KR20130036064A - Rotating tool for forming voids and void-formation method - Google Patents
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Abstract
마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성할 때에, 공극이 찌부러지기 어렵고, 또한, 표면 결함이 생기기 어려운 공극 형성용 회전 툴 및 공극 형성 방법을 제공한다. 회전시키면서 금속 부재(Z)에 대하여 상대적으로 이동시키고, 이 금속 부재(Z)의 내부에 공극(M)을 형성하는 공극 형성용 회전 툴(1)로서, 숄더부(2)와 이 숄더부(2)로부터 수직 하강하는 교반 핀(3)을 갖고, 교반 핀(3)의 외주면에는 나선 홈(3a)이 각설되어 있고, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하인 것을 특징으로 한다. When forming a space | gap in a metal member by friction stirring, the space | gap becomes difficult to be crushed and the rotation tool for air gap formation and the method for forming a space which are hard to produce surface defects are provided. As the rotation tool 1 for forming a space which moves relatively with respect to the metal member Z, and forms the space | gap M in this metal member Z, the shoulder part 2 and this shoulder part ( 2) having a stirring pin 3 vertically descending from (2), a spiral groove 3a is formed on the outer circumferential surface of the stirring pin 3, and a value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is 1.4 or more 2.2. It is characterized by the following.
Description
본 발명은, 마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성하는 공극 형성용 회전 툴 및 이것을 사용한 공극 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a pore forming rotary tool for forming voids in a metal member by friction stirring and a void forming method using the same.
특허문헌 1에는, 숄더부와 이 숄더부의 저면에 수직 하강된 교반 핀을 구비한 공극 형성용 회전 툴이 기재되어 있다. 이 교반 핀의 외주면에는, 나사 홈이 각설되어 있다. 금속 부재의 내부에 공극을 형성하는 때는, 나사 홈의 후퇴 방향으로 회전시킨 공극 형성용 회전 툴을 평판 형상의 금속 부재의 표면에 압입하고, 일정한 높이를 유지한 상태에서 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킨다. 이에 의해, 소성 유동화된 금속이 나사 홈의 나선 유도에 의해 숄더부의 저면 부근으로 퍼내지는 동시에, 퍼내진 금속의 일부가 숄더부의 저면에 의해 눌려진다. 따라서, 공극의 상부가 마찰 교반에 의해 소성화된 금속 부재에 의해 덮이기 때문에, 금속 부재의 내부에 터널 형상의 공극을 형성할 수 있다.
그러나, 공극 형성용 회전 툴의 구성에 따라서는, 공극이 찌부러져 버리거나, 공극과 금속 부재의 표면에 연통하는 구멍(이하, 「표면 결함」이라고도 한다)을 생기게 하거나 할 가능성이 있었다. However, depending on the structure of the rotation tool for forming a space | gap, the space | gap may be crushed and the hole (henceforth "surface defect") which communicates with the surface of a space | gap and a metal member may be formed.
이와 같은 관점에서, 본 발명은, 마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성할 때에, 공극이 찌부러지기 어렵고, 또한, 표면 결함이 생기기 어려운 공극 형성용 회전 툴 및 공극 형성 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. In view of this, it is an object of the present invention to provide a rotary tool for forming voids and a method for forming voids, when the voids are formed inside the metal member by friction stirring, the voids are less likely to be crushed and surface defects are less likely to occur. It is a task.
이와 같은 과제를 해결하는 본 발명은, 마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성할 때에 사용되는 공극 형성용 회전 툴로서, 숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고, 상기 교반 핀의 외주면에는 나선 홈이 각설되어 있고, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하인 것을 특징으로 한다. The present invention which solves such a problem is a rotary tool for forming voids used when forming voids in a metal member by friction stirring, and has a shoulder portion and a stirring pin vertically descending from the shoulder portion. A spiral groove is squared on the outer circumferential surface of the pin, and a value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is 1.4 or more and 2.2 or less.
그러한 구성에 따르면, 소성 유동화된 금속을 적절하게 퍼내는 동시에, 퍼내진 금속을 숄더부의 저면으로 누를 수 있기 때문에, 공극이 찌부러지기 어렵고, 또한, 금속 부재에 표면 결함이 생기기 어렵다. 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 미만이면, 퍼내진 금속이 숄더부의 저면으로 눌려지지 않기 때문에, 표면 결함이 생기기 쉽다. 한편, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 2.2보다 크면 숄더부에서 금속이 퍼내지기 어려워지기 때문에, 금속 부재내의 공극이 찌부러지기 쉽다. 또한, 마찰 교반 장치의 주축 모터에 걸리는 부하가 커진다. According to such a structure, since the plastic fluidized metal can be appropriately pumped out, and the pumped metal can be pressed to the bottom of the shoulder portion, voids are less likely to be crushed, and surface defects are less likely to occur in the metal member. If the value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is less than 1.4, the metal is not pressed against the bottom of the shoulder portion, and thus surface defects are likely to occur. On the other hand, if the value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is larger than 2.2, the metal becomes difficult to be pumped out of the shoulder portion, and thus the voids in the metal member tend to be crushed. In addition, the load on the main shaft motor of the friction stirring device increases.
또한, 상기 교반 핀의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도가 20도 이상 40도 이하인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면 공극이 보다 찌부러지기 어렵다. 상기 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도가 20도 미만이면, 각도가 얕기 때문에 숄더부에서 금속이 퍼내지기 어려워진다. 또한, 상기 기준면에 대한 나선 홈의 각도가 40도보다 크면, 교반 핀에 대한 나선 홈 길이가 짧아지므로, 숄더부에서 금속이 퍼내지기 어려워진다. 따라서, 어떤 경우도 공극이 찌부러질 가능성이 있다. Moreover, it is preferable that the angle of the said spiral groove with respect to the reference plane which makes the axial direction of the said stirring pin into a normal line is 20 degree | times or more and 40 degrees or less. According to this configuration, the voids are more difficult to crush. If the angle of the spiral groove with respect to the reference plane is less than 20 degrees, the angle is shallow, so that it is difficult to spread metal from the shoulder portion. In addition, when the angle of the spiral groove with respect to the reference plane is greater than 40 degrees, the length of the spiral groove with respect to the stirring pin is shortened, so that it is difficult for metal to be ejected from the shoulder portion. Therefore, in any case, there is a possibility that the voids are crushed.
또한, 상기 나선 홈은, 상기 교반 핀이 일주 이상 감아 돌려져 있는 것이 바람직하다. 나선 홈의 감김 횟수가 일주 미만이면, 공극의 어느 한쪽의 측벽에 소성 유동화된 금속이 잔존하고, 공극이 찌부러질 가능성이 있지만, 이러한 구성에 따르면, 금속이 밸런스 좋게 소성 유동화되기 때문에, 공극이 찌부러지는 것을 회피할 수 있다. Moreover, it is preferable that the said helical groove has the said stirring pin wound around 1 week or more, and is turned. If the number of turns of the spiral groove is less than one week, the plastically fluidized metal remains on either sidewall of the void, and the void may be crushed. According to this configuration, the void is crushed because the metal is plastically fluidized in a balanced manner. You can avoid losing.
또한, 상기 교반 핀은, 상기 나선 홈이 형성된 나선 홈부와 상기 나선 홈이 형성되어 있지 않은 평탄면부를 구비하고 있고, 상기 나선 홈부는, 상기 교반 핀의 선단으로부터 각설되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 금속 부재의 깊은 위치에 공극을 형성할 수 있다. Moreover, it is preferable that the said stirring pin is provided with the spiral groove part in which the said spiral groove was formed, and the flat surface part in which the said spiral groove is not formed, and the said spiral groove part is squared off from the front-end | tip of the said stirring pin. According to such a structure, a space | gap can be formed in the deep position of a metal member.
또한, 상기 숄더부의 저면에 돌조가 돌출 설치되어 있고, 상기 돌조는, 상기 교반 핀의 주위에 소용돌이 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 형성되는 공극이 비교적 정돈된 형상으로 된다. Moreover, it is preferable that a protrusion protrudes from the bottom face of the said shoulder part, and the said protrusion is formed in the vortex shape around the said stirring pin. According to such a structure, the space | gap formed becomes a relatively ordered shape.
또한, 상기 돌조에는, 상기 숄더부의 저면의 반경 방향으로 절결된 절결부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 교반 핀의 기단부의 주위에 소성 유동화된 금속이 모이기 쉽고, 또한, 절결부로부터 금속이 퍼내지기 쉬워진다. 이에 의해, 비교적 큰 공극을 형성할 수 있다. Moreover, it is preferable that the notch cut | disconnected in the radial direction of the bottom face of the said shoulder part is formed in the said protrusion. According to such a structure, the plastically fluidized metal collects around the base end part of a stirring pin, and it is easy to make it out of a cutout part. As a result, a relatively large gap can be formed.
