KR100711778B1 - Apparatus for friction stir spot welding - Google Patents

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KR100711778B1
KR100711778B1 KR1020050129290A KR20050129290A KR100711778B1 KR 100711778 B1 KR100711778 B1 KR 100711778B1 KR 1020050129290 A KR1020050129290 A KR 1020050129290A KR 20050129290 A KR20050129290 A KR 20050129290A KR 100711778 B1 KR100711778 B1 KR 100711778B1
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장웅성
권영각
천창근
노태성
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

겹쳐져 있는 피가공재와 회전 공구 사이의 마찰열을 이용하여 피가공재를 접합하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치는 회전 공구를 회전 구동하기 위한 구동기가 회전 공구와 동일축상에 설치되지 않으며, 회전 공구를 상하 방향으로 이송시키기 위한 모터 구동력이 이송 스크류 및 이 스크류와 결합된 이송 너트에 의해 전달된다. 따라서, 부하 중량의 감소가 가능하며, 회전 공구의 높이를 정밀하게 제어할 수 있다.Provided is a friction stir spot welding apparatus for joining a workpiece using frictional heat between the overlapping workpiece and the rotating tool. In the friction stir spot welding device according to the embodiment of the present invention, a driver for rotating the rotary tool is not installed on the same axis as the rotary tool, and a motor driving force for transferring the rotary tool in the up and down direction is provided with the feed screw and the screw. Conveyed by a coupled feed nut. Therefore, the load weight can be reduced, and the height of the rotary tool can be precisely controlled.

마찰, 교반, 직결, 회전 공구, 부하 중량, Friction, stirring, direct connection, rotary tool, load weight,

Description

마찰 교반 점 용접장치{APPARATUS FOR FRICTION STIR SPOT WELDING}Friction Stirring Spot Welding Equipment {APPARATUS FOR FRICTION STIR SPOT WELDING}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치의 개략 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a friction stir spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 마찰 교반 점 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 겹쳐져 있는 피가공재와 회전 공구 사이의 마찰열을 이용하여 피가공재를 접합하는 마찰 교반 점 용접장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction stir spot welding device, and more particularly, to a friction stir spot welding device for joining a workpiece using friction heat between the overlapping workpiece and the rotary tool.

자동차나 항공기 등과 같은 운송장치 그리고 건축/토목 분야 등 다양한 산업분야에서 알루미늄이나 마그네슘 등 경량소재를 활용한 경량합금이 널리 사용되고 있다. 이러한 경량합금을 이용하여 각종 기기, 구조물 등을 생산/제작하기 위해서는 이들 경량합금을 용접에 의하여 접합하게 되는 경우가 빈발하다. Light alloys using light materials such as aluminum or magnesium are widely used in various industrial fields such as transportation devices such as automobiles and aircrafts and construction / civil engineering. In order to produce / manufacture various devices, structures, etc. using such a light alloy, these light alloys are frequently joined by welding.

따라서 이들 경량합금을 용접하는 기술이 널리 연구되고 있으며, 근래에는 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)이 소개되어 있고, 이에 관해서는 국제공개문헌(국제공개번호:WO93/10935; 출원인:THE WELDING INSTITUTE)을 참조로 할 수 있다. Therefore, techniques for welding these light alloys have been widely researched, and recently, friction stir welding (FSW) has been introduced, and in this regard, International Publication (WO93 / 10935; Applicant: THE WELDING) INSTITUTE).

상기 문헌을 참조하여 마찰 교반 용접 기술에 대해 간략히 설명하면, 상기한 마찰 교반 용접 기술은 접합하고자 하는 두 개의 피가공재를 서로 맞대어 접합 계면을 따라 공구(tool)가 진행하면서 발생하는 마찰열과 피가공재 내부에서 발생하는 소성 가공 현상을 이용하여 피가공재를 접합하는 방법이다.Briefly describing the friction stir welding technique with reference to the above document, the friction stir welding technique is a friction heat and the inner part of the workpiece generated as the tool progresses along the joining interface against the two workpieces to be joined together It is a method of joining a workpiece using the plastic working phenomenon which arises in.

그리고, 최근에는 이러한 마찰 교반 용접 기술을 활용/개선함으로써 더욱 발전시키고자 하는 노력이 더해지고 있다.In recent years, efforts to further develop by utilizing / improving such friction stir welding technology have been added.

