KR20100017771A

KR20100017771A - 마찰 용접 후의 칼라의 변형으로 서로 포개어져 배열된 다수의 평면 부품들 사이에 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법 및 이를 이용하여 형성된 마찰 용접 연결부

Info

Publication number: KR20100017771A
Application number: KR20097025860A
Authority: KR
Inventors: 에버하르트 크리스트; 요륵 팀; 토어스텐 푹스; 게르하르트 두비엘
Original assignee: 에요트 게엠베하 운트 콤파니 카게
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2010-02-16
Also published as: DE102007021891A1; JP2010526666A; JP5429671B2; US8486508B2; WO2008138388A1; US20100119772A1; PL2152461T3; EP2152461B1; CN101678499A; BRPI0721625B1; MX2009012142A; BRPI0721625A2; ES2498044T3; AU2007353206A1; EP2152461A1; RU2009144030A; RU2451585C2

Abstract

본 발명은 연결 부재(60)에 의해 함께 지지되는 다수의 포개어져 배열되는 평면 부품(61, 62) 사이에 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법으로서, 상기 연결 부재의 칼라(67)가 상부 부품(61)상에 안착되고, 상기 연결 부재의 전방 단부가 하부 부품(62)과 함께 마찰 용접 영역(63)을 형성하고, 상기 마찰 용접 영역은 상기 연결 부재(62)를 회전시키고 가압함으로써 형성되는, 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법에 관한 것이다. 제1 단계에서는, 상기 마찰 용접 영역(63)이 형성되고 이후 마찰 용접 영역의 형성의 마지막에 상기 연결 부재(60)의 회전이 멈추고; 제2 단계에서는, 상기 연결 부재(60)의 회전이 멈출 때 그리고 상기 칼라(67)를 상기 상부 부품(61)에 접촉시키기 전에 압력이 가압 공구에 의해 상기 연결 부재(60)에 가해지고, 상기 압력은 상기 칼라(67)를 변형시켜 상기 칼라를 상기 상부 부품(61)에 대해 압착시킨다.

마찰 용접 영역, 마찰 용접 연결부, 연결 부재, 칼라, 비드, 가압 공구

Description

마찰 용접 후의 칼라의 변형으로 서로 포개어져 배열된 다수의 평면 부품들 사이에 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법 및 이를 이용하여 형성된 마찰 용접 연결부{METHOD FOR PRODUCING A FRICTION WELDING CONNECTION BETWEEN MULTIPLE PLANAR COMPONENTS LOCATED ONE ATOP THE OTHER WITH THE DEFORMATION OF A COLLAR AFTER THE FRICTION WELDING； FRICTION WELDING CONNECTION PRODUCED USING SAID METHOD}

본 발명은 연결 부재에 의해 함께 지지되고 있는 다수의 포개어져 배열된 평면 부품들 사이에 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 상기 연결 부재의 칼라(collar)는 상부 부품 위에 위치되고, 상기 연결 부재의 전방 단부는 하부 부품과 함께 마찰 용접 영역을 형성하며, 상기 마찰 용접 영역은 상기 연결 부재의 회전 및 압력으로 형성되는 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법에 관한 것이다.

게다가, 본 발명은 다수의 포개어 배열된 평면 부품들 사이에 상기 방법으로 형성된 마찰 용접 연결부에 관한 것이다.

미국공개공보 US-PS 3,477,115에는, 연결 부재로 함께 지지되는 다수의 포개 어 배열된 평면 부품들 사이의 마찰 용접 연결부로서, 상기 연결 부재의 칼라가 상부 부품 위에 위치하고 상기 상부 부품에는 상기 연결 부재를 수용하는 관통부가 제공되는 마찰 용접 용접부가 공지되어 있다. 전술한 공개공보의 내용에 따르면, 상기 마찰 용접 연결부를 형성하는데 사용되는 방법은, 구멍이 형성된 또는 구멍이 형성되지 않은 상부 부품이 하부 부품에 닿는 뭉툭한 전방면(blunt front face)을 가지는 연결부재에 의해 관통되고, 연결 부재로부터의 압력을 하부 부품에 가함으로써 연결 부재와 하부 부품 사이에 마찰 용접 영역을 형성하고, 이후 이러한 두 부품은 상부 부품 위에 위치하는 칼라를 가지는 연결 부재 및 마찰 용접 영역에 의해 접합된다. 상기 접합은 특히 연결 부재의 전방 단부와 하부 부품 사이에 형성된 마찰 용접 영역의 형성에 크게 의존적이고, 용접하고자 하는 물질의 연화로 인해 마찰 용접 작업 동안 가압력이 감소되기 때문에 상기 두 개의 부품은 어떠한 특정 고정 장력(holding tension)도 받지 않으며, 접합하고자 하는 부품들은 마찰 용접 영역에 있는 물질이 뒤이어 응고될 부분에 정확하게 지지된다. 따라서, 전술한 공개공보에서 사용되는 마찰 용접 방법은 특정 고정 장력을 받을 수 있는 연결부를 형성할 수 없다.