상기 교반 핀은, 선단으로부터 기단부까지 일정한 외경으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 공극의 폭을 일정하게 할 수 있다. It is preferable that the said stirring pin consists of fixed outer diameter from a front-end | tip to a base end part. According to such a structure, the width | variety of a space | gap can be made constant.
또한, 공극 형성용 회전 툴을 사용해서 금속 부재의 내부에 공극을 형성하는 공극 형성 방법으로서, 상기 공극 형성용 회전 툴은, 숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고, 상기 교반 핀의 외주면에는 나선 홈이 각설되어 있고, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하이며, 상기 공극 형성용 회전 툴을 회전시키면서, 상기 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에, 마찰 교반에 의해 유동화된 금속이, 상기 나선 홈에 의해 상기 금속 부재의 표면으로 긁어 올려지는 방향으로 상기 공극 형성용 회전 툴을 회전시키는 것을 특징으로 한다. Moreover, as a space | gap formation method which forms a space | gap inside a metal member using the space | gap formation rotation tool, the said space | gap formation rotation tool has a shoulder part and the stirring pin which descend | falls vertically in this shoulder part, The said stirring pin Spiral grooves are squared on the outer circumferential surface thereof, and the outer diameter of the shoulder portion divided by the outer diameter of the tip of the stirring pin is 1.4 or more and 2.2 or less, and is relatively moved relative to the metal member while rotating the pore forming rotating tool. At this time, it is characterized by rotating the pore-forming rotary tool in a direction in which the metal fluidized by friction stirring is scraped up to the surface of the metal member by the spiral groove.
그러한 방법에 따르면, 소성 유동화된 금속을 적절하게 퍼내는 동시에, 퍼내진 금속을 숄더부의 저면으로 누를 수 있기 때문에, 공극이 찌부러지기 어렵고, 또한, 금속 부재에 표면 결함이 생기기 어렵다. 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 미만이면, 퍼내진 금속이 숄더부의 저면으로 눌러지지 않기 때문에 표면 결함이 생기기 쉽다. 한편, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 2.2보다 크면 숄더부에서 소성 유동화된 금속이 퍼내지기 어렵기 때문에, 금속 부재내의 공극이 찌부러지기 쉽다. 또한, 마찰 교반 장치의 주축 모터에 걸리는 부하가 커진다. According to such a method, since the plasticized fluidized metal can be properly pumped out, and the pumped metal can be pressed to the bottom of the shoulder portion, voids are less likely to be crushed, and surface defects are less likely to occur in the metal member. If the value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is less than 1.4, the surface metal is likely to occur because the metal is not pressed against the bottom of the shoulder portion. On the other hand, if the value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is larger than 2.2, the plastically fluidized metal in the shoulder portion is less likely to be scooped out, so that the voids in the metal member tend to be crushed. In addition, the load on the main shaft motor of the friction stirring device increases.
또한, 상기 금속 부재의 표면과 상기 숄더부의 저면과의 거리를 0 내지 3.0㎜로 설정하는 것이 바람직하다. Moreover, it is preferable to set the distance of the surface of the said metal member and the bottom face of the said shoulder part to 0-3.0 mm.
그러한 방법에 따르면, 비교적 큰 공극을 형성할 수 있다. 금속 부재의 표면보다 아래로 숄더부의 저면을 압입하면, 소성 유동화된 금속이 보다 퍼내지기 어렵기 때문에 공극이 찌부러지기 쉽다. 한편, 금속 부재의 표면과 숄더부의 저면과의 거리를 3.0㎜보다 크게 하면, 퍼내진 금속이 숄더부의 저면으로 눌러지지 않기 때문에 금속 부재에 표면 결함이 생기기 쉽다. 또한, 여기에서의 금속 부재의 「표면」이란 마찰 교반하기 전에 있어서의 금속 부재의 표면을 말한다. According to such a method, a relatively large void can be formed. When the bottom face of the shoulder portion is pressed in from the surface of the metal member, the voids tend to be crushed because the plastically fluidized metal is less likely to be spread out. On the other hand, when the distance between the surface of the metal member and the bottom face of the shoulder portion is larger than 3.0 mm, the surface metal is likely to be caused in the metal member because the metal is not pressed against the bottom face of the shoulder portion. In addition, the "surface" of the metal member here means the surface of the metal member before friction stirring.
본 발명에 관한 공극 형성용 회전 툴 및 공극 형성 방법에 따르면, 마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성할 때에, 공극이 찌부러지기 어렵고, 또한, 금속 부재에 표면 결함이 생기기 어려워진다. According to the rotary tool for forming a void and the method for forming a void according to the present invention, when the void is formed inside the metal member by friction stirring, the void is hardly crushed, and surface defects are less likely to occur in the metal member.
도 1은 본 실시 형태에 관한 공극 형성용 회전 툴을 도시하는 도이며, (a)는 측면도, (b)는 저면도를 도시한다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 공극 형성 방법을 도시하는 도이며, (a)는 측단면도, (b)는 (a)의 I-I 종단면도를 도시한다.
도 3은 (a)는 제1 변형예를 도시하는 측면도이며, (b)는 제2 변형예를 도시하는 숄더부의 저면도이다.
도 4는 제3 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 5는 나선 홈 각도 시험에서 사용한 공극 형성용 회전 툴이며, (a)는 툴 NO.S1, (b)는 툴 NO.S2, (c)는 툴 NO.S3의 측면도 및 저면도를 도시한다.
도 6은 나선 홈 각도 시험의 시험 결과를 도시하는 금속 부재의 평면도이며, (a)는 툴 NO.S1의 결과, (b)는 툴 NO.S2의 결과, (c)는 툴 NO.S3의 결과를 도시한다.
도 7은 (a)는, 도 6의 (a)의 II-II 단면도, (b)는 도 6의 (b)의 II-II 단면도, (c)는 도 6의 (c)의 II-II 단면도이다.
도 8은 나선 홈 각도 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다.
도 9는 나선 홈 각도 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 이동 속도별로 도시하는 그래프이다.
도 10은 나선 홈 각도 시험에 있어서의 공극 면적과 이동 속도와의 관계를 간극별로 도시하는 그래프이다.
도 11은 숄더부 외경 시험에서 사용한 공극 형성용 회전 툴이며, (a)는 툴 NO.T1, (b)는 툴 NO.T2, (c)는 툴 NO.T3의 측면도 및 저면도를 도시한다.
도 12는 숄더부 외경 시험의 시험 결과를 도시하는 금속 부재의 평면도이며, (a)는 툴 NO.T1의 결과, (b)는 툴 NO.T2의 결과, (c)는 툴 NO.T3의 결과를 도시한다.
도 13은 (a)는 도 12의 (a)의 III-III 단면도, (b)는 도 12의 (b)의 III-III 단면도, (c)는 도 12의 (c)의 III-III 단면도이다.
도 14는 숄더부 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다.
도 15는 숄더부 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다.
도 16은 숄더부 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 숄더부의 외경과의 관계를 간극별로 도시하는 그래프이다.
도 17은 숄더부 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 숄더부의 외경과의 관계를 간극별로 도시하는 그래프이다.
도 18은 돌조 시험에서 사용한 공극 형성용 회전 툴이며, (a)는 툴 NO.S3-1, (b)는 툴 NO.S3-2, (c)는 툴 NO.S3-3의 측면도 및 저면도를 도시한다.
도 19는 돌조 시험의 시험 결과를 도시하는 금속 부재의 단면도이며, (a)는 툴 NO.S3-1의 결과, (b)는 툴 NO.S3-2의 결과, (c)는 툴 NO.S3-3의 결과를 도시한다.
도 20은 돌조 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다.
도 21은 교반 핀 외경 시험에서 사용한 공극 형성용 회전 툴이며, (a)는 툴 NO.U1, (b)는 툴 NO.U2, (c)는 툴 NO.U3, (d)는 툴 NO.U4의 측면도 및 저면도를 도시한다.
도 22는 교반 핀 외경 시험의 시험 결과를 도시하는 단면도이며, (a)는 툴 NO.U1의 결과, (b)는 툴 NO.U2의 결과, (c)는 툴 NO.U3의 결과, (d)는 툴 NO.U4의 결과를 도시한다.
도 23은 교반 핀 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다.
도 24는 교반 핀 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다.
도 25는 교반 핀 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 교반 핀의 외경과의 관계를 간극별로 도시하는 그래프이다.
도 26은 공극 깊이 시험에서 사용한 공극 형성용 회전 툴이며, (a)는 툴 NO.T2, (b)는 툴 NO.T2-1, (c)는 툴 NO.T2-2의 측면도 및 저면도를 도시한다.
도 27은 공극 깊이 시험의 시험 결과를 도시하는 단면도이며, (a) 및 (b)는 툴 NO.T2의 결과, (c) 및 (d)는 툴 NO.T2-1의 결과를 도시한다.
도 28은 공극 깊이 시험의 시험 결과를 도시하는 단면도이며, (a) 및 (b)는 툴 NO.T2-2의 결과를 도시한다.
