늄판재의 접합방법에 대한 실시형태를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a method for joining an aluminum sheet using a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet according to the present invention. 3 is a process chart showing a joining process using a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet according to the present invention.
여기서, 도면부호 10은 자기압입 마찰리벳을 고정하여 알루미늄판재 위에 압입 회전시키는 수단인 자기압입 마찰리벳 장비의 압입회전수단을, 20은 자기압입 마찰리벳을, 30(31,32)은 알루미늄판재를, 40은 상기 알루미늄판재를 제자리에 고정시킬 수 있도록 지지하는 지지다이를 나타낸다.Here, reference numeral 10 denotes a press-fit rotation means of the self-press friction rivet equipment, which is a means for fixing the press-fit friction rivet and press-fit rotation on the aluminum plate, 20 denotes a press-fit friction rivet, and 30 (31, 32) denotes an aluminum sheet. 40 denotes a support die for supporting the aluminum sheet to be fixed in place.
첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 압입회전수단(10)의 하단에 자기압입 마찰리벳(20)이 장착되어 있는 상태에서, 그 하측에 접합 조립하고자 하는 상하부판재(31,32)로 구분되어 있는 알루미늄판재(30)를 알맞는 형태로 서로 상하로 겹친 후에 제자리에 고정시킬 수 있도록 지지다이(40)로 지지하게 된다.As shown in FIG. 1, in the state where the self-pressing friction rivet 20 is mounted at the lower end of the press-fit rotation means 10, it is divided into upper and lower plate materials 31 and 32 to be bonded and assembled at the lower side thereof. The aluminum plate 30 is supported by the support die 40 so that it can be fixed in place after overlapping each other up and down in a suitable form.
이때, 상기 알루미늄판재(30)의 상부판재(31)의 두께는 접합이 용이하게 이루어지도록 하기 위해 하부판재(32)의 두께보다 얇게 형성된 것이 바람직하다. At this time, the thickness of the upper plate 31 of the aluminum plate 30 is preferably formed thinner than the thickness of the lower plate 32 in order to facilitate bonding.
한편, 상기 지지다이(40)에는 원형의 홈(41)이 형성되어 있는 바, 상기 홈(41)의 역할은 상기 알루미늄판재(30)가 자기압입 마찰리벳(20)의 압입력에 의해 눌려지게 될 시에 판재와 판재 사이에 간극이 형성되지 않도록 하기 위한 것이며, 또한 부수적으로는 눌려지는 판재의 형태가 불규칙한 형태로 형성되지 않도록, 즉 미관이 불량하지 않도록 그 형태를 잡아주는 역할을 한다. On the other hand, the support die 40 is formed with a circular groove 41, the role of the groove 41 is to be pressed by the pressure input of the self-pressing friction rivet 20 of the aluminum plate 30. In order to prevent the gap between the plate and the plate is formed, and additionally it serves to hold the shape so that the shape of the pressed plate is not formed in an irregular shape, that is, the appearance is not poor.
그리고, 상기 알루미늄판재(30)를 접합시키는 접합수단인 자기압입 마찰리벳(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 그 구성이 머리부(21)와 압입부(22)로 구성되어 있는 바, 상기 머리부(21)는 그 상단부가 상기 압입회전수단(10)에 장착되는 부분이고, 압입부(22)는 그 하단부가 상기 알루미늄판재(30)의 접촉면에 가압되는 부분이다.And, the self-pressing friction rivet 20, which is a joining means for joining the aluminum plate 30, as shown in Figure 2, the configuration is composed of the head portion 21 and the press-in portion 22, The head portion 21 is a portion at which the upper end thereof is mounted to the press-fitting rotation means 10, and the press-fitting portion 22 is a portion at which the lower end thereof is pressed against the contact surface of the aluminum plate 30.
이때, 상기 압입부(22)의 직경은 3 ~ 5mm이고, 머리부(21)의 직경은 상기 압입부(22)의 직경에 1.2 ~ 1.3배로 형성된 것이 바람직하다. At this time, the diameter of the press-in part 22 is 3 ~ 5mm, the diameter of the head 21 is preferably formed 1.2 to 1.3 times the diameter of the press-in part 22.
한편, 이 머리부(21)와 압입부(22)에는 수평방향으로 일정간격의 요철(凹凸)면이 형성되어 있다. On the other hand, the head portion 21 and the press-fit portion 22 are formed with irregularities at regular intervals in the horizontal direction.
