KR101965735B1 - 금속 부재의 제조 방법 - Google Patents

금속 부재의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101965735B1
KR101965735B1 KR1020177029307A KR20177029307A KR101965735B1 KR 101965735 B1 KR101965735 B1 KR 101965735B1 KR 1020177029307 A KR1020177029307 A KR 1020177029307A KR 20177029307 A KR20177029307 A KR 20177029307A KR 101965735 B1 KR101965735 B1 KR 101965735B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
heating
cavity
manufacturing
concave portion
Prior art date
Application number
KR1020177029307A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170125100A (ko
Inventor
도시카즈 마쓰야마
마사하루 아마노
요시타카 시바타
Original Assignee
가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Publication of KR20170125100A publication Critical patent/KR20170125100A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101965735B1 publication Critical patent/KR101965735B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/127—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding friction stir welding involving a mechanical connection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/26—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/125—Rotary tool drive mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/126—Workpiece support, i.e. backing or clamping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/18—Zonal welding by interposing weld-preventing substances between zones not to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/20—Ferrous alloys and aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/22—Ferrous alloys and copper or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49947—Assembling or joining by applying separate fastener
    • Y10T29/49966—Assembling or joining by applying separate fastener with supplemental joining
    • Y10T29/49968—Metal fusion joining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

금속 부재의 제조 방법은, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재(10)와, 제1 금속보다 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재(20)를 준비하는 공정과, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 접합하는 공정을 포함한다. 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 접합하는 공정은, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 서로 가압하고, 상대적인 위치 관계를 변경시키지 않고 회전축 주위로 상대적으로 회전시킴으로써, 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)를 가열하는 공정과, 가열된 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 서로 가압한 상태에서 냉각시키는 공정을 포함한다. 제1 부재(10)의 제2 부재(20)에 접촉하는 표면인 제1 접촉면(11)에는, 회전축과 교차하는 영역을 포함하도록 오목부(19)가 형성된다.

Description

금속 부재의 제조 방법
본 발명은 금속 부재의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 특정적으로는, 서로 다른 금속으로 이루어지는 부재가 접합된 구조를 가지는 금속 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 서로 고정된 구조를 가지는 금속 부재가, 기계 부품으로서 채용되는 경우가 있다. 예를 들면, 유압(油壓) 펌프나 유압 모터의 피스톤 슈(piston shoe)로서, 강(鋼)으로 이루어지는 베이스부에, 구리 합금으로 이루어지는 슬라이딩부를 고정시킨 것이 알려져 있다. 이 종류의 피스톤 슈에서는, 슬라이딩부를 베이스부에 대하여 코킹(caulking) 고정시킨 것이 사용되는 경우가 있다.
슬라이딩부를 베이스부에 대하여 코킹 고정시키기 위해서는, 슬라이딩부를 베이스부에 장착하기 전에, 슬라이딩부를 미리 코킹 고정 가능한 형상으로 가공하여 둘 필요가 있다. 그러므로, 슬라이딩부의 가공 비용에 기인하여 슬라이딩 부품의 제조 비용이 높아지는 문제가 있다. 이에 대하여, 슬라이딩부를 베이스부에 가압하여 변형시켜, 슬라이딩부를 베이스부에 걸어맞춤으로써, 슬라이딩부를 베이스부에 고정시킨 피스톤 슈가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허 평10―89241호 공보(특허문헌 1) 참조].
일본 공개특허 평10―89241호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 피스톤 슈의 구조에서는, 슬라이딩부는 베이스부에 대하여 걸어맞추어져 고정되어 있는데 지나지 않는다. 그러므로, 피스톤 슈에 충격이 가해진 경우, 슬라이딩부의 베이스에 대한 고정 상태가 불안정해질 우려가 있다.
본 발명은, 상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 직접 접합된 구조를 가지는 금속 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 금속 부재의 제조 방법은, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재와, 제1 금속보다 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재를 준비하는 공정과, 제1 부재와 제2 부재를 접합하는 공정을 포함한다. 제1 부재와 제2 부재를 접합하는 공정은, 제1 부재와 제2 부재를 서로 가압하고, 제1 부재 및 제2 부재를 상대적인 위치 관계를 변경시키지 않고 회전축 주위로 상대적으로 회전시킴으로써, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정과, 가열된 제1 부재와 제2 부재를 서로 가압한 상태에서 냉각시키는 공정을 포함한다. 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서 제1 부재의 제2 부재에 접촉하는 표면인 제1 접촉면에는, 회전축과 교차하는 영역을 포함하도록 패임부(dent portion)가 형성되어 있다.
본 발명의 금속 부재의 제조 방법에 있어서는, 제1 부재와 제2 부재를 서로 가압하고, 제1 부재 및 제2 부재를 상대적인 위치 관계를 변경시키지 않고 회전축 주위로 상대적으로 회전시킴으로써, 제1 부재 및 제2 부재를 가열한다. 그 후, 제1 부재와 제2 부재를 서로 가압한 상태에서 냉각함으로써, 제1 부재와 제2 부재를 접합한다.
제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서, 제2 부재에 대한 제1 부재의 주속(周速)은, 회전축에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 제1 부재와 제2 부재와의 마찰에 의해 발생하는 열은, 회전축에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 그러므로, 외주부에서 접합에 적절한 온도 상승이 달성되어 있는 경우라도 중심부에 있어서 온도 상승이 불충분해져, 양호한 접합이 어려워지는 경우가 있다.
본 발명에 있어서는, 제1 부재의 제1 접촉면에 패임부가 형성되어 있다. 그러므로, 가열되어 연화(軟化)된 제2 부재가 유동하여, 패임부에 침입한다. 가열된 제2 부재가 패임부에 침입함으로써, 중앙부(회전축을 포함하는 영역)에 열이 공급된다. 이로써, 외주부와 중심부와의 온도차가 작아지게 된다. 그 결과, 접합면 전역(全域)에 있어서 양호한 접합의 달성이 용이해진다.
이와 같이, 본 발명의 금속 부재의 제조 방법에 의하면, 상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 직접 접합된 구조를 가지는 금속 부재를 제조할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 금형의 캐비티 내에 제2 부재가 배치되어도 된다.