일예로, 상기한 마찰 교반 용접 방법에서 파생된 다른 용접 방법의 하나로 마찰 교반 점 용접 방법이 알려져 있다.As one example, the friction stir spot welding method is known as one of other welding methods derived from the friction stir welding method described above.

상기한 마찰 교반 점 용접 방법은 마찰 교반 용접 현상의 일부분을 이용하여 겹치기 접합에 이용하는 것으로, 회전 공구를 피가공재 쪽으로 이동시켜 한 점(spot)에서 피가공재를 교반하여 용접하는 방법이다.The friction stir spot welding method described above is used for overlapping joining by using a part of friction stir welding phenomenon, and is a method of stirring and welding a workpiece at a spot by moving a rotary tool toward the workpiece.

이러한 마찰 교반 점 용접 방법은 저항 점 용접과 마찰 교반 용접을 혼합한 형태로서, 상기한 마찰 교반 용접과는 다른 용접 방법으로 인식되고 있다.This friction stir spot welding method is a form of a mixture of resistance spot welding and friction stir welding, and is recognized as a welding method different from the friction stir welding described above.

상기한 마찰 교반 점 용접 방법을 수행하는 용접장치의 하나로, 종래에는 회전 공구를 회전시키기 위한 구동기, 예컨대 모터가 상기 회전 공구와 동일축상에 설치되어 상기 회전 공구와 함께 상하 방향으로 이동하도록 구성된 마찰 교반 점 용접장치가 개시되어 있다.One of the welding apparatuses for performing the above-mentioned friction stir spot welding method, conventionally, a drive for rotating a rotary tool, such as a motor, is installed on the same axis as the rotary tool and is configured to move up and down with the rotary tool. A spot welding apparatus is disclosed.

그러나, 상기한 구성의 마찰 교반 점 용접장치는 부하 중량이 무거워지는 단점이 있다.However, the friction stir spot welding apparatus of the above configuration has a disadvantage in that the load weight becomes heavy.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 회전 공구가 설치된 주축을 회전시키기 위한 구동기를 고정 프레임에 설치하고, 상기 구동기의 구동축과 주축의 스 핀들을 타이밍벨트(timing belt) 또는 체인(chain)으로 연결한 마찰 교반 점 용접장치를 개시하고 있다.In order to solve this problem, conventionally, a driver for rotating the main shaft with a rotary tool is installed in a fixed frame, and connecting the spindle of the drive shaft and the main shaft of the driver by a timing belt (chain) or chain (chain) A friction stir spot welding device is disclosed.

이러한 구성의 용접장치는 상기 구동기의 구동력이 타이밍벨트 또는 체인을 통해 주축의 스핀들에 전달되고, 이에 따라 상기 주축이 회전되므로, 종래의 마찰 교반 점 용접장치에 비해 부하 중량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Welding apparatus of this configuration has the advantage that the driving force of the driver is transmitted to the spindle of the spindle through the timing belt or chain, and accordingly the spindle is rotated, compared to the conventional friction stir spot welding device to reduce the load weight have.

그런데, 상기한 구성의 마찰 교반 점 용접장치는 상기 주축을 상하 이동시키기 위한 구동력을 전달하는 데에도 타이밍벨트 또는 체인을 사용하고 있다.By the way, the friction stir spot welding apparatus of the above-described configuration uses a timing belt or a chain to transmit a driving force for moving the main shaft up and down.

따라서, 장시간의 사용 시간이 경과되면 타이밍벨트 또는 체인으로 인한 측면 하중으로 인해 주축이 변형되거나, 타이밍벨트 또는 체인의 유격이 발생되어 상기 주축의 높낮이를 정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.Therefore, when a long time of use elapses, the main shaft is deformed due to the side load due to the timing belt or the chain, or the play of the timing belt or the chain is generated, thereby preventing the height of the main shaft from being precisely controlled.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 부하 중량을 감소시킬 수 있으며, 회전 공구가 장착된 주축의 높낮이를 정밀하게 제어할 수 있는 마찰 교반 점 용접장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a friction stir spot welding apparatus capable of reducing the load weight and precisely controlling the height of the spindle equipped with the rotary tool.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

프레임;frame;