이는 상기 자기압입 마찰리벳(20)이 알루미늄판재(30)에 삽입되어 마찰력에 의해 알루미늄판재(30)의 연화된 부분과 접촉되는 부분으로서, 상기 자기압입 마찰리벳(20)의 접촉면적이 클수록 연화된 부분과의 마찰면적이 크게되어 그로인해 알루미늄판재(30)의 용융풀(molten pool)이 잘 섞여 결국에는 접합이 잘 이루어지도록 하기 위함이다.This is a portion in which the self-pressing friction rivet 20 is inserted into the aluminum plate 30 and is in contact with the softened portion of the aluminum plate 30 by the frictional force. The friction area with the portion is so large that the molten pool (molten pool) of the aluminum plate (30) is well mixed in the end to achieve a good bonding.
또한, 상기 자기압입 마찰리벳(20)의 머리부(21)와 압입부(22)의 하단부 모서리에는 모따기가공 처리되어 있다. In addition, the chamfering treatment is applied to the edges of the lower end of the head portion 21 and the pressing portion 22 of the self-pressing friction rivet 20.
이는 자기압입 마찰리벳(20)의 모따기면(21a,22a)이 알루미늄판재(30)의 용융부와 접촉하게 되는데, 이때 상기 용융부와 접촉되는 모따기면(21a,22a)의 접촉각, 즉 하부판재(32)의 용융부와 접촉하는 압입부(22)에 형성된 모따기면(22a)과의 접촉각(B)은 65 ~ 80°이고, 상부판재(31)의 용융부와 접촉하는 머리부(21)에 형성된 모따기면(21a)과의 접촉각(A)은 30 ~ 45°를 이루게 된다.The chamfered surfaces 21a and 22a of the self-pressing friction rivet 20 come into contact with the molten portion of the aluminum plate 30, at which time the contact angles of the chamfered surfaces 21a and 22a in contact with the molten portion, that is, the lower plate material. The contact angle B with the chamfered surface 22a formed in the indentation part 22 which contacts the melt part of 32 is 65-80 degrees, and the head part 21 which contacts the melt part of the upper plate 31 is shown. The contact angle (A) with the chamfered surface (21a) is formed in 30 ~ 45 °.
이때, 하부판재(32)와 접촉하는 접촉각(B)이 상부판재(31)와 접촉하는 접촉각(A)보다 큰 이유는 초기 알루미늄판재(30)와의 마찰 접촉 시, 축방향 하중의 부하가 커지도록 하여 그로인해 마찰력을 향상시켜 자기압입 마찰리벳(20)이 알루미늄판재(30)로 용이하게 삽입 가능하도록 하기 위함이다.At this time, the contact angle (B) in contact with the lower plate 32 is larger than the contact angle (A) in contact with the upper plate 31, so that the frictional contact with the initial aluminum plate 30, so that the load of the axial load increases This is to improve the friction force so that the self-pressing friction rivet 20 can be easily inserted into the aluminum plate (30).
한편, 상기 자기압입 마찰리벳(20)은 그 용융점이 피접합물인 알루미늄판재(30)의 용융온도보다 200 ~ 300℃ 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 자기압입 마찰리벳(20)의 재질에 따라 동종 재질 뿐만 아니라, 이종재질로 이루어진 판재의 접합도 가능하다. On the other hand, the self-injection friction rivet 20 preferably uses a material 200 ~ 300 ℃ higher than the melting temperature of the aluminum plate 30, the melting point of the joined object, depending on the material of the self-intrusion friction rivet 20 In addition to homogeneous materials, it is also possible to join plates made of dissimilar materials.
다음에는 이러한 구성을 갖는 본 발명의 작동원리를 도 3에 도시된 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다. Next, the operation principle of the present invention having such a configuration will be described with reference to the accompanying drawings shown in FIG. 3.
먼저, 상하부판재(31,32)로 구분되어 있는 알루미늄판재(30)를 적당하게 겹친 후 자기압입 마찰리벳(20)이 장착된 압입회전수단(10)을 상기 알루미늄판재(30)의 상부판재(31)에 접촉한 다음, 상기 자기압입 마찰리벳(20)의 압입부(22)가 하부판재(32)의 1/3 ~ 1/2 두께까지 삽입 가능하도록 압입한다. First, the aluminum plate 30, which is divided into upper and lower plate materials 31 and 32, is properly overlapped, and then the press-fit rotation means 10 equipped with the self-pressing friction rivet 20 is mounted on the upper plate of the aluminum plate 30 ( 31), the press-fitting portion 22 of the self-pressing friction rivet 20 is press-fitted so as to be inserted into 1/3 to 1/2 the thickness of the lower plate (32).
그리고 나서, 상기 자기압입 마찰리벳(20)이 압입 회전을 하게 되는데, 이때 마찰열이 그 접촉면에는 발생하게 되고, 알루미늄판재(30)가 국부적으로 연화되면서 용융된다. Then, the self-pressing friction rivet 20 is subjected to a press-in rotation, wherein friction heat is generated on the contact surface, and the aluminum plate 30 is locally softened and melted.