이와 같이 함으로써, 금형의 캐비티 내에 있어서 제2 부재가 변형되어 캐비티를 규정하는 벽면과 접촉한다. 이로써, 제2 부재가 제1 부재와 함께 회전하는 것이 억제되는 동시에, 새로운 변형도 억제된다. 그러므로, 제1 부재와 제2 부재와의 마찰에 의해 발생한 열이 캐비티 내로부터 방출되는 것이 억제된다. 그 결과, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정을 효율적으로 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 금형은, 캐비티를 규정하는 캐비티 저벽과, 캐비티를 규정하고, 캐비티 저벽에 교차하는 방향으로 연장되는 캐비티 측벽을 포함해도 된다. 이와 같이 함으로써, 상기 금속 부재의 제조 방법을 용이하게 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 제2 부재에 있어서 제1 부재에 접촉하는 면인 제2 접촉면이, 캐비티 측벽에 에워싸여도 된다. 이와 같이 함으로써, 제2 부재의 변형을 캐비티 측벽에 의해 제한할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 금형을 고정시키고, 제1 부재를 회전시켜도 된다. 이와 같이 함으로써, 상기 금속 부재의 제조 방법을 용이하게 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재에는 오목부가 형성되어 있어도 된다. 상기 패임부는 상기 오목부 내에 형성되어 있어도 된다. 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 제2 부재를, 적어도 일부가 상기 오목부에 진입하는 상태에서 제1 부재에 상대적으로 가압하면서 회전시킴으로써, 제1 부재 및 제2 부재를 가열해도 된다.
이와 같이 함으로써, 제1 부재의 오목부 내에 있어서 제2 부재가 변형되어 오목부를 규정하는 벽면과 접촉한다. 제2 부재의 변형은 제1 부재의 오목부를 규정하는 벽면에 의해 제한된다. 그러므로, 제1 부재와 제2 부재와의 마찰에 의해 발생한 열이 오목부 내로부터 방출되는 것이 억제된다. 그 결과, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정을 효율적으로 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재는, 오목부를 규정하는 오목부 바닥면과, 오목부를 규정하고, 오목부 바닥면에 교차하는 방향으로 연장되는 오목부 측면을 포함해도 된다. 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 제1 부재의 오목부 바닥면에 제2 부재가 상대적으로 가압되면서 회전해도 된다. 이와 같이 함으로써, 상기 금속 부재의 제조 방법을 용이하게 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 제2 부재가 변형됨으로써 오목부 측면에 접촉해도 된다. 이와 같이, 오목부 측면이 제2 부재의 변형을 제한함으로써, 상기 금속 부재의 제조 방법을 용이하게 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법은, 제1 부재와 제2 부재가 접합된 상태에서 오목부 측면이 제거되도록 제1 부재가 가공되는 공정을 더 포함하고 있어도 된다. 이와 같이 함으로써, 제1 부재가 오목부 바닥면에 있어서 제2 부재와 접합되어 형성되는 금속 부재를 얻을 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서는, 제1 부재를 고정시키고, 제2 부재를 회전시켜도 된다. 이와 같이 함으로써, 상기 금속 부재의 제조 방법을 용이하게 실시할 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법은, 제1 부재와 제2 부재가 접합된 상태에서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서 제2 부재가 변형되어 형성된 플래시(flash)를 제거하는 공정을 더 포함하고 있어도 된다. 이와 같이 함으로써, 제1 부재와 제2 부재와의 접합에 있어서 형성되는 플래시가 제거된 금속 부재를 얻을 수 있다.
상기 금속 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재를 가열하는 공정에서, 온도가 상승한 상태에서의 제2 금속의 변형 저항은 제1 금속의 변형 저항에 비해 10% 이상 작아도 된다. 이와 같이 함으로써, 제1 부재와 제2 부재와의 접합이 용이해진다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 금속 부재의 제조 방법에 의하면, 상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 직접 접합된 구조를 가지는 금속 부재를 제조할 수 있다.
도 1은 실시형태 1의 금속 부재의 구조를 나타낸 개략 단면도(斷面圖)이다.
도 2는 금속 부재의 제조 방법의 개략을 나타낸 플로우차트이다.
도 3은 실시형태 1의 금속 부재의 제조 장치의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4는 실시형태 1의 금속 부재의 제조 장치의 동작을 나타낸 개략 단면도이다.
도 5는 금형의 구조를 나타낸 개략 평면도이다.
도 6은 실시형태 1의 금속 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7은 실시형태 2의 금속 부재의 구조를 나타낸 개략 단면도이다.
도 8은 실시형태 2의 금속 부재의 제조 장치의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 9는 실시형태 2의 금속 부재의 제조 장치의 동작을 나타낸 개략 단면도이다.
도 10은 실시형태 2의 금속 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 11은 실시형태 2의 금속 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 12는 실시형태 2의 금속 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 13은 초음파 탐상 시험에 의한 접합 상태의 확인 결과를 나타낸 도면이다(실시예).
도 14는 초음파 탐상 시험에 의한 접합 상태의 확인 결과를 나타낸 도면이다(비교예).
도 15는 패임부의 단부(端部) 부근에서의 제1 부재와 제2 부재와의 계면 부근의 상태를 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 16은 패임부의 중앙 부근에서의 제1 부재와 제2 부재와의 계면 부근의 상태를 나타낸 광학 현미경 사진이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 그리고, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 반복하지 않는다.
(실시형태 1)
도 1은, 본 실시형태의 금속 부재의 제조 방법에 의해 제조 가능한 금속 부재(기계 부품)의 구조를 나타낸 개략 단면도이다. 도 1을 참조하여, 금속 부재(1)는, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재(10)와 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재(20)가 접합된 구조를 가지고 있다.
제1 부재(10)는, 원통형의 형상을 가지고 있다. 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(端面)(11)이 제2 부재(20)와의 접합면으로 되어 있다. 제2 부재(20)는 원통형(원반형)의 형상을 가지고 있다. 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)이 제1 부재(10)와의 접합면으로 되어 있다.
제2 부재(20)를 구성하는 제2 금속은, 제1 부재(10)를 구성하는 제1 금속에 비해 변형 저항이 작다. 본 실시형태에 있어서, 제1 금속으로서는, 예를 들면, 조질(調質; thermal refining)된[담금질(hardening) 처리 및 템퍼링(tempering) 처리된] 강(예를 들면, JIS 규격 SCM440 등의 기계 구조용 합금강 또는 기계 구조용 탄소강)이 채용된다. 제2 금속으로서는, 구리 합금[예를 들면, 고력 황동(high-strength brass)]이 채용된다.