도 29는 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 깊이와 평탄면부의 높이와의 관계를 간극별로 나타낸 그래프이다.
도 30은 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 깊이와 평탄면부의 높이와의 관계를 간극별로 나타낸 그래프이다.
도 31은 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 나선 홈부의 높이별로 나타낸 그래프이다.
도 32는 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 나선 홈부의 높이별로 나타낸 그래프이다.
도 33은 실시예에 있어서의 각 툴과 형성된 공극의 상황을 나타낸 표이다.
도 34는 실시예에 있어서의 각 툴과 형성된 공극의 상황을 나타낸 표이다. 1: is a figure which shows the rotation tool for air gap formation which concerns on this embodiment, (a) is a side view, (b) shows a bottom view.
FIG. 2 is a diagram showing a void forming method according to the present embodiment, (a) is a side cross-sectional view, and (b) is a II longitudinal cross-sectional view of (a).
(A) is a side view which shows a 1st modification, (b) is a bottom view of the shoulder part which shows a 2nd modification.
4 is a side view illustrating a third modification.
Fig. 5 is a rotary tool for forming voids used in the spiral groove angle test, (a) shows tool NO.S1, (b) tool NO.S2, and (c) shows side and bottom views of the tool NO.S3. .
6 is a plan view of a metal member showing the test result of the spiral groove angle test, (a) is the result of tool NO.S1, (b) is the result of tool NO.S2, and (c) is of tool NO.S3. Show the results.
FIG. 7A is a II-II cross-sectional view of FIG. 6A, (B) is a II-II cross-sectional view of FIG. 6B, and (c) is a II-II cross-sectional view of FIG. 6C. It is a cross section.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the spiral groove angle test for each tool. FIG.
Fig. 9 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in each spiral speed in the spiral groove angle test.
10 is a graph showing the relationship between the void area and the moving speed in the spiral groove angle test for each gap.
Fig. 11 is a void forming rotary tool used in shoulder portion outer diameter test, (a) shows tool NO.T1, (b) tool NO.T2, and (c) shows side and bottom views of tool NO.T3. .
12 is a plan view of a metal member showing the test results of the shoulder portion outer diameter test, (a) is the result of tool NO.T1, (b) is the result of tool NO.T2, (c) is of tool NO.T3 Show the results.
Fig. 13 is a sectional view taken along line III-III of Fig. 12 (a), Fig. 13 (b) is a sectional view taken along the line III- to be.
It is a graph which shows the relationship between a space | gap area and a gap in a tool in the shoulder part outer diameter test.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in each shoulder in the outer diameter test for each tool. FIG.
It is a graph which shows the relationship of the space | gap area in the shoulder part outer diameter test and the outer diameter of a shoulder part for every clearance gap.
It is a graph which shows the relationship between the space | gap area in the shoulder part outer diameter test, and the outer diameter of a shoulder part for every clearance gap.
Fig. 18 is a rotary tool for forming voids used in the stone test, (a) tool NO.S3-1, (b) tool NO.S3-2, and (c) side view and bottom of tool NO.S3-3. Shows a figure.
19 is a cross-sectional view of a metal member showing a test result of a protrusion test, (a) is a result of tool NO.S3-1, (b) is a result of tool NO.S3-2, (c) is a tool NO. The result of S3-3 is shown.
20 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the protrusion test for each tool.
Fig. 21 is a rotary tool for forming voids used in the stirring pin outer diameter test, (a) tool NO.U1, (b) tool NO.U2, (c) tool NO.U3, and (d) tool NO. A side view and a bottom view of U4 are shown.
22 is a cross-sectional view showing the test result of the stirring pin outer diameter test, (a) is the result of tool NO.U1, (b) is the result of tool NO.U2, (c) is the result of tool NO.U3, ( d) shows the result of tool NO.U4.
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the stirring pin outer diameter test for each tool. FIG.
It is a graph which shows the relationship between a void area and a gap in a stirring pin outer diameter test for every tool.
It is a graph which shows the relationship between the space | gap area in the stirring pin outer diameter test, and the outer diameter of a stirring pin for every clearance gap.
Fig. 26 is a pore forming rotary tool used in the void depth test, (a) tool NO.T2, (b) tool NO.T2-1, and (c) side view and bottom view of tool NO.T2-2. Shows.
27 is a cross-sectional view showing the test results of the void depth test, (a) and (b) show the result of the tool NO.T2, and (c) and (d) show the result of the tool NO.T2-1.
28 is a cross-sectional view showing the test results of the void depth test, and (a) and (b) show the results of the tool NO.T2-2.
Fig. 29 is a graph showing the relationship between the gap depth and the height of the flat surface portion in the gap depth test for each gap.
30 is a graph showing the relationship between the gap depth and the height of the flat surface portion in the gap depth test for each gap.
Fig. 31 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the gap depth test for each height of the spiral groove portion.
32 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the gap depth test for each height of the helical groove.
It is a table which shows the situation of the space | gap formed with each tool in the Example.
It is a table which shows the situation of the space | gap formed with each tool in the Example.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조해서 상세하게 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 공극 형성용 회전 툴(1)은, 숄더부(2)와, 교반 핀(3)을 갖는다. 공극 형성용 회전 툴(1)은, 예를 들어 공구강 등으로 형성되어 있다. 공극 형성용 회전 툴(1)은, 금속 부재내에서 회전시키면서 이동시킴으로써, 금속 부재의 내부에 터널 형상의 공극을 형성하는 툴이다. 이 툴로 형성된 터널 형상의 공극에 기체나 액체 등의 유체를 흘림으로써, 예를 들어 금속 부재를 냉각판으로서 이용할 수 있다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment of this invention is described in detail with reference to drawings. As shown in FIG. 1, the space | gap
숄더부(2)는, 원기둥 형상을 띠고, 도시하지 않은 마찰 교반 장치에 접속된다. 숄더부(2)의 저면(2a)에는, 돌조(2b)가 형성되어 있다. 돌조(2b)는, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 교반 핀(3)의 주위에 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 돌조(2b)의 단면 형상은 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 직사각형으로 이루어지고 있다. 돌조(2b)의 감김 횟수는 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 약 1주 반 이상 감아 돌려져 있다. 돌조(2b)를 구비함으로써, 마찰 교반 시에 소성 유동화된 금속(모재)이 교반 핀(3)의 기단부측의 주위로 유동되기 쉬워진다. The
돌조(2b)의 개시 위치(교반 핀(3)의 기단부로부터 돌조(2b)의 개시 위치까지의 거리(P1))나, 돌조(2b)의 스크롤 피치(돌조(2b)간 거리(P2))는, 특별히 제한되는 것이 아니고 적절하게 설정하면 된다. 또한, 돌조(2b)는, 설치하지 않아도 된다. Starting position of the
교반 핀(3)은, 숄더부(2)와 동심이며 숄더부(2)의 저면(2a)에 수직 하강되어 있다. 또한, 교반 핀(3)은, 본 실시 형태에서는 끝이 가늘게 되어 있다. 교반 핀(3)의 길이는, 특별히 제한되는 것이 아니고 적절하게 설정하면 된다. The stirring
본 실시 형태에서는, 숄더부(2)의 외경(X1)과 교반 핀(3)의 선단의 외경(Y2)을 X1/Y2=1.4 내지 2.2가 되도록 설정하고 있다. 이렇게 하면 마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성할 때에, 공극이 찌부러지기 어렵고, 또한, 금속 부재에 표면 결함이 생기기 어렵다. 또한, 마찰 교반 장치에 부여하는 부하를 경감할 수 있다. 근거에 대해서는 후기한다. In this embodiment, the outer diameter X1 of the
교반 핀(3)의 외주면에는, 교반 핀(3)의 선단으로부터 기단부까지 나선 홈(3a)이 형성되어 있다. 나선 홈(3a)은, 본 실시 형태에서는, 볼 엔드밀로 홈 가공해서 형성되어 있다. 나선 홈(3a)의 단면 형상은 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 반원으로 되어 있다. 나선 홈(3a)은, 본 실시 형태에서는 상방에서 하방으로 더듬어 갔을 때에 우회전으로 형성되어 있다(우 나사). On the outer circumferential surface of the stirring
교반 핀(3)의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 나선 홈(3a)의 각도(리드 각)(α)는, 20 내지 40도 사이에서 적절하게 설정되는 것이 바람직하다. 나선 홈(3a)의 각도(α)가 20도 미만이면, 각도가 지나치게 얕아서 숄더부(2)로부터 소성 유동화된 금속이 퍼내지기 어렵다. 한편, 나선 홈(3a)의 각도(α)가 40도보다 크면, 교반 핀(3)에 대한 나선 홈(3a)의 길이가 짧아지므로, 숄더부(2)로부터 소성 유동화된 금속이 퍼내지기 어려워진다. 따라서, 어떤 경우도 공극이 찌부러지는 경향이 있다. It is preferable that the angle (lead angle) (alpha) of the
나선 홈(3a)의 축 방향에 대한 감김 횟수는, 특별히 제한되지 않지만, 적어도 일주 이상 감아 돌려져 있는 것이 바람직하다. 일주 이상 감아 돌려져 있으면, 공극을 크게 형성할 수 있다. 나선 홈(3a)의 감김 횟수가 일주 미만이면, 교반 핀(3)에 대한 나선 홈(3a)의 위치에 치우침이 발생하기 때문에, 형성된 공극의 어느 한쪽의 측벽에 소성 유동화된 금속이 잔존할 가능성이 있다. The number of turns of the
또한, 나선 홈(3a)은, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 구성했지만, 상방에서 하방으로 더듬어 갔을 때에 좌회전으로 형성해도 된다(좌 나사). In addition, in this embodiment, although the
다음에, 본 실시 형태에 관한 공극 형성 방법에 대해서 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 평판 형상의 금속 부재(Z)를 가공할 경우를 예시한다. 금속 부재(Z)의 소재는 특별히 제한되지 않지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 동합금, 티탄, 티탄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등 마찰 교반 가능한 금속으로부터 선택하면 된다. Next, the void formation method which concerns on this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the case where the flat metal member Z is processed is illustrated. The material of the metal member Z is not particularly limited, but may be selected from friction-stirrable metals such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, and magnesium alloy.