추가로 압입하여 자기압입 마찰리벳(20)의 머리부(21)가 상부판재(31)의 1/2 두께까지 들어가도록 한다. Further press-fitting so that the head portion 21 of the self-pressing friction rivet 20 enters up to 1/2 the thickness of the upper plate material 31.
이후, 마찰열에 의해 상하부판재(31,32)에 용융풀이 충분히 생성되면 자기압입 마찰리벳(20)의 머리부(21) 상단이 상부판재(31)와 평평하도록 압입한다. Subsequently, when the molten pool is sufficiently generated in the upper and lower plate materials 31 and 32 by frictional heat, the head 21 of the self-pressing friction rivet 20 is press-fitted so as to be flat with the upper plate material 31.
이때, 상부판재(31)와 하부판재(32)의 용융풀이 혼합하게 되고, 이 용융풀이 응고하면 접합이 완성된다.At this time, the molten pool of the upper plate material 31 and the lower plate material 32 mixes, and when this molten pool solidifies, joining is completed.
따라서, 상기와 같은 작동원리로 실시되는 알루미늄판재(30)의 상하부판재(31,32)의 접합은 단순한 물리적 구조에 의한 결합력 외에 용융으로 인한 일체화를 도모함으로써, 압입 및 용융으로 고강도 및 고인성의 접합 구조를 얻을 수 있어 수명이 길고, 균일한 접합 품질로 인해 품질 관리에 용이한 구조를 얻을 수 있다. Therefore, the bonding of the upper and lower plate materials 31 and 32 of the aluminum plate 30, which is performed according to the above operating principle, promotes integration by melting in addition to the bonding force due to a simple physical structure, thereby joining high strength and high toughness by indentation and melting. It is possible to obtain a structure, which has a long lifetime and a uniform bonding quality, thereby achieving a structure that is easy for quality control.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳 및 이것을 이용한 알루미늄판재의 접합방법은 다음과 같은 효과가 있다. As described above, the self-pressing friction rivet for joining the aluminum sheet according to the present invention and the joining method of the aluminum sheet using the same have the following effects.
1) 기존의 점용접 및 리벳 고정 등에 비해서 고강도 및 고강성의 접합구조를 얻을 수 있는 효과가 있다.1) Compared with the existing spot welding and rivet fixing, it has the effect of obtaining the joint structure of high strength and high rigidity.
2) 자기압입 마찰리벳의 재질에 따라 동종 재질 뿐만 아니라, 이종재질로 이루어진 판재의 접합도 가능하다.2) Depending on the material of the self-pressing friction rivet, joining not only of the same material but also of different materials is possible.
3) 기존의 점용접에 비해서 거의 전기 에너지를 사용하지 않기 때문에 양산에 대한 생산비를 절감할 수 있으며, 점용접 등의 저항 용접과 같이 스패터(spatter), 그을음 등이 발생하지 않기 때문에 작업 환경을 개선하는 장점이 있다. 3) Since it uses almost no electric energy compared to the conventional spot welding, it can reduce the production cost for mass production.There is no spatter or soot like resistance welding such as spot welding. There is an advantage to improve.
4) 알루미늄 접합기술의 확립으로 알루미늄 재질의 적용확대가 가능하여 자동차 차체의 경량화를 이룰 수 있다. 4) With the establishment of aluminum bonding technology, it is possible to expand the application of aluminum material, making it possible to reduce the weight of automobile body.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳을 이용한 알루미늄판재의 접합방법에 대한 실시형태를 나타내는 구성도,1 is a configuration diagram showing an embodiment of a method for joining an aluminum sheet using a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳을 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄판재 접합용 자기압입 마찰리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도,3 is a process chart showing a bonding process using a self-pressing friction rivet for joining an aluminum sheet according to the present invention,
도 4는 종래의 점용접에 의한 알루미늄 용접부의 기계적 성질을 나타내는 그래프,4 is a graph showing the mechanical properties of the aluminum welded portion by conventional spot welding,
도 5는 종래의 자기압입 리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다. 5 is a process chart showing a bonding process using a conventional self-pressing rivet.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 압입회전수단 20 : 자기압입 마찰리벳10: press-fit rotation means 20: self-pressing friction rivet
21 : 머리부 22 : 압입부21: head 22: indentation
21a,22a : 모따기면 30 : 알루미늄판재 21a, 22a: Chamfer surface 30: Aluminum plate
31 : 상부판재 32 : 하부판재31: upper plate 32: lower plate
40 : 지지다이 41 : 홈40: support die 41: groove
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