제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)에는, 제1 부재(10)의 중심축(C)과 교차하는 영역을 포함하도록 패임부(19)가 형성되어 있다. 패임부(19) 내는, 제2 부재(20)에 의해 충전되어 있다. 이와 같은 금속 부재(1)는, 다음과 같은 본 실시형태에 있어서의 금속 부재의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
도 2는, 금속 부재의 제조 방법의 개략을 나타낸 플로우차트이다. 도 3은, 금속 부재의 제조 장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 4는, 금속 부재의 제조 장치의 동작을 나타낸 개략 단면도이다. 도 5는, 금속 부재의 제조 장치에 포함되는 금형의 구조를 나타낸 개략 평면도이다. 도 6은, 금속 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 금속 부재(1)의 제조 방법에서는, 먼저 공정(S10)에서 성형 부재 준비 공정이 실시된다. 이 공정(S10)에서는, 도 4를 참조하여, 예를 들면, 조질(thermal refining) 처리된 기계 구조용 합금강으로 이루어지는 원통 형상의 제1 부재(10)와, 고력 황동으로 이루어지는 원반형상의 제2 부재(20)가 준비된다. 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)은, 접합면으로 될 제1 접촉면이다. 한쪽의 단면(11)에는, 패임부(19)가 형성되어 있다. 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)은, 접합면으로 될 평탄면인 제2 접촉면이다.
다음에, 공정(S20)에서 세정 공정이 실시된다. 이 공정(S20)에서는, 공정(S10)에 있어서 준비된 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)가 세정된다. 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)가, 메탄올, 에탄올, 아세톤 등의 액체를 사용하여 세정된다. 이로써, 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)를 준비하기 위한 절단, 가공 등의 프로세스에 있어서 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)에 부착된 이물질 등이 제거된다. 그리고, 본 실시형태의 금속 부재(1)의 제조 방법에서는, 제2 부재(20)의 단면에 대한 정밀한 마무리 가공은 생략할 수 있다. 제2 부재(20)의 단면은 절단인 채의 상태라도 된다.
다음에, 도 2를 참조하여, 폐색(閉塞) 마찰 접합 공정이 실시된다. 폐색 마찰 접합 공정은, 접합 준비 공정, 마찰 공정 및 냉각 공정을 포함하고 있다. 여기서, 폐색 마찰 접합을 실시함으로써 금속 부재(1)를 제조하는 금속 부재의 제조 장치에 대하여 설명한다.
도 3를 참조하여, 금속 부재의 제조 장치인 폐색 마찰 접합 장치(9)는, 축 α 주위로 회전 가능한 주축(spindle)(95)과, 주축(95)에 대하여 축 α 방향으로 간격을 두고 배치된 기대부(base portion)(98)와, 주축(95)을 축 α 방향으로 구동함으로써 주축(95)과 기대부(98)와의 간격을 조정하는 구동부(97)와, 주축(95) 및 기대부(98)를 지지하는 프레임(90)을 구비하고 있다.
도 3를 참조하여, 프레임(90) 내에는, 축 α에 대하여 평행하게 연장되는 샤프트(90A)가 설치되어 있다. 샤프트(90A)는, 주축(95)을 지지하는 주축 지지부(90C)를 샤프트(90A)의 연장 방향을 따라 이동 가능하게 지지하고 있다. 또한, 샤프트(90A)에는, 샤프트(90A)를 구동시키는 주축 이동 모터(90B)가 접속되어 있다. 샤프트(90A)가 주축 이동 모터(90B)에 의해 구동됨으로써, 주축 지지부(90C)에 의해 지지되는 주축(95)이 축 α 방향으로 이동한다. 이로써, 주축(95)과 기대부(98)와의 간격을 조정할 수 있다. 샤프트(90A), 주축 지지부(90C) 및 주축 이동 모터(90B)는, 구동부(97)를 구성한다.
구동부(97)에 의해 주축(95)과 기대부(98)와의 간격을 조정하여 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 접촉시킨 상태(도 4 상태)에 있어서, 캐비티(93A)를 규정하는 캐비티 측벽(93C)이, 제2 부재(20)에 있어서 제1 부재(10)에 접촉하는 면인 제2 접촉면으로서의 한쪽의 단면(21)의 외주(外周)를 에워싸도록, 회전측 척(chuck)(94) 및 금형(93)이 배치되어 있다. 도 4를 참조하여, 축 α 방향에서의 캐비티 측벽(93C)의 높이는, 제2 부재(20)의 두께보다 크다.
도 3를 참조하여, 주축(95)에는, 기대부(98)에 대향하도록 제1 부재(10)를 유지하는 제1 유지부로서의 회전측 척(94)이 설치되어 있다. 또한, 주축(95)에는, 주축(95)을 축 α 주위로 회전 구동하는 주축 모터(95B)가 접속되어 있다. 또한, 주축(95)에는, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접촉 하중을 검지하는 하중 센서(96)가 설치되어 있다. 이 하중 센서(96)는, 회전측 척(94)에 가해지는 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접촉의 반력(反力)의 크기로부터, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접촉 하중을 검지한다. 하중 센서(96)는, 폐색 마찰 접합 장치(9)에 있어서 필수적인 구성은 아니지만, 이것을 설치함으로써, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접촉 하중을 적절한 범위로 조정하는 것이 용이해진다.
기대부(98)에는, 회전측 척에 대향하도록 제2 부재(20)를 유지하는 제2 유지부로서의 금형(93)이 배치되어 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 기대부(98)는, 베이스체(91)와 금형 홀더(92)와 금형(93)을 포함하고 있다. 베이스체(91)는, 프레임(90) 상에 설치되어 있다. 금형 홀더(92)는, 베이스체(91) 상에 고정되어 있다. 금형(93)은, 금형 홀더(92)에 형성된 오목부인 금형 유지부에 끼워넣어지고, 직경 방향 척 면(92B)에 의해 고정되어 있다. 금형(93)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 2개의 부품(99, 99)으로 분리할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 금형(93)은, 원형의 평면인 캐비티 저벽(93B)과, 캐비티 저벽(93B)으로부터 캐비티 저벽(93B)에 교차하는 방향(수직인 방향)으로 연장되는 캐비티 측벽(93C)을 포함한다. 캐비티 저벽(93B) 및 캐비티 측벽(93C)은, 캐비티(93A)를 규정한다. 캐비티 측벽(93C)은, 원형의 형상을 가지는 캐비티 저벽(93B)의 외주에 접속되고, 캐비티 저벽(93B)과 같은 직경을 가지는 원통면 형상을 가지고 있다.
다음에, 폐색 마찰 접합 공정의 구체적인 수순을 설명한다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 공정(S30)에서 실시되는 접합 준비 공정에서는, 제1 부재(10)가 외주면(外周面)에 있어서 회전측 척(94)에 유지된다. 제2 부재(20)가 금형(93)의 캐비티(93A) 내에 세팅된다. 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)이, 캐비티 측벽(93C)에 에워싸인다.
캐비티(93A)를 규정하는 캐비티 저벽(93B)에 단면에 있어서 접촉하도록 제2 부재(20)가 배치된다. 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)과 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)이 대향하고, 또한 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)의 중심축이 회전측 척의 회전축 α에 일치하도록, 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)는 배치된다. 제1 접촉면일뿐인 단면(11)에는, 회전축 α와 교차하는 영역을 포함하도록 패임부(19)가 형성되어 있다. 패임부(19)는, 회전축 α에 중심축이 일치하는 원반형의 형상을 가지고 있다. 평면에서 볼 때(회전축 α의 방향에서 볼 때) 회전축 α가 패임부(19) 내에 위치한다.