금속 부재(Z)의 상방에서 공극 형성용 회전 툴(1)을 회전시켜서, 금속 부재(Z)의 표면(Za)에 교반 핀(3)을 압입하고, 일정한 높이로 유지한 상태에서 금속 부재(Z)에 대하여 상대적으로 공극 형성용 회전 툴(1)을 이동시킨다. 공극 형성용 회전 툴(1)의 회전 속도는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 700 내지 1300rpm 사이에서 설정한다. 또한, 공극 형성용 회전 툴(1)의 이동 속도는, 예를 들어 200 내지 400㎜/min 사이에서 설정한다. 숄더부(2)의 저면(2a)과 금속 부재(Z)의 표면(Za)은 접촉시키면서 이동시켜도 좋고, 간극을 두고 이동시켜도 된다. 숄더부(2)의 저면(2a)과 금속 부재(Z)의 표면(Za)과의 간극(거리)(K)은, 예를 들어 0 내지 3.0㎜ 사이에서 적절하게 설정하면 된다. By rotating the
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 상방에서 하방을 향함에 따라서 우회전으로 나선 홈(3a)이 형성되어 있기 때문에, 공극 형성 방법에서는, 상방에서 보아서 우회전으로 공극 형성용 회전 툴(1)을 회전시킨다. 즉, 나선 홈(3a)에 의해 소성 유동화된 금속이 금속 부재(Z)의 표면(Za)에 긁어 올려지는 방향으로 공극 형성용 회전 툴(1)을 회전시키면서 이동시킨다. As shown in Fig. 2 (a), in the present embodiment, since the
덧붙여서 말하면, 나선 홈(3a)을 상방에서 하방을 향함에 따라서 좌회전으로 형성한 경우에는, 소성 유동화된 금속이 금속 부재(Z)의 표면(Za)에 감아 올릴 수 있는 방향, 즉 좌회전으로 공극 형성용 회전 툴(1)을 회전시킨다. Incidentally, in the case where the
공극 형성 방법에서는, 공극 형성용 회전 툴(1)에 의해 금속 부재(Z)가 마찰 교반되고, 나선 홈(3a)에 의해 상방으로의 소성 유동이 발생한다. 이에 의해, 유동화한 금속이 나선 홈(3a)에 유도되어 금속 부재(Z)의 표면(Za)측으로 퍼내진다. 퍼내진 금속은, 저면(2a)과 접촉하면서, 공극 형성용 회전 툴(1)의 압박력에 의해 눌러진다. 공극 형성용 회전 툴(1)이 통과한 자취에는, 금속이 퍼내짐으로써 형성된 터널 형상의 공극(M)이 형성되는 동시에, 공극(M) 위에 소성화 영역(Z2)이 형성된다. In the space | gap formation method, the metal member Z is friction-stirred by the
여기서, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 마찰 교반 후의 금속 부재(Z)는, 본체부(Z1)와, 본체부(Z1)의 내부에 형성된 공극(M)과, 공극(M)의 상부를 덮는 소성화 영역(Z2)으로 구성된다. 소성화 영역(Z2)은, 마찰 교반에 의해 금속이 소성 유동화된 후, 경화해서 형성된 부위이다. 소성화 영역(Z2)은, 본 실시 형태에서는 단면시 역사다리꼴 형상을 띠고, 공극(M)의 상방을 덮도록 형성된다. 소성화 영역(Z2)은, 교반 핀(3)에 의해 마찰 교반된 금속이, 숄더부(2)의 저면(2a)에 의해 눌려짐으로써 형성된다. 마찰 교반된 금속 중, 숄더부(2)의 저면(2a)으로부터 넘쳐 나온 금속은 버어(V)가 되어 표면(Za)에 노출한다. 버어(V)는, 절삭 등을 해서 제거하는 것이 바람직하다. Here, as shown in FIG. 2B, the metal member Z after friction stir has a main body portion Z1, a space M formed inside the main body portion Z1, and a space M. FIG. It consists of the plasticization area | region Z2 which covers the upper part of the. The plasticization region Z2 is a portion formed by hardening after the metal is plastically fluidized by friction stirring. In the present embodiment, the plasticized region Z2 has an inverted trapezoidal shape in cross section and is formed so as to cover the upper portion of the space M. As shown in FIG. The plasticization region Z2 is formed by the metal that is frictionally agitated by the stirring
공극(M)은, 본 실시 형태에서는 단면시 거의 직사각형으로 형성되어 있다. 공극(M)은, 본 실시 형태에서는, 밀폐 공간이 되어 있고, 소성화 영역(Z2)의 내부나, 본체부(Z1)와 소성화 영역(Z2)의 경계 부분에 공극(M)에 연통하는 표면 결함은 형성되어 있지 않다. 또한, 공극(M)의 상단부로부터 표면(Za)까지의 거리를, 「공극 깊이(D)」라고 한다. The space | gap M is formed in substantially rectangular shape at the cross section in this embodiment. In this embodiment, the space | gap M becomes a sealed space and communicates with the space | gap M in the inside of the plasticization area | region Z2, and the boundary part of main-body part Z1 and the plasticization area | region Z2. Surface defects are not formed. In addition, the distance from the upper end of the space | gap M to the surface Za is called "gap depth D."