본 발명의 목적은, 마찰 용접 영역이 응고될 때에도 상부 부품이 하부 부품 쪽을 향하는 가압 장력(pressure-application tension)을 받을 수 있도록 하는 전술한 마찰 용접 방법 및 마찰 용접 연결부를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은, 제1 단계에서는 마찰 용접 영역이 형성된 후 상기 마찰 용접 영역의 형성의 마지막에 상기 연결 부재의 회전이 멈추고, 제2 단계에서는 상기 연결 부재의 회전이 멈출 때 그리고 칼라를 상부 부품에 접촉시키기 전에 압력이 가압 공구에 의해 상기 연결 부재에 가해지고, 상기 압력은 상기 칼라를 변형시켜 상기 칼라를 상기 상부 부품에 압착시킴으로써 달성된다.

마찰 용접 연결부를 형성하는 방법이 전술한 두 단계로 구성되어 있으며, 우선, 마찰 용접 작업의 마지막에 그리고 연결 부재의 회전이 실질적으로 멈출 때 상기 연결 부재의 칼라가 여전히 상부 부품으로부터 소정 거리 떨어져 있도록, 즉 상기 칼라가 상기 상부 부품과 접촉하기 전의 위치에 있도록, 마찰 용접 연결부가 형성되고, 이로 인해 본 발명에 따른 방법의 제2 단계에서는 상기 칼라에 가해진 압력(이로 인해 상기 칼라는 변형되고 비틀어짐)으로 인해 상기 상부 부품은 지속적인 압력을 받고, 상기 지속적인 압력은 상기 마찰 용접 연결부의 구성 및 최종 상태와 전혀 무관하다.

상기 방법에 따라 형성된 마찰 용접 연결부가 본 발명에 따라 구성되어 있어, 연결 부재에 압력을 가함으로써 마찰 용접 작업의 마지막에 상기 칼라는 상부 부품에 맞춰지도록 변형되고, 이러한 변형으로 인해 상부 부품과 연결 부재 사이를 견고하게 접합시킨다. 따라서, 상기 칼라는 변형될 수 있는 구성을 가지고, 상기 변형으로 인해 상기 상부 부품 및 상기 연결 부재 사이를 견고하게 접합시키고, 이로 인해 상기 상부 부품은 변형된 칼라에 의해 하부 부품에 지속적으로 압착된다.

본 발명에 따른 방법은, 상부 부품 각각에 연결 부재를 수용하기 위한 관통부가 제공되어 있는지 또는 상기 상부 부품이 구멍이 형성되지 않은 상부 부품인지 여부에 무관하게 다수의 포개어져 배열된 평면 부품을 접합하는데 사용될 수 있다. 첫 번째 경우로, 회전 및 압력을 통하여, 연결 부재의 전방면이 상기 전방면의 영역에 있는 하부 부품의 물질을 융해하고, 이로 인해 상기 하부 부품에 마찰 용접 영역을 형성한다. 두 번째 경우로, 연결 부재는 상부 부품의 연화로 인해 상기 상부 부품을 관통하여 압착되고, 하부 부품과 접촉하게 되어 마찰 용접 영역을 형성한다.

바람직한 실시 형태로서, 칼라는 상부 부품에 대해 뭉툭한 원뿔형 접촉면을 가질 수 있고, 변형 후 상기 접촉면의 외부 에지는 고리와 유사한 방식으로 상기 상부 부품 위에 위치하거나 또는 상기 상부 부품 내부로 관통할 수 있다.

대체적으로, 칼라는 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법 동안 형성되어 있지 않을 수 있고, 더 명확하게는 상기 칼라는 가압 공구에 의해 형성된 벌지부(bulge) 형태이고, 상기 벌지부는 상기 상부 부품에서 떨어져 위치하는 상기 연결 부재의 측면에 위치하는 상기 연결 부재의 보어의 일부분이다. 처음부터 연결 부재에는 칼라가 존재할 필요가 없기 때문에, 이러한 구성의 칼라로 인해 칼라의 구조를 단순화시킬 수 있다. 칼라는 연결 부재에 있는 보어의 측벽 바깥쪽을 향하는 벌지부로만 형성되어 있고, 상기 칼라는 상부 부품에 있는 관통부의 내부 원뿔형부 내에 압착되고, 이로 인해 마찬가지로 상부 부품과 연결 부재 사이를 견고하게 접합할 수 있다. 바람직한 실시 형태로서, 상기 마찰 용접 영역은 연결 부재의 전방면에서 고리형 면으로 형성될 수 있다. 이 경우에, 연결 부재는 회전되고 압력이 연결 부재에 가해지기 때문에, 고리형 면의 제한된 영역으로 인해 마찰 용접 영역을 신속하게 형성할 수 있고, 이로 인해 이러한 구성은 신속한 마찰 용접 연결부의 형성에 특히 바람직하다. 대체적으로, 마찰 용접 영역은 연결 부재의 전방면에 있는 베이스의 전체 단면적으로 형성될 수 있고, 이로 인해 마찰 용접 영역의 특히 넓은 영역을 야기할 수 있으므로 마찰 용접 영역은 고 하중을 견딜 수 있다.