캐비티(93A) 내에는, 이형제(離型劑)가 도입된다. 이로써, 후술하는 공정(S40)에 있어서 캐비티(93A) 내에 이형제가 존재하는 상태에서 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)가 가열된다. 이 이형제의 도입(導入)은 필수적인 수순은 아니지만, 이형제를 도입함으로써, 후술하는 공정(S50)에 있어서 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 접합되어 구성되는 구조체를 금형(93)으로부터 분리해 내는 것이 용이해진다. 이형제는, 액체상이라도 되고 분체상(粉體狀)이라도 된다.
다음에, 공정(S40)에서 마찰 공정이 실시된다. 이 공정(S40)에서는, 주축(95)이 주축 모터(95B)에 의해 구동되어 축 α 주위로 회전하는 동시에, 주축 이동 모터(90B)에 의해 구동되어 기대부(98)에 가까워진다. 이로써, 회전측 척(94)이 축 α 주위로 회전하면서, 금형(93)에 가까워진다.
제1 부재(10)는, 제2 부재(20)에 가압되면서, 제2 부재(20)에 대한 상대적인 위치 관계를 변경시키지 않고 회전축 α 주위로 상대적으로 회전한다. 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접촉부의 온도가 마찰열에 의해 상승한다. 이 마찰열에 의해, 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)가 가열된다. 제2 부재(20)의 온도는, 예를 들면, 제2 부재(20)를 구성하는 제2 금속의 연화점(軟化点) 이상의 온도로서 융점 미만의 온도까지 상승한다.
전술한 바와 같이, 제2 부재(20)의 변형 저항은 제1 부재(10)의 변형 저항에 비해 작다. 가열된 제2 부재(20)는 연화하여 변형되고, 금형(93)의 캐비티 측벽(93C)에 접촉한다. 이로써, 제2 부재(20)가 제1 부재(10)와 함께 회전하는 것이 억제되는 동시에, 제2 부재(20)의 새로운 변형도 억제된다. 그러므로, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 마찰에 의해 새로운 열이 발생하고, 발생한 열이 캐비티(93A) 내로부터 방출되는 것이 억제된다.
다음에, 공정(S50)에서 냉각 공정이 실시된다. 이 공정(S50)에서는, 먼저 주축(95)의 회전수를 저하시켜, 정지시킨다. 그 후, 하중 센서(96)에 의해 검지되는 가압 하중을 저하시킨다. 이 사이, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)는 서로 가압되는 상태를 유지하면서 냉각된다. 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)는 서로 접촉된 상태에서 냉각된다. 이로써, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 직접 접합된다.
가압 하중이 0로 된 후, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 접합되어 구성되는 구조체인 금속 부재(1)가 폐색 마찰 접합 장치(9)로부터 인출된다. 이상의 수순에 따라 폐색 마찰 접합 공정이 완료된다.
다음에, 공정(S60)에서, 기계 가공 공정이 실시된다. 이 공정(S60)에서는, 공정(S50)에서 얻어진 금속 부재(1)에 대하여 기계 가공이 실시된다. 공정(S60)에서는, 예를 들면, 공정(S40)에서 제2 부재(20)가 변형되어 형성되는 플래시가 제거된다. 그 후, 필요에 따라 열처리, 마무리 가공 등이 실시되어 금속 부재(1)가 완성한다.
상기 공정(S40)에서, 제2 부재(20)에 대한 제1 부재(10)의 주속은, 회전축 α에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 마찰에 의해 발생하는 열은, 회전축 α에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 제1 부재(10)의 직경이 클 경우, 외주부와 중심부와의 온도차가 커지게 된다. 그러므로, 외주부에서 접합에 적절한 온도 상승이 달성되어 있는 경우라도 중심부에 있어서 온도 상승이 불충분해져, 양호한 접합이 어려워지는 경우가 있다.
본 실시형태에 있어서는, 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)에 패임부(19)가 형성되어 있다. 도 6을 참조하여, 본 실시형태에 있어서는, 가열되어 연화된 제2 부재(20)가 화살표 γ를 따라 유동하고, 회전축 α와 교차하는 영역을 포함하도록 형성된 패임부(19)에 침입한다. 제2 부재(20)가 패임부(19)에 침입함으로써, 중앙부(회전축 α를 포함하는 영역)에 열이 공급된다. 이로써, 외주부와 중심부와의 온도차가 작아지게 된다. 그 결과, 접합면 전역에 있어서 양호한 접합의 달성이 용이해진다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 폐색 마찰 접합 장치(9)를 사용한 금속 부재(1)의 제조 방법에 의하면, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재(10)와, 제1 금속보다 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재(20)가 직접 견고하게 접합된 구조를 가지는 금속 부재(1)를 제조할 수 있다. 상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 서로 직접 견고하게 접합된 구조를 가지는 금속 부재(1)가 제조된다.
(실시형태 2)
다음에, 본 발명의 다른 실시예인 실시형태 2에 대하여 설명한다. 도 7은, 실시형태 2의 금속 부재의 제조 방법에 의해 제조 가능한 금속 부재(기계 부품)의 구조를 나타낸 개략 단면도이다. 도 7을 참조하여, 금속 부재(1)는, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재(10)와 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재(20)가 접합된 구조를 가지고 있다.
제1 부재(10)는, 원통형(원반형)의 형상을 가지고 있다. 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)이 제2 부재(20)와의 접합면으로 되어 있다. 제2 부재(20)는 원통형의 형상을 가지고 있다. 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)이 제1 부재(10)와의 접합면으로 되어 있다. 제2 부재(20)를 구성하는 제2 금속은, 제1 부재(10)를 구성하는 제1 금속에 비해 변형 저항이 작다. 제1 금속 및 제2 금속으로서는, 실시형태 1의 경우와 동일한 금속이 채용된다.
제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)에는, 제1 부재(10)의 중심축(C)과 교차하는 영역을 포함하도록 패임부(19)가 형성되어 있다. 패임부(19) 내는, 제2 부재(20)에 의해 충전되어 있다. 이와 같은 금속 부재(1)는, 다음과 같은 본 실시형태에 있어서의 금속 부재의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
도 2는, 금속 부재의 제조 방법의 개략을 나타낸 플로우차트이다. 도 8은, 금속 부재의 제조 장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 9는, 금속 부재의 제조 장치의 동작을 나타낸 개략 단면도이다. 도 10∼도 12는, 금속 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 금속 부재(1)의 제조 방법에서는, 먼저 공정(S10)에서 성형 부재 준비 공정이 실시된다. 이 공정(S10)에서는, 도 9를 참조하여, 예를 들면, 조질 처리된 기계 구조용 합금강으로 이루어지는 제1 부재(10)와 고력 황동으로 이루어지는 제2 부재(20)가 준비된다. 제2 부재(20)는, 원통형의 형상을 가지고 있다.