공극 형성용 회전 툴(1)의 형상에 따라서는, 금속이 적절하게 퍼내지지 않고, 공극(M)이 찌부러져버릴 가능성이 있다. 한편, 금속이 지나치게 퍼내져서, 소성화 영역(Z2)이 얇아지고, 소성화 영역(Z2)의 내부나, 본체부(Z1)와 소성화 영역(Z2)의 경계 부분에 공극(M)에 연통하는 표면 결함이 형성되어버릴 가능성이 있다. Depending on the shape of the cavity-forming
그러나, 공극 형성용 회전 툴(1)에 따르면, 금속을 적절하게 퍼내는 동시에, 퍼내진 금속을 숄더부(2)의 저면(2a)으로 누를 수 있기 때문에, 공극(M)이 찌부러지기 어렵고, 또한, 금속 부재(Z)에 표면 결함이 생기기 어렵다. 또한, 마찰 교반 장치에 부여하는 부하를 경감할 수 있다. 숄더부(2)의 외경(X1)과 교반 핀(2)의 선단의 외경(Y2)과의 비율이나 나선 홈의 각도(α)의 수치 등의 조건에 대해서는 실시예에서 서술한다. However, according to the
또한, 본 실시 형태에 관한 교반 핀(3)은 끝이 가늘어지는 형상이기 때문에, 금속 부재(Z)에 압입할 때의 압입 저항을 작게 할 수 있다. Moreover, since the stirring
<제1 변형예> <1st modification>
다음에, 본 발명의 제1 변형예에 대해서 설명한다. 제1 변형예에 관한 공극 형성용 회전 툴(1A)에서는, 교반 핀(3)에 평탄면부(11)와 나선 홈부(12)를 구비하고 있는 점에서 상기한 실시 형태와 상이하다. Next, a first modification of the present invention will be described. In 1 A of air gap forming rotary tools which concern on a 1st modification, it differs from the above-mentioned embodiment in that the stirring
제1 변형예에 관한 교반 핀(3)의 외주면에는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 홈이 형성되어 있지 않은 평탄면부(11)와, 나선 홈(3a)이 형성된 나선 홈부(12)를 갖는다. 평탄면부(11)의 외주면은, 평탄해져 있고, 교반 핀(3)의 기단부로부터, 교반 핀(3)의 대략 중앙까지 형성되어 있다. On the outer circumferential surface of the stirring
한편, 나선 홈부(12)의 외주면에는, 선단으로부터 거의 중앙까지(평탄면부(11)까지) 나선 홈(3a)이 형성되어 있다. 나선 홈(3a)은, 적어도 일주 이상 감아 돌려져 있는 것이 바람직하다. 나선 홈부(12)의 높이(H1)는, 금속 부재(Z)에 대한 형성 예정의 간극(M)의 깊이에 따라서 적절하게 설정하면 좋지만, 예를 들어, 높이(H1)는 교반 핀(3)의 길이에 대하여 30 내지 70%(평탄면부(11)의 높이는 교반 핀(3)의 길이에 대하여 70% 내지 30%)의 길이로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, on the outer circumferential surface of the
도 1에 도시하는 공극 형성용 회전 툴(1)에서는, 교반 핀(3)의 선단으로부터 기단부까지 나선 홈(3a)이 형성되어 있기 때문에, 금속이 비교적 퍼내지기 쉽고, 공극 깊이(D)가 비교적 작아(얕아)지는 경향이 있다.In the cavity forming
그러나, 제1 변형예에 관한 공극 형성용 회전 툴(1A)에 따르면, 나선 홈부(12)에 의해 금속이 퍼내져서 공극(M)이 형성되지만, 평탄면부(11)로 마찰 교반되는 금속은 숄더부(2)로부터 외부로 퍼내지기 어렵다. 따라서, 소성화 영역(Z2)의 두께가 커지기 때문에, 공극 깊이(D)를 크게(깊게) 할 수 있다. 이에 의해, 금속 부재(Z)의 깊은 위치에 큰 공극(M)을 형성할 수 있는 동시에, 소성화 영역(Z2)의 내부나, 본체부(Z1)와 소성화 영역(Z2)의 경계 부분에 표면 결함이 보다 형성되기 어렵다.However, according to the pore-forming
<제2 변형예> Second Modification
다음에, 본 발명의 제2 변형예에 대해서 설명한다. 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 변형예에 관한 공극 형성용 회전 툴(1B)에서는, 숄더부(2)의 저면(2a)에 형성된 돌조(2b)가 단속적으로 형성되어 있는 점에서 상기한 실시 형태와 상이하다.Next, a second modification of the present invention will be described. As shown in FIG.3 (b), in the space | gap
제2 변형예에 관한 돌조(2b)는, 돌조(2)를 분단하는 복수의 절결부(2c)를 구비하고 있다. 절결부(2c)를 구비함으로써, 소성 유동화된 금속이 절결부(2c)를 통과하기 때문에, 숄더부(2)의 저면(2a)의 반경 방향으로 소성 유동화된 금속이 유동하기 쉽다. 이에 의해, 교반 핀(3)의 기단부의 주위에 금속이 모이기 쉽고, 또한, 절결부(2c)로부터 소성 유동화된 금속이 퍼내지기 쉬워진다. 이에 의해, 비교적 큰 공극(M)을 형성할 수 있다. 또한, 절결부(2c)의 개수나 크기는 적절하게 설정하면 된다.The
<제3 변형예> <Third Modification>
다음에, 본 발명의 제3 변형예에 대해서 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제3 변형예에 관한 공극 형성용 회전 툴(1C)에서는, 교반 핀(3)의 외경이 일정한 점에서 상기한 실시 형태와 상이하다. Next, a third modification of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, in the cavity forming
공극 형성용 회전 툴(1C)의 교반 핀(3)의 기단부의 외경(Y1)과 선단의 외경(Y2)은 동등하게 되어 있다. 이렇게 교반 핀(3)의 외경을 일정하게 해도 된다. 이에 의해, 공극 형성 방법으로 형성되는 공극(M)을 일정한 폭으로 형성할 수 있다.The outer diameter Y1 of the base end of the stirring
이상 본 발명의 실시 형태 및 변형예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 취지를 반하지 않는 범위에 있어서 적절하게 설계 변경이 가능하다. As mentioned above, although embodiment and the modified example of this invention were described, a design change is possible suitably in the range which does not contradict the meaning of this invention.
실시예Example
<시험 개요> <Test summary>
다음에, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 실시예에서는, 공극 형성용 회전 툴을 구성하는 각 요소의 형상, 크기, 비율 등을 변화시켜서 공극 형성 방법을 행하고, 형성된 공극을 관찰했다. 또한, 설명의 편의상, 공극 형성용 회전 툴을 이하 단순히 「툴」이라고도 한다. Next, the Example of this invention is described. In the Example, the space | gap formation method was performed by changing the shape, size, ratio, etc. of each element which comprise the rotation tool for air gap formation, and observed the formed space | gap. In addition, for the convenience of description, the rotation tool for air gap formation is hereafter simply called a "tool."
실시예에서는, 크게 나누어 5종류의 시험을 행했다. 툴의 나선 홈의 각도(리드 각)의 영향을 조사하는 「나선 홈 각도 시험」, 숄더부의 외경의 영향을 조사하는 「숄더부 외경 시험」, 숄더부의 저면의 돌조의 영향을 조사하는 「돌조 시험」, 교반 핀의 외경의 영향을 조사하는 「교반 핀 외경 시험」, 형성된 소성화 영역의 공극 깊이를 조사하는 「공극 깊이 시험」을 행했다. In the Examples, five types of tests were conducted. "Spiral groove angle test" which examines influence of angle (lead angle) of spiral groove of tool, "shoulder part outer diameter test" which examines influence of outer diameter of shoulder part, "protrusion test which examines influence of protrusion of bottom of shoulder part "The stirring pin outer diameter test" which examines the influence of the outer diameter of a stirring pin, and the "pore depth test" which examines the space | gap depth of the formed plasticization area | region were performed.
공극 깊이 시험에 있어서는, A1050 합금판을 사용하고, 다른 시험에 있어서는, A1100 합금판을 사용했다. 교반 핀에 형성된 나선 홈의 단면 형상은 반원 형상을 띠고, 그 반경은 1.5㎜로 되어 있다. 돌조의 개시 위치(도 1의 (b)의 거리(P1))는 3.0㎜로 하고 스크롤 피치(도 1의 (b)의 거리(P2))는 2.5㎜로 했다. In the gap depth test, an A1050 alloy plate was used, and in another test, an A1100 alloy plate was used. The cross-sectional shape of the spiral groove formed in the stirring pin has a semicircle shape, and the radius is 1.5 mm. The start position (distance P1 of FIG. 1 (b)) of a protrusion was 3.0 mm, and scroll pitch (distance P2 of FIG. 1 (b)) was 2.5 mm.
공극 형성 방법에서는, 상기 합금판에 회전시킨 툴을 압입하고, 소정의 거리를 이동시켰다. 툴의 회전수는 800RPM을 기본으로 하고 공극 깊이 시험에서는 1275RPM으로도 마찰 교반을 행해서 툴의 회전수의 영향에 대해서도 조사했다. In the void formation method, the tool rotated to the said alloy plate was pressed in, and the predetermined distance was moved. The rotation speed of the tool was based on 800 RPM, and in the air gap test, friction stirring was also performed at 1275 RPM to investigate the influence of the rotation speed of the tool.
툴의 이동 속도는 100㎜/min 또는, 300㎜/min으로 이동시켰다. 또한, 나선 홈 각도 시험에 있어서는, 이동 속도를 50 내지 300㎜/min 사이에서 변화시켜서 이동 속도와의 영향에 대해서도 조사했다. The moving speed of the tool was 100 mm / min or 300 mm / min. Moreover, in the spiral groove angle test, the influence of the movement speed was examined by changing the movement speed between 50 and 300 mm / min.
또한, 각 시험에 있어서, 금속 부재의 표면으로부터 숄더부의 저면까지의 간극(도 2의 (a)의 거리(K))을 0㎜, 1.0㎜, 2.0㎜, 3.0㎜로 변화시키고, 단일인 금속 부재상에서 마찰 교반을 행해서 각각 형성된 공극을 비교했다. 어느 쪽의 합금판 (시험체)에 있어서도, 합금판의 중앙부를 절단하고, 연마, 에칭한 후, 형성된 공극의 형상을 관찰했다. 또한, 화상 장치를 사용해서 형성된 공극의 단면적을 계측했다. In each test, the gap from the surface of the metal member to the bottom surface of the shoulder portion (the distance K in FIG. 2A) was changed to 0 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, and 3.0 mm to form a single metal. Friction stirring was performed on the members to compare the voids formed respectively. Also in any alloy plate (test body), after cutting the center part of the alloy plate, grinding | polishing, and etching, the shape of the formed space | gap was observed. Moreover, the cross-sectional area of the space | gap formed using the imaging device was measured.