연결 부재의 회전 및 압력을 위해 연결 부재의 구동 장치의 바람직한 구성을 획득하기 위하여, 연결 부재는 바람직하게는 상부 부품으로부터 떨어져 위치되는 측면에서 구동 척(driving chuck) 내에 끼워맞춰지는 수용 단면부가 제공된다. 상기 단면부는 예를 들어 구동 척의 대응되는 육각형부에 의해 수용될 수 있는 육각형부일 수 있다. 상기 구동 단면부는 맨드렐과 유사한 단면부일 수 있고, 이로 인해 상기 단면부는 대응되는 개구부가 제공된 구동 척 내에 끼워맞춰진다. 대체적으로, 상기 연결 부재에는 맨드렐과 유사한 구동 척을 수용하기에 적합한 중공형 구동 단면부가 제공될 수 있다.

연결 부재가 중공형 구동 단면부를 가지도록 구성되는 경우, 상기 단면부는 추가적으로 내부 원뿔형부를 가지도록 구성될 수 있고, 이때 상기 내부 원뿔형부는 바람직하게는 가압 공구를 수용하는 역할을 한다. 상기 가압 공구는 바람직하게는 내부 원뿔형부에 끼워맞춰지는 외부 원뿔형부를 형성할 수 있고, 이로 인해 상기 내부 원뿔형부는 대응되게 바깥쪽으로 벌지부를 형성하도록 할 수 있고, 상기 칼라는 변형되어 상부 부품에 대하여 압착될 수 있다.

상기 연결 부재는 암형 부품 형태 또는 나사산이 형성된 스터드 형태일 수 있고, 이로 인해 추가 부품들이 상기 연결 부재 위에 또는 상기 연결 부재에 부착될 수 있다.

연결 부재가 테두리 노치를 구비한 파이프 부품 형태이므로 칼라에서부터 야기되는 가압력이 용이하게 형성될 수 있고, 압력이 가해질 때 상기 테두리 노치는 상기 칼라가 상기 상부 부품과 전면(全面) 접촉(snug contact)할 정도로 압축된다.

자동화된 형성 과정을 위하여, 바람직하게는 상기 연결 부재에는 연결 부재를 자동적인 이송 과정을 가능하게 하는 또는 단순화시키는 구성이 제공될 수 있다. 이는 예를 들어 연결 부재가 미리 결정된 파괴 지점(breaking point)을 통하여 가압 공구에 연결됨으로써 획득될 수 있고, 여기서 마찰 용접 작업의 마지막에 상기 가압 공구는 증가된 압력을 가함으로써 상기 미리 결정된 파괴 지점으로부터 분리된다. 상기 구성은, 자동화된 이송을 위해 빈약하게 맞춰지지만 미리 결정된 파괴 지점에 의해 연결 부재에 연결된 가압 공구로 연장될 때 상기 가압 공구가 미리 결정된 파괴 지점에 의해 분리될 수 있고 경우에 따라 버려질 수 있기 때문에 상기 가압 공구가 용접 작업 후 방해가 되지 않으면서 공지의 이송 장치를 사용하여 용이하게 조정될 수 있는 특히 짧은 연결 부재를 사용하는 경우에 적합하다.

상기 연결 부재의 칼라에는 부품들과 마주하는 고리형 비드가 제공될 수 있고, 여기서 상기 상부 부품 위에 압착될 때 상기 고리형 비드는 연결 부재의 측방향 이동을 방지하고 동시에 추가로 밀봉부를 제공한다. 이는 특히 습기와 같은 이물질이 마찰 용접 영역 부근 내로 관통하는 것을 방지한다. 상기 고리형 비드는 경화 처리되어 있는 경우 특히 효율적이다.

이하에서는, 도면을 참고하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 기술하기로 한다.

도 1은, 중공형 구동 단면부 및 상부 부품과 접촉하는 용접되지 않는 고리형 면을 가지고, 상부 부품에 있는 관통부 내로 삽입되어 있는 연결 부재의 단면도이고,

도 2는 전방면의 단면 전체가 마찰 용접 작업을 위해 제공되는 유사한 연결 부재의 단면도이고,

도 3은 중공형 구동 단면부를 가지진 않지만 도 1의 연결 부재와 유사한 연결 부재의 단면도이고,

도 4는 도 3의 연결 부재의 정면도이고,

도 5는 중공형 구동 단면부 및 고리형 면을 가지는 도 1의 연결 부재와 유사한 연결 부재를 도시하고 있고,

도 6은 적절한 위치에 가압 공구를 가지고 형성된 마찰 용접 영역을 가지는 도 1과 유사한 구성의 도면이고,

도 7은 가압 공구에 의해 압력을 가하여 칼라를 변형한 후의 도 6의 장치를 도시하고 있고,

도 8은 가압 공구의 변형 실시예를 도시하고 있고,

도 9는 칼라를 압착하고 압출할 수 있도록 구성된, 상부 부품 내에 삽입된 연결 부재를 도시하고 있고,

도 10은 가압 공구로 압력을 가한 후 상부 부품에 있는 내부 원뿔형부 내로 압착되는 원뿔형 칼라를 반경 방향 바깥쪽으로 직접 성형한 후의 도 9의 구성을 도시하고 있고,