제1 부재(10)는 원통 형상(원반형상)을 가지고 있다. 제1 부재(10)는, 오목부(10A)를 가지고 있다. 오목부(10A)는, 제1 부재(10)의 중심축을 포함하도록 형성된다. 오목부(10A)는, 원통형의 형상을 가지고 있다. 제1 부재(10)의 중심축과 오목부(10A)의 중심축은 일치한다. 제1 부재(10)는, 오목부(10A)를 규정하는 오목부 바닥면(11)과, 오목부(10A)를 규정하고, 오목부 바닥면(11)에 교차하는 방향으로 연장되는 오목부 측면(12)을 포함한다.
제1 부재(10)의 오목부 바닥면(11)은, 제2 부재(20)에 접합될 제1 접촉면이다. 오목부 바닥면(11)에는, 패임부(19)가 형성되어 있다. 패임부(19)는 패임부(11) 내에 형성되어 있다. 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)은, 제1 부재(10)에 접합될 평탄면인 제2 부재 접촉면으로 되어 있다.
다음에, 공정(S20)에서 세정 공정이 실시된다. 이 공정(S20)은, 상기 실시형태 1과 마찬가지로 실시된다. 그리고, 본 실시형태의 금속 부재(1)의 제조 방법에서는, 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)에 대한 정밀한 마무리 가공은 생략할 수 있다. 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)은 절단인 채의 상태라도 된다.
다음에, 도 2를 참조하여, 폐색 마찰 접합 공정이 실시된다. 폐색 마찰 접합 공정은, 접합 준비 공정, 마찰 공정 및 냉각 공정을 포함하고 있다. 여기서, 폐색 마찰 접합을 실시함으로써 금속 부재(1)를 제조하는 금속 부재의 제조 장치에 대하여 설명한다.
도 8을 참조하여, 실시형태 2에서의 금속 부재의 제조 장치인 폐색 마찰 접합 장치(9)는, 기본적으로는 실시형태 1의 경우와 동일한 구조를 가지고, 마찬가지로 동작한다. 이하, 실시형태1의 경우와 상위한 점에 대하여 설명한다.
주축(95)에는, 기대부(98)에 대향하도록 제2 부재(20)를 유지하는 회전측 척(94)이 설치되어 있다. 기대부(98)에는, 회전측 척(94)에 대향하도록 제1 부재(10)를 유지하는 고정측 척(92)이 배치되어 있다. 도 8 및 도 9를 참조하여, 기대부(98)는, 베이스체(91)와 고정측 척(92)을 포함하고 있다. 고정측 척(92)은, 베이스체(91) 상에 고정되어 있다. 고정측 척(92)은, 제1 부재(10)를 축 방향으로 유지하는 바닥면(92A)과, 제1 부재(10)를 직경 방향으로 유지하는 직경 방향 척 면(92B)을 포함하고 있다.
다음에, 폐색 마찰 접합 공정의 구체적인 수순을 설명한다. 도 8을 참조하여, 공정(S30)에서 실시되는 접합 준비 공정에서는, 제2 부재(20)가 외주면에 있어서 회전측 척(94)에 유지된다. 또한, 제1 부재(10)가 외주면에 있어서 고정측 척(92)에 유지된다.
제1 부재(10)의 오목부 바닥면(11)과 제2 부재(20)의 한쪽의 단면(21)이 대향하고, 또한 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)의 중심축이 회전측 척(94)의 회전축 α에 일치하도록, 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)는 배치된다. 제1 접촉면인 오목부 바닥면(11)에는, 회전축 α와 교차하는 영역을 포함하도록 패임부(19)가 형성되어 있다. 패임부(19)는, 회전축 α에 중심축이 일치하는 원반형의 형상을 가지고 있다.
다음에, 공정(S40)에서 마찰 공정이 실시된다. 이 공정(S40)에서는, 주축(95)이 주축 모터(95B)에 의해 구동되어 축 α 주위로 회전하는 동시에, 주축 이동 모터(90B)에 의해 구동되어 기대부(98)에 가까워진다. 이로써, 회전측 척(94)이 축 α 주위로 회전하면서, 고정측 척(92)에 가까워진다.
그리고, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제2 부재(20)는, 적어도 일부[한쪽의 단면(21)를 포함하는 영역]가 오목부(10A)에 진입하는 상태에서 제1 부재(10)에 대한 상대적인 위치를 변경시키지 않고, 제1 부재(10)에 대하여 소정의 하중에 의해 가압되면서 상대적으로 회전한다. 제1 부재(10)의 오목부 바닥면(11)에 대하여 제2 부재(20)가 상대적으로 가압되면서 회전한다. 이로써, 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)의 온도가 마찰열에 의해 상승한다.
회전의 개시 시점에서, 제2 부재(20)의 외주면(22)과 제1 부재(10)의 오목부 측면(12)과의 사이에는 간극이 형성된다. 회전의 개시 시점에서, 제2 부재(20)의 외주면(22)과 제1 부재(10)의 오목부 측면(12)은 접촉하지 않는다.
제1 부재(10)에 대한 제2 부재(20)의 주속은, 회전축 α에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 마찰에 의해 발생하는 열은, 회전축 α에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 제2 부재(20)의 직경이 클 경우, 외주부와 중심부와의 온도차가 커지게 된다. 그러므로, 외주부에서 접합에 적절한 온도 상승이 달성되어 있는 경우라도 중심부에 있어서 온도 상승이 불충분해지는 경우가 있다.
본 실시형태에 있어서는, 제1 부재(10)의 오목부 바닥면(11)에 패임부(19)가 형성되어 있다. 또한, 제2 부재(20)의 변형 저항은 제1 부재(10)의 변형 저항에 비해 작다. 도 10을 참조하여, 본 실시형태에 있어서는, 가열되어 연화된 제2 부재(20)가 화살표 γ를 따라 유동하고, 회전축 α와 교차하는 영역을 포함하도록 형성된 패임부(19)에 침입한다.
도 11을 참조하여, 가열된 제2 부재(20)는 연화하여 변형되고, 오목부 측면(12)에 접촉한다. 제2 부재(20)의 변형은 제1 부재(10)의 오목부(10A)를 규정하는 벽면[오목부 바닥면(11) 및 오목부 측면(12)]에 의해 제한된다. 그러므로, 마찰에 의해 발생한 열이 오목부(10A) 내로부터 방출되는 것이 억제된다. 오목부(10A)는, 연화된 제2 부재(20)에 의해 충전된다. 제2 부재(20)가 변형됨으로써, 플래시(29)가 형성된다.