<나선 홈 각도 시험>Spiral groove angle test
나선 홈 각도 시험에서는, 교반 핀(3)의 나선 홈(3a)의 각도의 영향을 조사했다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이 시험에서는 3종류의 툴 NO.S1 내지 S3을 사용했다. 나선 홈(3a)의 수평면과의 각도를, 툴 NO.S1에서는 40도, 툴 NO.S2에서는 30도, 툴 NO.S3에서는 20도로 설정했다. 또한, 각 툴의 나선 홈의 교반 핀(3)의 축 방향에 대한 감김 횟수는, 툴 NO.S1에서는 약 0.8주, 툴 NO.S2에서는 약 1.3주, 툴 NO.S3에서는 약 2.3주로 되어 있다. In the spiral groove angle test, the influence of the angle of the
나선 홈(3a)의 각도 이외의 구성은, 3종류 모두 동등하며, 숄더부(2)의 외경은 22㎜, 교반 핀(3)의 기단부의 외경은 10㎜, 선단의 외경은 7㎜, 교반 핀(3)의 길이는 11㎜로 설정했다. 또한, 어느 툴도 숄더부(2)의 저면(2a)에, 소용돌이 형상의 돌조(2b)를 구비하고 있다. 돌조(2b)의 높이는 1㎜로 했다. The configuration other than the angle of the
도 6은, 나선 홈 각도 시험의 시험 결과를 도시하는 금속 부재의 평면도이며, (a)는 툴 NO.S1의 결과, (b)는 툴 NO.S2의 결과, (c)는 툴 NO.S3의 결과를 도시한다. 도 6의 (a), (b), (c) 모두 금속 부재(Z)(본체부(Z1))의 표면(Za)에 4개의 소성화 영역(Z2)이 형성되어 있다. 소성화 영역(Z2)은, 도면 위로부터 순서대로, 금속 부재(Z)의 표면(Za)으로부터 숄더부(2)의 저면(2a)까지의 간극이 0㎜의 경우, 1.0㎜의 경우, 2.0㎜의 경우, 3.0㎜의 경우의 결과를 도시하고 있다. Fig. 6 is a plan view of a metal member showing the test results of the spiral groove angle test, (a) is the result of tool NO.S1, (b) is the result of tool NO.S2, and (c) is tool NO.S3. Shows the result. Four (a), (b), and (c) of FIG. 6 are formed with four plasticization regions Z2 on the surface Za of the metal member Z (main part Z1). The plasticization area | region Z2 is 2.0 in the case of 1.0 mm, when the clearance gap from the surface Za of the metal member Z to the
도 7의 (a)는, 도 6의 (a)의 II-II 단면도, (b)는 도 6의 (b)의 II-II 단면도, (c)는 도 6의 (c)의 II-II 단면도이다. (A) is sectional drawing II-II of FIG. 6 (a), (b) is sectional drawing II-II of FIG. 6 (b), (c) is II-II of FIG. 6 (c) It is a cross section.
도 6의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이, 간극 0㎜, 1.0㎜의 조건에서는, 숄더부(2)의 저면(2a)의 전체면이 소성 유동화된 금속과 접촉해서 큰 버어(V)가 발생하고 있다. 간극 2.0㎜에서는, 숄더부(2)의 저면(2a)의 전체면이 소성 유동화된 금속과 접촉하고 있지만, 버어(V)가 비교적 적었다. 간극 3.0㎜에서는, 소성 유동화해서 형성된 소성화 영역(Z2)의 폭이, 숄더부(2)의 외경(X1)(도 1의 (a) 참조)보다 짧았다. As shown in (a) to (c) of FIG. 6, under the condition of a gap of 0 mm and 1.0 mm, the entire surface of the
여기서, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 툴의 회전 속도에 툴의 이동 속도가 가산되는 측을 「Advancing side」(이하, 「Ad측」이라고도 한다), 툴의 회전 속도에 툴의 이동 속도가 감산되는 측을 「Retreating side」(이하, 「Re측」이라고도 한다)라고 한다. 본 실시 형태에서는, 툴을 우회전시키면서, 도 6의 좌측으로부터 우측 방향으로 이동시키고 있기 때문에, 진행 방향 좌측이 Ad측, 우측이 Re측이 된다. 6 and 7, the side where the tool movement speed is added to the tool rotational speed is " Advancing 'side " (hereinafter also referred to as the " Ad side ") and the tool movement to the tool rotational speed. The side at which the speed is subtracted is called "Retreating side" (hereinafter also referred to as "Re side"). In this embodiment, since the tool is moved from the left side to the right side of FIG. 6 while the tool is rotated to the right, the advancing left side is the Ad side and the right side is the Re side.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 툴 NO.S1에 있어서의 공극(M)은, 종으로 가늘고 긴 직사각 형상을 띤다. 소성화 영역(Z2)은, 공극(M)의 상방을 덮고 있지만, 그 일부는 공극(M)의 Re측의 측벽에 잔존하고 있다. As shown to Fig.7 (a), the space | gap M in the tool NO.S1 has a rectangular shape long and thin. Although the plasticization area | region Z2 has covered the upper direction of the space | gap M, the one part remains in the side wall of Re side of the space | gap M. As shown to FIG.
한편, 툴 NO.S2 및 툴 NO.S3에 있어서, 간극 1.0 내지 3.0의 조건에서는, 대략 동일 형상의 공극(M)이 형성되어 있고, 공극(M)의 측벽에는 소성 유동화된 금속이 잔존하지 않고, 외부로 배출되어 있다. On the other hand, in tool NO.S2 and tool NO.S3, the space | gap M of substantially the same shape is formed on the conditions of the gap 1.0-3.0, and the plastically fluidized metal does not remain in the side wall of the space | gap M. It is discharged to the outside.
툴 NO.S1 내지 S3에서는, 간극이 커짐에 따라서, 공극(M)의 높이 위치가 금속 부재(Z)의 상방으로 이동하는 동시에, 공극(M)의 높이도 커짐을 알았다. 또한, 툴 NO.S1 내지 S3로 간극이 커짐에 따라서, 소성화 영역(Z2)의 단면적이 작아지고, 공극(M)의 상단부로부터 금속 부재(Z)의 표면(Za)까지의 공극 깊이(D)가 작아지는 것을 알았다. In tools NO.S1 to S3, it was found that as the gap increases, the height position of the gap M moves upward of the metal member Z, and the height of the gap M also increases. In addition, as the gap increases with the tools NO. S1 to S3, the cross-sectional area of the plasticization region Z2 decreases, and the void depth D from the upper end of the void M to the surface Za of the metal member Z. I noticed) getting smaller.
또한, 툴 NO.S2 및 툴 NO.S3에서는, 형성된 공극(M)의 폭과 교반 핀(2)의 선단의 외경은 거의 동등했지만, 툴 NO.S1에서는, 형성된 공극의 폭은 교반 핀(2)의 선단의 외경보다 작았다. 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 공극(M)의 Re측의 측벽에 소성화 영역(Z2)의 일부가 잔존하고 있다. 이것은, NO.S1 툴의 나선 홈(3a)의 각도와 감김 횟수에 기인한다고 생각된다. Moreover, in tool NO.S2 and tool NO.S3, the width | variety of the formed space | gap M and the outer diameter of the front-end | tip of the stirring
툴 NO.S1은, 나선 홈(3a)의 각도가 40도로 깊기 때문에, 교반 핀(3)에 대한 나선 홈의 길이가 짧다. 따라서, 소성 유동화된 금속이 배출되기 어렵다고 생각된다. 또한, 툴 NO.1에서는, 나선 홈(3a)의 감김 횟수가 일주 미만이기 때문에, 교반 핀(3)에 대한 나선 홈(3a)의 위치에 치우침이 발생하고 있다. 이로 인해, 형성된 공극(M)의 한쪽의 측벽 (여기서는 Re측)에 소성화된 금속이 잔존한다고 생각된다. Since the angle of the
도 8은, 나선 홈 각도 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 툴 NO.S2 및 툴 NO.S3으로 형성한 공극(M)의 공극 면적은, 대략 동등하였지만, 툴 NO.S1으로 얻어진 공극 면적은, 툴 NO.S2 및 툴 NO.S3의 공극 면적보다 작았다. 8 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the spiral groove angle test for each tool. As shown in FIG.7 and FIG.8, although the space | gap area of the space | gap M formed by tool NO.S2 and tool NO.S3 was substantially equal, the space | gap area obtained by tool NO.S1 was tool NO.S2. And the void area of the tool NO.S3.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 툴 NO.S1 내지 S3으로 간극이 증가함에 따라서, 공극 면적(공극(M)의 단면적)이 증가했다. 결국, 금속 부재(Z)로부터 툴을 이격하고, 소성 유동화된 금속을 퍼내기 쉽게 하면, 공극(M)의 공극 면적을 크게 할 수 있는 것을 알았다. 툴 NO.S1 내지 S3 모두 공극 면적의 증가 비율(그래프의 기울기)은, 약 7㎟/㎜이며 교반 핀(3)의 선단의 외경과 거의 동등해졌다. As shown in FIG. 8, as the gap increases with the tools NO. S1 to S3, the void area (cross-sectional area of the void M) increases. As a result, it was found that if the tool is separated from the metal member Z and the plastic fluidized metal is easily pumped out, the void area of the void M can be increased. The rate of increase of the void area (inclination of the graph) of the tools NO. S1 to S3 was approximately 7
도 9는, 나선 홈 각도 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 이동 속도별로 도시하는 그래프이다. 툴 NO.S1 내지 S3 모두 거의 같은 결과가 되었으므로, 도 9에서는 대표예로서 툴 NO.S2의 결과를 도시하고 있다. 9 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in each spiral speed in the spiral groove angle test. Since the results of tools NO. S1 to S3 were almost the same, the result of tool NO. S2 is shown in FIG. 9 as a representative example.