도 11 및 도 12는, 도 9의 연결부재와 유사한 구성의 연결 부재를 도시하고 있고, 여기서 상기 연결 부재는 도 12에 도시된 바와 같이 압착되고, 상기 구성은 연결 부재에 외부 고리형 비드를 형성하여 칼라를 형성하고,

도 13은 암형 부품(female part) 형태인 연결 부재를 도시하고 있고,

도 14는 나사산이 형성된 스터드 형태인 연결 부재를 도시하고 있고,

도 15는 연결 부재의 압축을 가능하게 하는 노치를 가지는 연결 부재를 도시하고 있고,

도 16은 압축된 연결 부재를 도시하고 있고,

도 17은 미리 결정된 파괴지점을 통하여 가압 공구에 연결되는 연결 부재를 도시하고 있고,

도 18은 갈라져 있는 미리 결정된 파괴지점을 가지는 압착된 연결 부재를 도시하고 있고,

도 19는 연결 부재에서 분리된 가압 공구 및 압착된 연결 부재를 도시하고 있고,

도 20은 칼라 위에 고리형 비드를 가지는 스터드 형태의 연결 부재를 도시하고 있고,

도 21은 구멍이 형성되지 않은 상부 부품 위에서 적절한 위치에 있는 구동 공구 및 연결 부재를 도시하고 있고,

도 22는 상부 부품을 관통하여 자신의 경로를 마찰하는 연결 부재를 도시하고 있고, 여기서 상부 부품으로부터의 물질은 내부 보어 내에 수용되고,

도 23은 연결 부재에 소정 압력을 가한 후의 도 22의 장치를 도시하고 있고,

도 24는 부품들과 마주하는 면에서 반경 방향 바깥쪽으로 고리형으로 절개된 에지를 가지는 중공형 연결 부재를 도시하고 있고,

도 25는 도 24의 연결 부재의 평면도이고,

도 26은 반경 방향 안쪽으로 고리형으로 절개된 에지를 가지는 도 24의 연결 부재의 변형 실시예를 도시하고 있고,

도 27은 강성인 내부 부분과 뭉툭한 원뿔형 전방면을 가지는 연결 부재를 도시하고 있고,

도 28은 칼라에 고리형 비드를 가지는 도 23와 유사한 마찰 용접 연결부를 도시하고 있다.

도 1은 두 개의 포개어져 배열된 평면 부품, 즉 상부 부품(2) 및 하부 부품(3)과 연결 부재(1)의 결합 상태를 나타내고 있다. 이하에서 더 자세히 기술될 연결 부재는 내부 부분(4)으로 구성되고, 칼라(5)가 상기 내부 부분에서부터 반경 방향 바깥쪽으로 뻗어있다. 상기 칼라(5)는 일체형으로 상기 내부 부분(4)에 연결되어 있는 원뿔형 디스크 형태이다. 상기 칼라(5)의 두께는 바깥쪽으로 갈수록 감 소하고, 이로 인해 압력이 외부 에지에 가해질 때, 상기 칼라(5)는 소정의 축방향 가요성을 가진다. 상기 연결 부재(1)는 중공형 파이프 부분 형태이고, 상기 종공형 파이프 부분에는 상기 연결 부재(1)를 회전시키도록 맨드렐과 같은 육각형 공구가 삽입될 수 있는 구동 단면부를 형성하는 (이하에서 더 구체적으로 기술될) 내부 육각형부가 제공된다. 상기 연결 부재(1)는 상기 상부 부품(2)에 있는 관통부(7) 내에 삽입되고, 상기 연결 부재는 이하에서 더 구체적으로 기술하는 바와 같이 상기 연결 부재(1)와 마주하는 하부 부품(3)의 일면에서, 이후에 마찰 용접 영역이 형성될 고리형 면(8)으로 지지된다.

도 2 내지 도 5는 연결 부재(1)의 변형 실시예를 나타내고 있다. 도 2의 단면도에서, 내부 부분(4)을 가지는 연결 부재는 중공형이고, 상기 연결 부재에는 자신의 전방면으로 마찰 용접 영역을 형성하도록 구성된 베이스(9)가 제공된다. 칼라(10)가 상기 내부 부분(4)에서부터 바깥쪽으로 뻗어있고, 상기 칼라의 단면은 도 1의 칼라(5)와 유사한 구성이다.