다음에, 공정(S50)에서 냉각 공정이 실시된다. 이 공정(S50)에서는, 먼저 주축(95)의 회전수를 저하시켜, 정지시킨다. 그 후, 하중 센서(96)에 의해 검지되는 가압 하중을 저하시킨다. 이 사이, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)는 서로 가압되는 상태를 유지하면서, 냉각된다. 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)는 서로 접촉된 상태로 냉각된다. 이로써, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 접합된다.
가압 하중이 0로 된 후, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 접합되어 구성되는 구조체인 금속 부재(1)가 폐색 마찰 접합 장치(9)로부터 인출된다(도 12 참조). 이상의 수순에 따라 폐색 마찰 접합 공정이 완료된다.
다음에, 공정(S60)에서, 기계 가공 공정이 실시된다. 이 공정(S60)에서는, 공정(S50)에서 얻어진 금속 부재(1)에 대하여 절삭 등의 기계 가공이 실시된다. 도 12를 참조하여, 공정(S60)에서는, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 접합된 상태에서 공정(S40)에서 제2 부재(20)가 변형되어 형성된 플래시(29)가 제거된다.
도 12를 참조하여, 공정(S60)에서는, 또한 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 접합된 상태에서 오목부 측면(12)이 제거되도록 제1 부재(10)가 가공된다. 파선(破線) a를 따라 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)가 절삭 가공되는 것에 의해, 오목부 측면(12)을 포함하는 외주 영역 및 플래시(29)가 제거된다. 이상의 수순에 따라 도 7에 나타낸 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접합체인 금속 부재(1)를 얻을 수 있다. 오목부 측면(12)을 포함하는 외주 영역의 제거와 플래시(29)의 제거는 연속하여 한 공정으로서 실시되어도 되고, 구별 공정으로서 시간을 두고 실시되어도 된다. 그 후, 필요에 따라 열처리, 마무리 가공 등이 실시되어 금속 부재(1)가 완성된다.
본 실시형태에 있어서는, 공정(S40)에서 연화된 제2 부재(20)가 패임부(19)에 침입함으로써, 중앙부(회전축 α를 포함하는 영역)에 열이 공급된다. 이로써, 외주부와 중심부와의 온도차가 작아지게 된다. 그 결과, 접합면 전역에 있어서 양호한 접합의 달성이 용이해진다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 폐색 마찰 접합 장치(9)를 사용한 금속 부재(1)의 제조 방법에 의하면, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재(10)와, 제1 금속보다 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재(20)가 직접 견고하게 접합된 구조를 가지는 금속 부재(1)를 제조할 수 있다. 상이한 금속으로 이루어지는 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 서로 직접 견고하게 접합된 구조를 가지는 금속 부재(1)를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 실시형태 1 및 2의 공정(S40)에 있어서, 온도가 상승한 상태에서의 제2 부재(20)(제2 금속)의 변형 저항은 제1 부재(10)(제1 금속)의 변형 저항에 비해 10% 이상 작은 것이 바람직하고, 50% 이상 작은 것이 더욱 바람직하고, 80% 이상 작은 것이 더욱 바람직하다. 전술한 바와 같이, 제1 부재(10)(제1 금속)에 비해 제2 부재(20)(제2 금속)의 변형 저항이 작을 경우, 본 실시형태와 같이 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 접합할 수 있다. 그러나, 제1 부재(10)의 변형 저항과 제2 부재(20)의 변형 저항과의 차이가 작을 경우, 공정(S40)에 있어서 제2 부재(20)만 아니라 제1 부재(10)도 변형될 우려가 있다.
이와 같은 경우, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 양호하게 접합하는 것이 어려워진다. 공정(S40)에 있어서 제1 부재(10) 및 제2 부재(20)의 온도를 엄밀하게 관리할 필요가 생긴다. 공정(S40)에 있어서, 온도가 상승한 상태에서의 제2 금속의 변형 저항을 제1 금속의 변형 저항에 비해 10% 이상 작게 설정함으로써, 양호한 접합을 달성하는 것이 용이해져, 50% 이상 작게 설정하는 것, 또한 80% 이상 작게 설정함으로써, 양호한 접합을 달성하는 것이 한층 용이해진다.
[실시예]
상기 실시형태 1과 마찬가지의 수순에 따라 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 접합하여 금속 부재(1)의 샘플을 제작하는 실험을 행하였다. 제1 부재(10)를 구성하는 금속(제1 금속)에서는, 강(기계 구조용 합금강)인 JIS 규격 SCM440(담금질 및 템퍼링 처리된)를 채용하였다. 제2 부재(20)를 구성하는 금속(제2 금속)으로서는, 고력 황동을 채용하였다. 제1 부재(10)의 직경은 127㎜로 하였다. 제2 부재(20)의 직경은 130㎜, 두께는 3㎜로 하였다. 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)에는, 제1 부재(10)와 중심축이 일치하는 직경 48㎜, 깊이 0.1㎜의 원반형상의 패임부(19)를 형성하였다(실시예). 비교를 위해, 동일한 조건에 있어서 패임부(19)의 형성을 생략한 샘플도 제작하였다(비교예).
제작된 샘플에 대하여 초음파 탐상 시험을 실시하고, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접합 상태를 확인하였다. 실시예의 샘플의 시험 결과를 도 13에 나타낸다. 비교예의 샘플의 시험 결과를 도 14에 나타낸다
도 13 및 도 14는, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 접합면에 평행한 단면(斷面)에 대응하는 화상이다. 도 13 및 도 14에 있어서, 흰 영역이 결함이 검출된 영역이다. 도 14를 참조하여, 비교예의 샘플에 있어서는, 접합면의 중심 부근에 미접합 영역(D)이 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 제2 부재(20)에 대한 제1 부재(10)의 주속은, 회전축 α에 가까워짐에 따라 작아지게 된다. 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 마찰에 의해 발생하는 열은, 회전축 α에 가까워짐에 따라 작아지게 된다.
제1 부재(10)의 직경이 본 샘플과 같이 클 경우(직경 127㎜), 외주부와 중심부와의 온도차가 커지게 된다. 그러므로, 외주부에서 접합에 적절한 온도 상승이 달성되어 있는 경우라도 중심부에 있어서 온도 상승이 불충분해지고, 양호한 접합을 달성할 수 없었던 것으로 생각된다.
도 13를 참조하여, 실시예의 샘플에 있어서는, 접합면의 중심 부근에 미접합 영역은 확인되지 않는다. 이것은, 실시예의 샘플에 있어서는, 제1 부재(10)의 한쪽의 단면(11)에 패임부(19)가 형성되어 있기 때문인 것으로 생각된다.