상하 이송 너트를 구비하며, 상기 프레임에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하우징;A housing having a vertical transfer nut and installed to be movable in the vertical direction in the frame;

마찰 교반 점 용접을 위한 회전 공구를 단부에 구비하며, 상기 하우징에 설 치되는 회전축 스핀들;A rotating shaft spindle having a rotary tool at the end for friction stir spot welding, the shaft being installed in the housing;

상기 회전축 스핀들을 회전시키기 위한 구동력을 제공하며, 상기 프레임에 고정 설치되는 회전축 구동기;A rotating shaft driver providing a driving force to rotate the rotating shaft spindle and fixedly installed to the frame;

상기 회전축 구동기의 구동력을 스핀들에 전달하는 동력 전달 부재;A power transmission member for transmitting a driving force of the rotary shaft driver to the spindle;

상기 하우징의 상하 이송 너트에 나사 결합되는 이송 스크류; 및A conveying screw screwed to a vertical conveying nut of the housing; And

상기 이송 스크류를 회전시키며, 상기 회전축 스핀들과 인접한 위치의 상기 프레임에 고정되는 이송 스크류 구동기A feed screw driver which rotates the feed screw and is fixed to the frame at a position adjacent to the axis of rotation spindle

를 포함하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공한다.Provides a friction stir welding device comprising a.

본 발명을 실시함에 있어서, 상기 프레임에는 피가공재를 배치하는 지지 부재가 구비되고, 상기 동력 전달 부재는 타이밍벨트 또는 체인으로 이루어진다.In practicing the present invention, the frame is provided with a supporting member for arranging the workpiece, and the power transmission member is made of a timing belt or a chain.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a friction stir spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치는 프레임(10)을 구비한다.The friction stir spot welding device according to the present embodiment includes a frame 10.

상기 프레임(10)은 내부가 비어있는 박스형상으로 형성되며, 프레임(10)의 내부에는 제1 내지 제3 플레이트(12,14,16)가 구비된다.The frame 10 is formed in a box shape having an empty inside, and the first to third plates 12, 14, and 16 are provided inside the frame 10.

상측의 제1 플레이트(12)에는 회전축 스핀들(20)이 상하 방향으로 관통 설치되고, 하측의 제2 및 제3 플레이트(14,16)에는 회전축 스핀들(20)을 둘러싸는 하우징(22)이 상하 방향으로 관통하여 설치된다.The rotating shaft spindle 20 penetrates in the up-down direction on the upper first plate 12, and the housing 22 surrounding the rotating shaft spindle 20 is upper and lower on the lower second and third plates 14 and 16. It is installed penetrating in the direction.

상기 하우징(22)은 프레임(10)의 하측 벽체(18)를 관통하여 돌출되며, 하우징(22)의 단부쪽에는 상기 회전축 스핀들(20)과 일체로 회전하는 회전 공구(24)가 설치된다.The housing 22 protrudes through the lower wall 18 of the frame 10, and a rotary tool 24 which is integrally rotated with the rotary shaft spindle 20 is installed at an end side of the housing 22.

상기 회전 공구(24)는 피가공재(미도시함)의 표면에 소정의 힘을 가하면서 회전되어 피가공재를 접합시킨다.The rotary tool 24 is rotated while applying a predetermined force to the surface of the workpiece (not shown) to join the workpiece.

그리고, 상기 회전축 스핀들(20)과 일정 거리만큼 이격된 위치의 제1 플레이트(12)에는 회전축 구동기(30)가 고정 설치되며, 회전축 구동기(30)의 구동축(32)과 상기한 회전축 스핀들(20)은 타이밍벨트 또는 체인(34) 등의 동력 전달 부재에 의해 연결된다.In addition, the rotating shaft driver 30 is fixedly installed on the first plate 12 at a position spaced apart from the rotating shaft spindle 20 by a predetermined distance, the driving shaft 32 of the rotating shaft driver 30 and the rotating shaft spindle 20. ) Is connected by a power transmission member such as a timing belt or a chain 34.

따라서, 회전축 구동기(30)가 구동되어 구동축(32)이 회전되면, 상기 구동축(32)의 회전력이 타이밍벨트 또는 체인(34)을 통해 회전축 스핀들(20)에 전달되어 상기 스핀들(20)이 회전되고, 이에 따라, 회전 공구(24)가 회전된다.Therefore, when the rotating shaft driver 30 is driven to rotate the driving shaft 32, the rotational force of the driving shaft 32 is transmitted to the rotating shaft spindle 20 through the timing belt or the chain 34 to rotate the spindle 20. As a result, the rotary tool 24 is rotated.