도 3의 단면도에 나타나 있는 연결 부재(1)는 본래 중실형인 내부 부분(11)으로 구성되고, 상기 내부 부분에는 하부 부품에 위치하는 일면에서 마찰 용접 영역을 형성하도록 제공되는 고리형 면(12)이 제공된다. 칼라(10)는 상기 내부 부분(11)으로부터 바깥쪽으로 뻗어있고, 상기 칼라는 도 2의 칼라(10)와 유사한 구성이다.

도 4는 도 3의 연결 부재(1)의 전체도이고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 내부 부분(11)은 외부가 육각형부(13) 형태이고 이로 인해 내부 육각형부를 가지는 구동 공구로 회전될 수 있다.

도 5는 도 3 및 도 4의 연결 부재(1)의 변형 실시예의 단면도이고, 도 5에서는 내부 부분(14)이 연속적인 중공형이고, 이로 인해 내부 육각형부(15)를 위한 공간을 형성한다. 도 3 및 도 4에 도시된 구성과 유사하게, 도 5의 연결 부재에는 마찰 용접 영역을 형성하는 역할을 하는 고리형 면이 제공된다.

도 6은 도 1의 장치 및 가압 공구(16)를 나타내고 있고, 육각형 가압 맨드렐(17)을 구비한 상기 가압 공구는 연결 부재(1)의 내부 육각형부(19)에 체결되고, 상기 가압 공구(16)에 의해 체결될 때 외부 원뿔형부(18)가 연결 부재(1)의 상부 에지를 옆쪽으로 가압하고, 이로 인해 상부 부품(2) 방향으로 칼라(5)를 압착한다. 게다가, 상기 내부 부분(4)의 고리형 면(8)은 상부 부분(4)과 마주하는 하부 부품(3)의 면과 접촉한다. 접촉 지점에서의 검은색 영역은, 이 지점에서 가압 공구(16)를 회전하고 연결 부재(1)를 가압할 때 마찰열로 인해 마찰 용접 영역을 형성하고, 상기 마찰 용접 영역은 응고시 최종적으로 하부 부품(3) 및 연결 부재(1) 사이에 견고한 연결부를 형성한다.

도 6은 마찰 용접 영역을 형성하는 본 발명에 따른 방법의 제1 단계의 결과를 나타내고 있다. 상기 마찰 용접 영역이 형성되고 난 후, 상기 가압 공구(16)는 회전을 멈추지만, 연결 부재(1)에 대한 압력을 계속 유지한다.

상기 가압 공구(16)의 회전을 정지함으로써 본 발명에 따른 방법의 제2 단계를 시작하고, 제2 단계에서는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 가압 공구(16)가 연결 부재(1)에 대해 증가된 압력으로 압착되고, 상기 연결 부재(1)의 칼라(5)는 더 넓 게 벤딩되며 이로 인해 상부 부품(2)에 있는 관련된 면에 대응되는 고압력을 가한다. 이는 이러한 두 부품(2, 3) 사이에, 즉 상기 연결 부재(1)를 매개로 하여, 연결부를 형성하고, 상기 연결 부재는 일면에서 고리형 면(8)에 의해 견고하게 연결되고 여기서 상기 하부 부품(3)에 마찰 용접 영역을 형성하고, 상기 연결 부재는 약간 벤딩된 칼라(5)로 상부 부품(2) 위에서 하부 부품(3) 방향으로 누르고, 이로 인해 두 부품은 모두 접합된 위치에서 연결 부재(1)에 의해 견고하게 지지된다.

도 8은 가압 공구의 구성의 변형 실시예를 도시하고 있다. 도 8의 가압 공구(20)에는 본래 평면이며 반경방향으로 뻗어있는 가압 표면(21)이 제공되고, 상기 가압 표면은 도 7의 연결 부재에 가해지는 작용과 유사하게 측방향 바깥쪽 방향으로 가압 표면(21)의 칼라(5)를 옆쪽으로 가압하고, 상기 칼라(5)는 상부 부품의 관련된 표면에 대하여 압착된다. 이를 제외하고는, 도 8의 구성은 도 7에 도시된 구성과 동일하고, 이로 인해 각 부품의 작동 원리를 설명하기 위해 도 7를 참고할 수 있다.

도 9 및 도 10은 연결 부재(22)의 구성 및 가압 공구(24)를 통한 가압 작업에 의해 칼라(23)를 형성하는 과정을 도시하고 있다. 도 9는 내부 육각형부(25) 및 고리형 면(26)을 가지는 본래 원통형 부품으로서 연결 부재(22)를 도시하고 있고, 여기서 고리형 면은 마찰 용접 영역을 나타내도록 검은색 영역으로 표시되어 있다. 상기 내부 육각형부(25)는 가압 공구(24)의 육각형 맨드렐(27)로 체결된다. 상기 연결 부재(22)를 수용하는 관통부(30)를 가지는 상부 부품(28)에는, 가압 공구(24)와 마주하는 상부 부품(28)의 측면에 위치된 내부 원뿔형부(31)가 제공된다. 상기 내부 원뿔형부(31)는 상기 연결 부재(22)가 가압 공구(24)에 의해 체결될 때 이동되는 물질을 수용하는 공간을 제공하고, 여기서 상기 물질은 도 10에 도시된 바와 같이 연결 부재(22)의 측벽에서부터 반경방향 바깥쪽으로 원뿔형상의 칼라(23)를 형성한다.