도 10은, 나선 홈 각도 시험에 있어서의 공극 면적과 이동 속도와의 관계를 간극별로 도시한 그래프이다. 도 10에서는, 툴 NO.S3으로 얻어진 공극 면적과 이동 속도와의 관계를 도시하고 있다. 10 is a graph showing the relationship between the void area and the moving speed in the spiral groove angle test for each gap. In FIG. 10, the relationship between the space | gap area obtained with tool NO.S3, and a moving speed is shown.
도 9 및 도 10으로부터 명백해진 바와 같이, 공극 면적은, 이동 속도의 변화에 따라서는 그다지 영향을 받지 않는 것을 알았다. As apparent from FIG. 9 and FIG. 10, it was found that the void area was not affected much by the change of the moving speed.
<숄더부 외경 시험><Shoulder part outer diameter test>
숄더부 외경 시험에서는, 숄더부(2)의 외경의 영향을 조사했다. 도 11에 도시한 바와 같이, 이 시험에서는 3종류의 툴 NO.T1 내지 T3을 사용했다. 숄더부(2)의 외경을, 툴 NO.T1에서는 20㎜, 툴 NO.T2에서는 18㎜, 툴 NO.T3에서는 16㎜로 설정했다. 숄더부(2)의 외경 이외의 구성은, 3종류 모두 동등하며, 교반 핀(3)의 기단부의 외경은 10㎜, 선단의 외경은 7㎜, 교반 핀(3)의 길이는 11㎜로 설정했다. 또한, 어느 툴도 숄더부(2)의 저면(2a)에, 소용돌이 형상의 돌조(2b)를 구비하고 있다. 돌조(2b)의 높이는 1㎜로 했다. In the shoulder part outer diameter test, the influence of the outer diameter of the
도 12는, 숄더부 외경 시험의 시험 결과를 도시하는 금속 부재의 평면도이며, (a)는 툴 NO.T1의 결과, (b)는 툴 NO.T2의 결과, (c)는 툴 NO.T3의 결과를 도시한다. 또한, 도 13의 (a)는 도 12의 (a)의 III-III 단면도, (b)는 도 12의 (b)의 III-III 단면도, (c)는 도 12의 (c)의 III-III 단면도이다. 또한, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기한 툴 NO.S3은, 숄더부(2)의 외경이 22㎜이며, 다른 구성이 툴 NO.T1 내지 T3과 동등하므로, 도 6의 (c), 도 7의 (c) 모두 대비해서 고찰한다. 12 is a plan view of a metal member showing the test results of the shoulder portion outer diameter test, (a) is the result of tool NO.T1, (b) is the result of tool NO.T2, and (c) is tool NO.T3. Shows the result. 13A is a III-III cross section of FIG. 12A, (B) is a III-III cross section of FIG. 12B, and (c) is a III-III cross section of FIG. 12C. III section. In addition, as shown in FIG.5 (c), since the outer diameter of the
숄더부(2)의 외경을 작게 함으로써, 간극이 2.0㎜이어도 숄더부(2)의 저면(2a)에 소성 유동화된 금속이 접촉해서 Re측에서 버어(V)가 많이 배출되었음을 알았다. 간극 3.0㎜에서는, Re측에 버어(V)가 배출되었지만, 툴 NO.T1, 툴 NO.T3에서 소성화 영역(Z2)의 금속이 부족해서 공극(M)에 연통하는 표면 결함(E)이 형성되었다. By reducing the outer diameter of the
한편, 숄더부(2)의 외경이 작아짐에 따라서, 공극(M)의 높이가 증가했다. 숄더부(2)의 외경을 작게 함으로써, 숄더부(2)의 저면(2a)에 의해 억제할 수 있는 금속이 감소한다. 이로 인해, 소성 유동화된 금속이 퍼내지기 쉬워지고, 공극(M)의 높이의 증가로 이어졌다고 생각된다. On the other hand, as the outer diameter of the
도 14 및 도 15는, 모두 숄더부 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이며, 도 14는 이동 속도를 100㎜/min, 도 15는 이동 속도를 300㎜/min으로 설정했을 경우의 결과를 도시하고 있다. Fig. 14 and Fig. 15 are graphs showing the relationship between the void area and the gap in the shoulder portion outer diameter test for each tool, and Fig. 14 shows the moving speed at 100 mm / min, and Fig. 15 at 300 mm /. The result of setting min is shown.
도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 모든 툴에서 간극이 커짐에 따라서, 공극 면적이 증가했다. 결국, 금속 부재(Z)로부터 툴을 이격하고, 소성 유동화된 금속을 퍼내기 쉽게 하면, 공극(M)의 공극 면적을 크게 할 수 있는 것을 알았다. 툴 NO.S3, 툴 NO.T1 내지 T3 모두 공극 면적의 증가 비율(증가의 기울기)은, 약 7㎟/㎜이며 교반 핀(3)의 선단의 외경과 동등해졌다. As shown in Fig. 14 and Fig. 15, as the gap became larger in all the tools, the void area increased. As a result, it was found that if the tool is separated from the metal member Z and the plastic fluidized metal is easily pumped out, the void area of the void M can be increased. The tool NO.S3 and the tool NO.T1 to T3 increased the rate of increase of the void area (inclination of increase) at about 7
도 16 및 도 17은, 모두 숄더부 외경 시험에 있어서의 공극 면적과 숄더부의 외경과의 관계를 간극별로 도시하는 그래프이며, 도 16은 이동 속도를 100㎜/min, 도 17은 이동 속도를 300㎜/min으로 설정했을 경우의 결과를 도시하고 있다. 16 and 17 are graphs each showing the relationship between the void area and the outer diameter of the shoulder portion in the shoulder portion outer diameter test for each gap, and FIG. 16 shows a moving speed of 100 mm / min, and FIG. 17 shows a moving speed of 300. FIG. The result at the time of setting to mm / min is shown.