이때, 상기 하우징(22)은 회전축 스핀들(20)과 함께 회전되지 않고 고정 상태로 유지된다.At this time, the housing 22 is not rotated together with the rotating shaft spindle 20 is maintained in a fixed state.

그리고, 회전축 스핀들(20)과 회전축 구동기(30) 사이의 제1 플레이트(12)에는 이송 스크류 구동기(40)가 고정 설치되고, 이 구동기(40)에는 직결 구동 방식으로 구동되는 이송 스크류(42)가 구비된다.In addition, a feed screw driver 40 is fixedly installed on the first plate 12 between the rotating shaft spindle 20 and the rotating shaft driver 30, and the driving screw 42 is driven by a direct drive method. Is provided.

이때, 상기 이송 스크류(42)는 제1 내지 제3 플레이트(12,14,16)를 관통하여 설치되며, 또한, 하우징(22)에 구비된 상하 이송 너트(26)를 관통하여 설치된다.At this time, the feed screw 42 is installed through the first to third plates 12, 14, 16, and is also installed through the vertical feed nut 26 provided in the housing 22.

따라서, 상기 구동기(40)가 구동되어 이송 스크류(42)가 회전되면, 상기 하 우징(22)에 구비된 상하 이송 너트(26)가 상하 방향으로 이송되므로, 하우징(22) 및 이와 결합된 회전축 스핀들(20)이 상하 방향으로 이송된다.Therefore, when the driver 40 is driven and the feed screw 42 is rotated, the vertical feed nut 26 provided in the housing 22 is transferred in the vertical direction, so that the housing 22 and the rotating shaft coupled thereto are provided. The spindle 20 is conveyed in the vertical direction.

그리고, 상기 프레임(10)의 측벽에는 피가공재(미도시함)를 배치하기 위한 지지 부재(50)가 설치되며, 지지 부재(50)의 단부는 상기 회전 공구(24)와 마주보도록 배치된다.In addition, a support member 50 for arranging a workpiece (not shown) is installed on the sidewall of the frame 10, and an end of the support member 50 is disposed to face the rotary tool 24.

이하, 상기한 구성의 마찰 교반 점 용접장치를 이용한 용접 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, the welding method using the friction stir spot welding apparatus of the above-mentioned structure is demonstrated.

지지 부재(50)에 피가공재(미도시함)를 위치시키고, 회전축 구동기(30)를 작동시킨다.The workpiece (not shown) is placed on the support member 50, and the rotary shaft driver 30 is operated.

이와 같이 하면, 타이밍벨트 또는 체인(34)을 통해 회전축 구동기(30)의 동력이 회전축 스핀들(20)에 전달되고, 이에 따라 회전 공구(24)가 회전축 스핀들(20)과 함께 회전된다.In this way, the power of the rotary shaft driver 30 is transmitted to the rotary shaft spindle 20 through the timing belt or the chain 34, and the rotary tool 24 is rotated together with the rotary shaft spindle 20.

그리고, 회전 공구(24)를 회전시키는 상태에서 이송 스크류 구동기(40)를 작동시키면, 상기 이송 스크류(42) 및 이와 결합된 상하 이송 너트(26)의 작용에 의해 하우징(22) 및 회전축 스핀들(20)이 아래 방향으로 이송된다.In addition, when the feed screw driver 40 is operated while the rotary tool 24 is rotated, the housing 22 and the rotating shaft spindle (by the action of the feed screw 42 and the vertical feed nut 26 coupled thereto) 20) is conveyed downward.