도 10은 가압 공구(24)를 회전시키는 제1 단계를 정지한 후의 도 9의 장치를 도시하고 있고, 여기서 본 발명에 따른 방법의 제2 단계의 결과로서 가압 공구(24)로부터 야기된 축방향 압력은 연결 부재(22)의 물질이 원뿔의 바깥쪽 방향으로 내부 원뿔형부(31) 내로 관통할 정도로 연결 부재(22)의 측벽을 압축하여 칼라(23)를 형성하며, 이후 칼라는 상기 하부 부품(29)에 대해 상기 상부 부품(28)을 영구적으로 압착한다.

도 11 및 도 12는 칼라가 연결 부재에서 가압 공구에 의해 형성되는 방식의 변형 실시예를 나타내고 있다. 도 11 및 도 12에서, 두 부품(상부 부품(32) 및 하부 부품(33))은 서로 포개어져 배열되고, 상기 상부 부품(32)에는 관통부(34)가 제공된다. 상기 연결 부재(35)는 상기 관통부(34) 내로 삽입되고, 상기 연결 부재에는 도 9의 연결 부재와 유사한 내부 육각형부가 제공되고, 상기 연결부재는 대응되는 외부 육각형부를 통해 가압 공구(36)에 의해 구동된다. 구동 장치와 관련하여, 도 8 및 도 9에 관한 설명을 참고할 수 있다. 도 12에서, 구동 공구(36)에 의해 가해진 압력은 가압 공구(36)와 마주하는 연결 부재의 측면에서 연결 부재(35)를 매우 압착하여 고리형 비드(37)가 연결 부재(35)의 바깥쪽으로 압착되고, 상기 고리형 비드(37)는 칼라 역할을 하며, 이로 인해 상기 고리형 비드는 하부 부품(33)에 대해 상부 부품(32)을 압착한다. 상기 하부 부품(33)은 마찰 용접 영역(검은색 영역으로 표시됨)에 의해 고리형 표면(38)을 통하여 하부 부품(33)에 연결되고, 여기서 상부 부품(32)의 관련된 표면에 대해 상기 비드(37)에 의해 가해진 압력으로 인해 두 개의 부품(32, 33)이 서로 견고하게 연결되어 유지된다.

전술한 도면에 도시된 연결 부재는 또한 암형 부품(female part)으로서 또는 나사산이 형성된 스터드로서 사용될 수 있다.

도 13에서, 연결 부재(39)에는 연속적으로 나사산이 형성된 보어(40)가 제공되고, 이로 인해 두 개의 부품(2, 3)과 접합하는 연결 부재는 또한 특정 추가 물체(5)를 고정하기 위하여 나사산(40)을 가지는 나사산이 형성된 스터드를 수용하는데 사용될 수도 있다.

도 14는 연결 부재(41)의 기본 구조체에 견고하게 연결되는 나사산이 형성된 스터드(42) 형태인 연결 부재(41)를 도시하고 있다. 상부 부품(2) 및 하부 부품(3)과 상기 연결 부재들(39, 41)의 연결은 각각 예를 들어 도 6에서의 연결 방식에서 설명된 방식으로 구현된다.

도 13 및 도 14의 구성은 접지의 형성과 같은 다양한 적용예를 위해 사용될 수 있다. 연결 부재의 추가적으로 가능한 변형 실시예가 도 15 및 도 16에 도시되어 있다. 도 15에서, 상기 연결 부재(45)는 육각형 맨드렐(44)을 가지는 가압 공구(43)로 하부 부품(3)에 대해 압착된다. 상기 연결 부재(45) 둘레에 테두리 방향으로 뻗어있는 노치(46)는 연결 부재(45)가 변형될 수 있도록 하고, 가압 작업의 마지막에 변형된 연결 부재(45)는 도 16에 도시된 형상을 가지고, 도 15에 도시된 노치(46)는 좁은 테두리 방향 주름(47)으로 변형되고, 상기 연결 부재(45)의 칼라(48)는 상부 부품(2)과 전면(全面) 접촉(snug contact)하고, 이로 인해 두 부품(2, 3)은 연결 부재(45)에 의해 견고하게 접합된다.

도 17 내지 도 19에는 연결 부재의 추가적인 특수 구성들이 도시되어 있고, 도 17 내지 도 19에서의 목적은 가압 공구에의 연결을 통하여 연결 부재에 연장부를 제공하는 것이고, 상기 연장부는 특히 소형인 연결 부재가 이송하기 어렵고 사용 지점에서 정확하게 사용되기 어려운 자동화된 공급 시스템에 특히 적절하다. 상기 연결 부재의 연장부는, 도 1의 연결 부재에 대응되는 실질적인 연결 부재가 제1 예로서 가압 공구에 견고하게 연결되는 있는 형상이다.