실시예의 샘플에 있어서는, 가열되어 연화된 제2 부재(20)가 유동하여, 패임부(19)에 침입한다. 제2 부재(20)가 패임부(19)에 침입함으로써, 중앙부(회전축 α를 포함하는 영역)에 열이 공급된다. 이로써, 외주부와 중심부와의 온도차가 작아지게 된다. 그 결과, 접합면 전역에 있어서 양호한 접합이 달성된 것으로 생각된다.
상기 실시예의 샘플을 접합면에 수직인 단면에서 절단하고, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)와의 계면 부근을 광학 현미경에 의해 관찰하였다. 패임부(19)의 직경 방향 단부 부근에서의 제1 부재(10)와 제2 부재(20)의 계면 부근의 사진을 도 15에 나타낸다. 패임부(19)의 직경 방향 중앙 부근에서의 제1 부재(10)와 제2 부재(20)의 계면 부근의 사진을 도 16에 나타낸다
도 15 및 도 16을 참조하여, 패임부(19)의 중앙 부근 및 단부 부근 중 어느 것에 있어서도, 제1 부재(10)와 제2 부재(20)가 양호하게 접합되어 있는 것이 확인된다.
이상의 실험 결과로부터, 본 발명의 금속 부재의 제조 방법에 의하면, 상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 직접 접합된 구조를 가지는 금속 부재를 제조 가능한 것이 확인된다. 특히, 직경이 큰 금속 부재를 제조하는 경우, 제1 부재에 패임부를 형성하는 본 발명의 적용이 유효하다. 또한, 예를 들면, 상기 실시예의 경우, 제1 부재와 제2 부재와의 접합에 필요로 하는 시간은 10초 정도이며, 단시간에의 접합이 가능하다.
그리고, 상기 실시형태 및 실시예에 있어서는, 제1 부재를 구성하는 금속(제1 금속)으로서 강을 채용하고, 제2 부재를 구성하는 금속(제2 금속)으로서 황동을 채용하는 경우에 대하여 예시하였으나, 본 발명에 있어서 채용 가능한 금속은 이들에 한정되지 않는다. 채용 가능한 금속의 조합의 일례를 표 1에 나타낸다
Figure 112017100300185-pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 금속 부재의 제조 방법에 있어서는, 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재, 및 제1 금속에 비해 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재의 각종 조합을 채용 가능하다.
이번 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니고, 청구의 범위에 의해 나타낸 범위, 및 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경, 개량이 포함되는 것이 의도된다.
[산업 상의 이용 가능성]
본 발명의 금속 부재의 제조 방법은, 상이한 금속으로 이루어지는 부재끼리가 서로 직접 접합된 구조를 가지는 금속 부재의 제조에, 특히 유리하게 적용될 수 있다.
1: 금속 부재, 9: 폐색 마찰 접합 장치, 10: 제1 부재, 10A: 오목부, 11: 단면(오목부 바닥면), 12: 오목부 측면, 19: 패임부, 20: 제2 부재, 21: 단면, 22: 외주면, 29: 플래시, 90: 프레임, 90A: 샤프트, 90B: 주축 이동 모터, 90C: 주축 지지부, 91: 베이스체, 92: 금형 홀더(고정측 척), 92A: 바닥면, 92B: 직경 방향 척 면, 93: 금형, 93A: 캐비티, 93B: 캐비티 저벽, 93C: 캐비티 측벽, 94: 회전측 척, 95: 주축, 95B: 주축 모터, 96: 하중 센서, 97: 구동부, 98: 기대부, 99: 부품.

Claims (18)

  1. 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재와, 상기 제1 금속보다 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재를 준비하는 단계; 및
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 단계는,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 서로 가압하고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 상대적인 위치 관계를 변경시키지 않고 회전축 주위로 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계; 및
    가열된 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 서로 가압한 상태에서 냉각시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서 상기 제1 부재의 상기 제2 부재에 접촉하는 표면인 제1 접촉면에는, 상기 회전축과 교차하는 영역을 포함하도록 패임부가 형성되어 있고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 금형의 캐비티 내에 상기 제2 부재가 배치되며,
    상기 금형은,
    상기 캐비티를 규정하는 캐비티 저벽; 및
    상기 캐비티를 규정하고, 상기 캐비티 저벽에 교차하는 방향으로 연장되는 캐비티 측벽
    을 구비하고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 상기 제2 부재에 있어서 상기 제1 부재에 접촉하는 면인 제2 접촉면이, 상기 캐비티 측벽에 에워싸이고, 또한 상기 회전의 개시 시점에, 상기 제2 접촉면과 교차하는 방향에서 상기 제2 부재의 측면이 상기 캐비티 측벽과 공간을 두고 떨어져 있는,
    금속 부재의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 상기 금형을 고정시키고, 상기 제1 부재를 회전시키는, 금속 부재의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합된 상태에서, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에 있어서 상기 제2 부재가 변형되어 형성된 플래시(flash)를 제거하는 단계를 더 포함하는, 금속 부재의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서, 온도가 상승한 상태에서의 상기 제2 금속의 변형 저항은 상기 제1 금속의 변형 저항에 비해 10% 이상 작은, 금속 부재의 제조 방법.
  13. 제1 금속으로 이루어지는 제1 부재와, 상기 제1 금속보다 변형 저항이 작은 제2 금속으로 이루어지는 제2 부재를 준비하는 단계; 및
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 단계는,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 서로 가압하고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 상대적인 위치 관계를 변경시키지 않고 회전축 주위로 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계; 및
    가열된 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 서로 가압한 상태에서 냉각시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서 상기 제1 부재의 상기 제2 부재에 접촉하는 표면인 제1 접촉면에는, 상기 회전축과 교차하는 영역을 포함하도록 패임부가 형성되어 있고,
    상기 제1 부재에는 오목부가 형성되어 있고,
    상기 패임부는 상기 오목부 내에 형성되어 있고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 상기 제2 부재를, 적어도 일부가 상기 오목부에 진입하는 상태에서 상기 제1 부재에 상대적으로 가압하면서 회전시킴으로써, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하며,
    상기 제1 부재는,
    상기 오목부를 규정하는 오목부 바닥면; 및
    상기 오목부를 규정하고, 상기 오목부 바닥면에 교차하는 방향으로 연장되는 오목부 측면
    을 구비하고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 상기 제1 부재의 상기 오목부 바닥면에 상기 제2 부재가 상대적으로 가압되면서 회전하고, 또한 상기 회전의 개시 시점에서, 상기 제2 부재에 있어서 상기 제1 부재에 접촉하는 면인 제2 접촉면과 교차하는 방항에서의 상기 제2 부재의 측면이, 상기 오목부 측면과 공간을 두고 떨어져 있는, 금속 부재의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 상기 회전 중에, 상기 제2 부재가 변형됨으로써 상기 오목부 측면에 접촉하는, 금속 부재의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합된 상태에서 상기 오목부 측면이 제거되도록 상기 제1 부재가 가공되는 단계를 더 포함하는 금속 부재의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서는, 상기 제1 부재를 고정시키고, 상기 제2 부재를 회전시키는, 금속 부재의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합된 상태에서, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에 있어서, 상기 제2 부재가 변형되어 형성된 플래시(flash)를 제거하는 단계를 더 포함하는, 금속 부재의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 가열하는 단계에서, 온도가 상승한 상태에서의 상기 제2 금속의 변형 저항은 상기 제1 금속의 변형 저항에 비해 10% 이상 작은, 금속 부재의 제조 방법.