따라서, 회전 공구(24)가 피가공재(미도시함)에 밀착되고, 회전 공구(24)가 피가공재에 밀착된 상태로 회전됨에 따라 회전 공구(24)와 피가공재 사이에 마찰열이 발생되어 피가공재가 연화되고 피가공재의 표면이 교반된다.Thus, as the rotary tool 24 is in close contact with the workpiece (not shown) and the rotary tool 24 is rotated in close contact with the workpiece, frictional heat is generated between the rotary tool 24 and the workpiece. The workpiece is softened and the surface of the workpiece is stirred.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. Although the present invention has been described in detail through specific embodiments, it is apparent that the present invention is not limited thereto and may be modified or improved by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 회전 공구를 회전시키기 위한 구동기, 예컨대 모터가 상기 회전 공구와 동일축상에 설치되지 않으므로, 부하 중량이 감소되는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, since the driver for rotating the rotary tool, for example, the motor is not installed on the same axis as the rotary tool, there is an advantage that the load weight is reduced.

또한, 회전 공구를 상하 방향으로 이송하기 위한 구동기의 구동력이 이송 스크류 및 이 스크류에 결합된 이송 너트에 의해 전달되므로, 회전축 스핀들이 변형되는 문제점을 제거할 수 있고, 회전 공구의 높낮이를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다 In addition, since the driving force of the driver for conveying the rotary tool in the vertical direction is transmitted by the conveying screw and the conveying nut coupled to the screw, it is possible to eliminate the problem that the rotating shaft spindle is deformed and to precisely control the height of the rotary tool. Have an effect

Claims (7)

프레임;frame; 상하 이송 너트를 구비하며, 상기 프레임에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하우징;A housing having a vertical transfer nut and installed to be movable in the vertical direction in the frame; 마찰 교반 점 용접을 위한 회전 공구를 단부에 구비하며, 상기 하우징에 설치되는 회전축 스핀들;A rotary shaft spindle having a rotary tool for friction stir spot welding at an end thereof and installed in the housing; 상기 회전축 스핀들을 회전시키기 위한 구동력을 제공하며, 상기 회전축 스핀들과 이격된 위치의 상기 프레임에 고정 설치되는 회전축 구동기;A rotary shaft driver providing a driving force to rotate the rotary shaft spindle and fixedly installed to the frame at a position spaced apart from the rotary shaft spindle; 상기 회전축 구동기의 구동력을 스핀들에 전달하는 동력 전달 부재;A power transmission member for transmitting a driving force of the rotary shaft driver to the spindle; 상기 하우징의 상하 이송 너트에 나사 결합되는 이송 스크류; 및A conveying screw screwed to a vertical conveying nut of the housing; And 상기 이송 스크류를 회전시키며, 상기 회전축 스핀들과 인접한 위치의 상기 프레임에 고정되는 이송 스크류 구동기A feed screw driver that rotates the feed screw and is fixed to the frame at a position adjacent to the axis of rotation spindle 를 포함하는 마찰 교반 점 용접장치.Friction stirring point welding device comprising a. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 프레임에는 피가공재를 배치하는 지지 부재가 구비되는 마찰 교반 점 용접장치.The frame is a friction stir welding device provided with a support member for placing the workpiece. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동력 전달 부재는 타이밍벨트 또는 체인으로 이루어지는 마찰 교반 점 용접장치.The power transmission member is a friction stir welding device consisting of a timing belt or chain. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 프레임에는 제1 내지 제3 플레이트가 구비되는 마찰 교반 점 용접장치.Friction stir spot welding apparatus is provided with the first to third plates on the frame. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 회전축 스핀들은 제1 플레이트를 관통하여 설치되고, 상기 하우징은 제2 플레이트 및 제3 플레이트를 관통하여 설치되는 마찰 교반 점 용접장치.The rotating shaft spindle is installed through the first plate, the housing is friction stir spot welding apparatus is installed through the second plate and the third plate. 제 5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 회전축 스핀들과 인접한 위치의 제1 플레이트에는 이송 스크류 구동기가 설치되고, 이 구동기에 직결 구동되는 이송 스크류는 제1 플레이트, 상하 이송 너트, 제2 플레이트 및 제3 플레이트를 관통하여 설치되는 마찰 교반 점 용접장치.A feed screw driver is installed in the first plate at a position adjacent to the rotating shaft spindle, and the feed screw driven directly to the driver is a friction stir point installed through the first plate, the vertical feed nut, the second plate, and the third plate. Welding equipment. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 이송 스크류 구동기와 인접한 위치의 제1 플레이트에는 상기 회전축 구동기가 설치되는 마찰 교반 점 용접장치.Friction stir point welding device that the rotary shaft driver is installed on the first plate in the position adjacent to the feed screw driver.
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