도 17에서, 상기 연결 부재(49)는 미리 결정된 파괴 지점(50)을 통하여 상기 가압 공구(51)에 일체형을 연결되고, 상기 가압 공구에는 연결 부재(49)와 마주하는 일면에서 도 6 및 도 7의 연결부에 기재된 바와 같이 마찰 용접 작업 동안만 유효한 원뿔형 섹션(52)이 제공된다. 상기 가압 공구(51)는 자신의 후방 단부에서 구동 공구에의 체결을 위한 육각형 섹션(53)을 형성하는 맨드렐 형태이다. 압력이 연결 부재(49)에 가해질 때 그리고 (앞서의 도면을 참고하여 전술한 바와 같이) 이어서 마찰 용접 작업을 하는 동안, 미리 결정된 파괴 지점(50)은 가압 공구(51)로부터의 증가된 압력으로 인해 최종적으로 파괴되고, 이로 인해 상기 가압 공구(51)의 원뿔형 섹션(52)은 부분적으로 연결 부재(49)의 내부 쪽으로 관통할 수 있고 대응되게 상기 연결 부재(49)의 칼라(54)를 변형시킬 수 있고(도 18), 이는 최종적으로 마찰 용접 작업으로 하부 부품(3)에 연결한 후에 도 7에 대응되는 형태를 가지는 연결 부재(49)를 제공한다. 이러한 마찰 용접 작업이 일어난 후, 상기 가압 공구(51)는 연결 부재(49)로부터 분리될 수 있어(도 19), 상기 가압 공구(51)는 상기 부품들(2, 3) 사이에서 연결 부재(49)에 의해 형성된 연결부를 더 이상 방해하지 않는다.

도 20은 도 14의 마찰 용접 연결부와 대체로 동일한 마찰 용접 연결부를 되하고 있고, 이로 인해 도 14를 참고할 수 있다. 연결 부재(55)에는 칼라(56)의 외부 에지에서, 필수적으로 높이에 걸쳐 상부 부품(58)의 물질 내로 가압된 고리형 비드(57)가 제공된다. 상기 고리형 비드(57) 및 상기 상부 부품(58) 사이의 연결부로 인해 상구 부품(58)에 대한 칼라(56)의 특수 밀봉부를 형성하고 또한 측방향 이동력에 대해 연결 부재(55)를 고정한다.

도 21은 회전 및 가압 공구(59)에 의해 체결되고 구멍이 형성되지 않은 상부 부품(61)에 위치되는 연결 부재(60)를 도시하고 있다. 도 22는 두 부품(61, 62)에 연결된 연결 부재(60)를 추가적으로 도시하고 있고, 여기서 마찰 용접 영역(63)은 연결 부재(60)와 하부 부품(62) 사이에 형성된다. 상부 부품(61)의 가소화(plasticization) 과정 동안 이동되었던 물질(65)은 연결 부재(60)의 내부(64) 쪽으로 관통하고, 추가적인 경우로서 상부 부품(61) 내로의 관통 과정 동안 가소화된 물질(66)은 또한 칼라(67) 아래에도 위치될 수 있다.

도 23은 연결 부재(60)가 두 부품(61, 62)에 대해 연속적으로 압착된 후의 도 22의 장치를 도시하고 있고, 여기서 상기 칼라(67)는 약간 벤딩되고 이로 인해 상부 부품(61) 내로 압착함으로써 스프링력을 가할 수 있다.

도 24는 기본적으로 도 1 및 도 5의 연결 부재와 동일하지만 접합시키고자 하는 부품들과 마주하는 전방면에서 바깥쪽으로 뭉툭하게 절개된 에지(70)가 단부에 형성되어 있는 중공형 연결 부재(68)를 도시하고 있다. 이러한 구성으로 인해, 상기 연결 부재(68)가 구멍이 형성되지 않은 상부 부품 내부로 용이하게 관통할 수 있고, 이동되는 물질이 안쪽으로 용이하게 유동할 수 있다.

도 25는 도 24의 연결 부재의 평면도를 도시하고 있고, 게다가 도 25는 연결 부재(68)의 후방 측면이 적절한 형상의 가압 공구로 체결될 수 있는 육각형부(71) 형태인 것을 도시하고 있다.

도 26은 연결 부재의 전방면에는 안쪽으로 절개된 에지(74)가 단부에 형성되어 있는 외부 원뿔형부(37)가 제공된다는 점에서 도 24의 연결 부재와 상이한 추가 연결 부재(72)를 도시하고 있다. 다시 말하면, 상기 절개된 에지로 인해, 상기 연결 부재(72)는 구멍이 형성되지 않은 상부 부품 내부로 용이하게 관통할 수 있고, 이동되는 물질은 용이하게 바깥쪽으로 멀리 유동할 수 있다.

도 27은 내부 부분이 스터드(76) 형태여서 연결 부재(75)가 구멍이 형성되 지 않은 구성요소인 연결 부재(75)를 도시하고 있다.