KR1020177029307A 2015-04-15 2015-04-15 금속 부재의 제조 방법 KR101965735B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/061593 WO2016166843A1 (ja) 2015-04-15 2015-04-15 金属部材の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170125100A KR20170125100A (ko) 2017-11-13
KR101965735B1 true KR101965735B1 (ko) 2019-04-04

Family

ID=57127025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177029307A KR101965735B1 (ko) 2015-04-15 2015-04-15 금속 부재의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10618130B2 (ko)
JP (1) JP6553717B2 (ko)
KR (1) KR101965735B1 (ko)
CN (1) CN107427956A (ko)
DE (1) DE112015006449B4 (ko)
WO (1) WO2016166843A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107406523B (zh) 2015-03-20 2020-09-22 杨达志 多糖-聚氨共聚物及其在降低血浆中尿酸浓度的应用
JP6506791B2 (ja) * 2017-03-29 2019-04-24 Ｋｙｂ−Ｙｓ株式会社 接合体の製造方法及び接合体
DE112019004864T5 (de) * 2018-09-27 2021-06-10 Kyb-Ys Co., Ltd. Herstellungsverfahren eines Verbindungskörpers
CN113967784B (zh) * 2021-11-22 2022-05-13 中国兵器工业第五九研究所 一种大尺寸铝-钢反应辅热增韧摩擦焊接方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000301364A (ja) * 1999-04-12 2000-10-31 Mitsuo Tsukada 異種金属材料の回転摩擦圧接方法
JP2000343246A (ja) * 1999-06-03 2000-12-12 Mitsubishi Motors Corp 軸状部材の摩擦圧接部構造及び摩擦圧接方法
JP2002113583A (ja) * 2000-10-10 2002-04-16 Kogi Corp 摩擦圧接方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3040427A (en) * 1958-08-29 1962-06-26 Howell Stanley Method of uniting copper and aluminum tubes
US3144710A (en) * 1961-05-01 1964-08-18 American Mach & Foundry Friction sealing
US3452421A (en) * 1964-03-13 1969-07-01 Caterpillar Tractor Co Friction welding of dissimilar materials
US3444611A (en) * 1966-02-25 1969-05-20 Ford Motor Co Friction welding method
GB1277579A (en) 1968-07-15 1972-06-14 Wellworthy Ltd Pistons
JPS5870989A (ja) 1981-10-22 1983-04-27 Nissan Motor Co Ltd 異種部材の接合方法
JPS60187486A (ja) * 1984-03-06 1985-09-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 金属部材の接合方法
DE3626009A1 (de) 1985-08-06 1987-02-12 Kuka Schweissanlagen & Roboter Verfahren zum verbinden von metallischen koerpern mit anderen metallischen oder nichtmetallischen, insbesondere keramischen teilen
US5154340A (en) 1991-07-02 1992-10-13 Peacock Harold B Method and device for frictional welding
JPH0663775A (ja) * 1992-08-21 1994-03-08 Kuroishi Tekko Kk 環状部材と軸状部材とを接合する方法
JPH09122935A (ja) 1995-10-26 1997-05-13 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd アルミ体と鉄系軸との接合方法および接合体
JPH1089241A (ja) 1996-09-17 1998-04-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd 斜板式液圧回転機
CN1114514C (zh) * 2000-07-19 2003-07-16 中国科学院金属研究所 一种异金属接头的制造方法
JP2002178167A (ja) * 2000-12-08 2002-06-25 Fuji Oozx Inc Ｔｉ合金とＴｉ−Ａｌ系金属間化合物との接合方法及びこの方法により形成したエンジンバルブ
US6691910B2 (en) * 2000-12-08 2004-02-17 Fuji Oozx, Inc. Method of joining different metal materials by friction welding
DE10330188A1 (de) * 2003-07-03 2005-02-03 Kuka Schweissanlagen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Pressschweißen
DE102004011615A1 (de) 2004-03-10 2005-09-29 Mtu Aero Engines Gmbh Rotationsreibschweißanlage
US20050218192A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-06 Jeff Lovin Method and system of inertia friction welding
FR2903921B1 (fr) * 2006-07-19 2009-06-05 Snecma Sa Procede de fabrication d'un disque aubage monobloc et moule pour la mise en oeuvre du procede
EP3116676B1 (en) * 2014-03-11 2018-06-06 Eaton Capital Method of manufacturing a gear by upsetting parts into groove provided therein

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000301364A (ja) * 1999-04-12 2000-10-31 Mitsuo Tsukada 異種金属材料の回転摩擦圧接方法
JP2000343246A (ja) * 1999-06-03 2000-12-12 Mitsubishi Motors Corp 軸状部材の摩擦圧接部構造及び摩擦圧接方法
JP2002113583A (ja) * 2000-10-10 2002-04-16 Kogi Corp 摩擦圧接方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112015006449B4 (de) 2024-02-01
US10618130B2 (en) 2020-04-14
US20180056438A1 (en) 2018-03-01
DE112015006449T5 (de) 2018-01-18
KR20170125100A (ko) 2017-11-13
JPWO2016166843A1 (ja) 2018-02-08
CN107427956A (zh) 2017-12-01
WO2016166843A1 (ja) 2016-10-20
JP6553717B2 (ja) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101965735B1 (ko) 금속 부재의 제조 방법
KR102008309B1 (ko) 금속 부재의 제조 방법
JP6449444B2 (ja) 金属部材の製造方法
KR101840246B1 (ko) 슬라이딩 부품, 슬라이딩 부품의 제조 방법 및 슬라이딩 부품의 제조 장치
KR101972427B1 (ko) 금속 부재의 제조 방법
JP6653974B2 (ja) 機械部品およびその製造方法
KR101859601B1 (ko) 금속 부재의 제조 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right