도 28은 처음에는 구멍이 형성되지 않은 상부 부품(77) 및 하부 부품(78) 사이의 마찰 용접 연결부를 도시하고 있고, 도 22와 유사하게 물질(80)은 연결 부재(82)의 중공형 공간(79) 내로 유동하고, 상기 물질(80)은 상부 부품(77)의 관련된 부분의 융해로부터 야기된다. 게다가, 상기 연결 부재(82)의 칼라(81)에는 상부 부품(77)의 물질 내로 자신의 높이 정도로 관통하는 고리형 비드(83)가 제공된다. 따라서, 도 28의 마찰 용접 연결부는 도 20의 마찰 용접 연결부와 동일하다.

Claims

연결 부재(1, 22, 35, 39)에 의해 함께 지지되는 다수의 포개어져 배열되는 평면 부품(2, 3) 사이에 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법으로서, 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)의 칼라(5, 10, 23)가 상부 부품(2, 28, 32)상에 안착되고, 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)의 전방 단부가 하부 부품(3)과 함께 마찰 용접 영역을 형성하고, 상기 마찰 용접 영역은 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)을 회전시키고 가압시킴으로써 형성되는, 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법에 있어서,

제1 단계에서는, 상기 마찰 용접 영역이 형성되고 이후 마찰 용접 영역의 형성의 마지막에 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)의 회전이 멈추고; 제2 단계에서는, 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)의 회전이 멈출 때 그리고 상기 칼라(5, 10, 23)를 상기 상부 부품(2, 28, 32)에 접촉시키기 전에 압력이 가압 공구에 의해 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)에 가해지고, 상기 압력은 상기 칼라(5, 10, 23)를 변형시켜 상기 칼라를 상기 상부 부품(2, 28, 32)에 대해 압착시키는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 하부 부품(3, 29, 33)에 마찰 용접 영역을 형성하기 전에, 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)는 상기 상부 부품(2, 28, 32)에 있는 관통부(7, 30, 34)에 의해 가이드되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

회전 및 가압에 의해, 상기 연결 부재(1, 22, 35, 39)의 전방면은 상기 전방면의 영역에 있는 상기 상부 부품(2, 28, 32)의 물질을 융해하고, 이로 인해 상기 하부 부품(3, 29, 33)에 마찰 용접 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 마찰 용접 연결부를 형성하는 방법에 의해 형성된 마찰 용접 연결부로서,

상기 연결 부재(1, 22, 39)에 압력을 가함으로써, 마찰 용접 작업의 마지막에는 상기 칼라(5)가 상기 상부 부품(2, 28, 32)에 맞춰지도록 변형되고, 이러한 변형으로 인해 상부 부품(2, 28, 32)과 연결 부재(1, 22, 39)를 접합하는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제4항에 있어서,

상기 칼라(5)는 상기 상부 부품(2)에 대해 뭉툭한 원뿔형 접촉면을 가지고, 변형 후에 상기 접촉면의 외부 에지는 고리와 유사한 방식으로 상기 상부 부품(2) 위에 위치되거나 또는 상기 상부 부품 내로 통과하는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제4항에 있어서,

상기 칼라(23)는 가압 공구에 의해 형성된 벌지부 형태이고, 상기 벌지부는 상기 상부 부품(28)에서 떨어져 위치하는 상기 연결 부재의 측면에 있는 상기 연결 부재(22)의 보어의 일부분인 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제6항에 있어서,

변형 후, 상기 벌지부는 상기 상부 부품(28)의 관통부(30)의 내부 원뿔형부(31) 내로 압착되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 마찰 용접 영역은 상기 연결 부재(22)의 전방면에서 고리형 면(38)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 마찰 용접 영역은 상기 연결 부재(1)의 전방면에서 베이스(9)의 전체 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 부품에서부터 떨어져 위치되는 상기 연결 부재의 측면에서, 상기 연결 부재(1)에는 구동 단면부(13, 15)가 제공되고, 상기 구동 단면부(13, 15)는 구동 척 내에 끼워맞춰지는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 부품으로부터 떨어져 위치되는 상기 연결 부재의 측면에서, 상기 연결 부재에는 가압 공구(18)를 수용하는 내부 원뿔형부가 제공되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 부재(39)는 암형 부품 형태인 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 부재(41)는 나사산이 형성된 스터드 형태인 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 부재(45)는 테두리 노치(46)를 구비한 파이프 부품 형태이고, 압력이 가해질 때, 상기 테두리 노치(46)는 상기 칼라(48)가 상기 상부 부품(2)과 전면 접촉할 정도로 가압되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 부재(49)는 미리 결정된 파괴 지점(50)을 통하여 상기 가압 공구(51)에 연결되고, 마찰 용접 작업의 마지막에 상기 가압 공구(51)는 증가된 압력을 가함으로써 상기 미리 결정된 파괴 지점(52)에서 분리되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 부재(82)의 상기 칼라(81)에는 고리형 비드(83)가 제공되는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.
제16항에 있어서,

상기 연결 부재의 상기 고리형 비드는 경화처리되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 연결부.