도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 간극 2.0㎜의 조건에서는, 숄더부(2)의 외경이 22㎜으로 얻어진 공극 면적과, 숄더부(2)의 외경이 20㎜으로 얻어진 공극 면적이 거의 동등했다. 숄더부(2)의 외경이 20㎜로부터 16㎜의 범위에서는, 숄더부(2)의 외경이 감소함에 따라서, 공극 면적이 증가했다. 공극 면적의 증가 비율(증가의 기울기)은, 약 5㎟/㎜이었다. As shown in FIG. 16 and FIG. 17, under the condition of a gap of 2.0 mm, the void area obtained by the outer diameter of the
도 16에 도시한 바와 같이, 이동 속도가 100㎜/min이고 간극 3.0㎜의 조건에서는, 숄더부(2)의 외경이 22㎜으로부터 16㎜의 범위에서 숄더부(2)의 외경이 작아짐에 따라서, 공극 면적이 직선적으로 증가했다. 이것은, 숄더부(2)의 외경이 작아짐에 따라서 숄더부(2)로부터의 가압이 감소하고, 배출되는 금속이 증가하기 때문이라고 생각된다. As shown in FIG. 16, under the conditions of a movement speed of 100 mm / min and a clearance of 3.0 mm, as the outer diameter of the
한편, 도 17에 도시한 바와 같이, 이동 속도가 300㎜/min인 조건에서 간극 3.0㎜의 조건에서는, 숄더부(2)의 외경이 16㎜, 18㎜에서 소성화 영역에 표면 결함이 발생했으므로 공극 면적이 감소했다. On the other hand, as shown in FIG. 17, since the outer diameter of the
<돌조 시험> <Stone Test>
돌조 시험에서는, 숄더부(2)의 저면(2a)에 형성된 돌조(2b)의 영향을 조사했다. 도 18에 도시한 바와 같이, 이 시험에서는 3종류의 공극 형성용 회전 툴 툴 NO.S3-1 내지 S3-3을 사용했다. 돌조(2b)의 절결부(2c)의 폭을, 툴 NO.S3-1에서는 2㎜, 툴 NO.S3-2에서는 6㎜로 설정했다. 툴 NO.S3-3에서는 돌조를 설치하지 않았다. 돌조(2b) 이외의 구성은, 3종류 모두 동등하며, 숄더부(2)의 외경은 22㎜, 교반 핀(3)의 기단부의 외경은 10㎜, 선단의 외경은 7㎜, 교반 핀의 길이는 11㎜로 설정했다. In the protrusion test, the influence of the
도 19는, 돌조 시험의 시험 결과를 도시하는 금속 부재의 단면도이며, (a)는 툴 NO.S3-1의 결과, (b)는 툴 NO.S3-2의 결과, (c)는 툴 NO.S3-3의 결과를 도시한다. 도 20은, 돌조 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 툴별로 도시하는 그래프이다. 또한, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기한 공극 형성용 회전 툴 툴 NO.S3은, 절결부(2c)가 없는 돌조(2b)를 구비하고 있고, 다른 구성이 툴 NO.S3-1 내지 S3-3와 동등하므로, 도 6의 (c), 도 7의 (c) 모두 대비해서 고찰한다. 19 is a cross-sectional view of the metal member showing the test result of the protrusion test, (a) is the result of tool NO.S3-1, (b) is the result of tool NO.S3-2, and (c) is tool NO. The result of .S3-3 is shown. 20 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the protrusion test for each tool. In addition, as shown in FIG.5 (c), the said gap-forming rotation tool tool NO.S3 is provided with the
도 7의 (c), 도 19의 (a) 및 도 20에 도시한 바와 같이, 툴 NO.3, 툴 NO.3-1 및 툴 NO.3-3의 각 공극 면적은 거의 동등했다. 툴 NO.3의 결과와 툴 NO.3-3의 결과를 대비하면, 돌조(2b)의 유무에서는 공극 면적의 결과에 영향이 없는 것을 알았다. 그러나, 도 7의 (c)와 도 19의 (c)를 대비하면, 돌조(2b)를 갖는 툴 NO.3의 공극(M) 쪽이, 형상이 정돈되어 있는 것을 알았다. 이것은, 돌조(2b)가 있는 것으로, 교반 핀(3)의 기단부측의 주위에 소성 유동화된 금속이 모이기 쉬운 것에 기인한다고 생각된다. As shown in FIG.7 (c), FIG.19 (a), and FIG.20, each void area of the tool NO.3, the tool NO.3-1, and the tool NO.3-3 was nearly equivalent. In comparison with the result of tool NO.3 and the result of tool NO.3-3, it turned out that the presence or absence of the
툴 NO.3-2와 같이, 절결부(2c)의 길이가 6㎜로 그 길이가 비교적 크면, 공극 면적도 컸다. 이것은, 절결부(2c)의 길이가 크면, 소성 유동화된 금속이 숄더부(2)의 저면(2a)의 반경 방향으로 흐르기 쉬워지고, 이 금속이 퍼내지기 쉬워지는 것에 기인한다고 생각된다. Like tool NO.3-2, when the length of the
<교반 핀 외경 시험> <Stirring Pin Outer Diameter Test>
교반 핀 외경 시험에서는, 동일한 외경의 숄더부(2)를 사용하는 동시에, 교반 핀(3)의 기단부로부터 선단까지의 외경은 일정해지도록 설정하고, 각 교반 핀(3)의 외경을 변화시켜서 교반 핀(3)의 외경의 영향을 조사했다. 도 21에 도시한 바와 같이, 이 시험에서는 4종류의 공극 형성용 회전 툴 툴 NO.U1 내지 U4를 사용했다. 교반 핀(3)의 외경을, 툴 NO.U1에서는 10㎜, 툴 NO.U2에서는 12㎜, 툴 NO.U3에서는 14㎜, 툴 NO.U4에서는 16㎜로 설정했다. 교반 핀(3)의 외경 이외의 구성은, 4종류 모두 동등하며, 숄더부(2)의 외경은 22㎜, 교반 핀(3)의 길이는 11㎜로 설정했다. 또한, 어느 툴도 숄더부(2)의 저면(2a)에, 소용돌이 형상의 돌조(2b)를 구비하고 있다. 돌조(2b)의 높이는 1㎜로 했다. In the stirring pin outer diameter test, while using the
도 22의 (d)에 도시한 바와 같이, 툴 NO.U4의 간극 3.0㎜의 조건에서는, 표면 결함(E)이 생기는 것을 알았다. 도 22 및 도 23에 도시한 바와 같이, 툴 NO.U1 내지 U4에서 간극이 커짐에 따라서 공극 면적도 커지는 것을 알았다. 툴 NO.U1 내지 U3의 공극 면적의 증가 비율(그래프의 기울기)은, 각각의 툴의 교반 핀(3)의 외경에 가까운 값이 되었다. As shown in FIG.22 (d), it turned out that surface defect E generate | occur | produces on the conditions of 3.0 mm of gaps of the tool NO.U4. As shown in FIG. 22 and FIG. 23, it turns out that the space | gap area also becomes large as the clearance gap becomes large in the tools NO.U1-U4. The rate of increase (inclination of the graph) of the void areas of the tools NO.U1 to U3 became a value close to the outer diameter of the stirring
즉, 툴 NO.U1의 공극 면적의 증가 비율(그래프의 기울기)은 도 23에서는 10㎟/㎜, 도 24에서는 10.7㎟/㎜, 툴 NO.U2의 공극 면적의 증가 비율은 도 23에서는 12.6㎟/㎜, 도 24에서는 12.5㎟/㎜, 툴 NO.U3의 공극 면적의 증가 비율은 도 23에서는 13.7㎟/㎜, 도 24에서는 14.4㎟/㎜이었다. 이것은, 각 툴 모두 간극을 1㎜ 크게 하면, 교반 핀(3)의 외경만큼 공극(M)이 증가하는 것이기 때문에, 형성되는 공극 면적도 교반 핀(3)의 외경만큼 커진다고 생각된다. That is, the increase rate of the void area of the tool NO.U1 (the slope of the graph) is 10
또한, 도 23 및 도 24에 도시한 바와 같이, 이동 속도의 차이는, 공극 면적에는 영향을 미치지 않는 것을 알았다. 또한, 도 25에 도시한 바와 같이, 교반 핀(3)의 외경이 커짐에 따라서, 공극 면적도 증가하지만, 그 증가 경향은 이차함수적인 것을 알았다. Moreover, as shown in FIG. 23 and FIG. 24, it turned out that the difference of the moving speed does not affect the space area. As shown in FIG. 25, as the outer diameter of the stirring
<공극 깊이 시험> <Pore depth test>
공극 깊이 시험에서는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 나선 홈(3a)이 형성되어 있지 않은 평탄면부(11)를 구비한 공극 형성용 회전 툴을 사용하여, 형성되는 공극(M)의 깊이 위치를 조사했다. 도 26에 도시한 바와 같이, 이 시험에서는 3종류의 공극 형성용 회전 툴을 사용했다. 툴 NO.T2는, 비교예이며 도 11의 (b)에서 도시하는 툴과 동등하다. In the gap depth test, as shown in Fig. 3A, the gap M is formed by using a void forming rotary tool provided with the
도 27의 (a)에 도시한 바와 같이, 툴 NO.T2의 나선 홈부(12)의 높이는, 교반 핀(3)의 길이와 동등하며 11.0㎜이다. 도 27의 (c)에 도시한 바와 같이, 툴 NO.T2-1의 평탄면부(11)의 높이는 3.5㎜, 나선 홈부(12)의 높이는 7.5㎜이다. 도 28의 (a)에 도시한 바와 같이, 툴 NO.T2-2의 평탄면부(11)의 높이는 6.0㎜, 나선 홈부(12)의 높이는 5.0㎜이다. As shown to Fig.27 (a), the height of the
나선 홈부(12)의 높이 이외의 구성은, 3종류 모두 동등하며, 숄더부(2)의 외경은 18㎜, 교반 핀(3)의 기단부의 외경은 10㎜, 선단의 외경은 7㎜로 했다. 어느 쪽의 툴도 숄더부(2)의 저면(2a)에, 소용돌이 형상의 돌조(2b)를 구비하고 있다. 돌조(2b)의 높이는 1㎜로 했다. 또한, 공극 깊이 시험에서는, 금속 부재(Z)의 표면(Za)으로부터 숄더부(2)의 저면(2a)까지의 간극은 0㎜, 1.0㎜, 2.0㎜의 3종류로 했다. 또한, 각 툴에 있어서, 800RPM과 1275RPM의 2종류의 회전수로 시험을 행했다. All three types of structures other than the height of the
도 27은, 공극 깊이 시험의 시험 결과를 도시하는 단면도이며, (a) 및 (b)는 툴 NO.T2의 결과, (c) 및 (d)는 툴 NO.T2-1의 결과를 도시한다. 도 28은, 공극 깊이 시험의 시험 결과를 도시하는 단면도이며, (a) 및 (b)는 툴 NO.T2-2의 결과를 도시한다. 도 29는, 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 깊이와 평탄면부의 높이와의 관계를 간극별로 나타낸 그래프이다. 도 30은, 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 깊이와 평탄면부의 높이와의 관계를 간극별로 나타낸 그래프이다. 도 29와 도 30은 툴의 회전수가 상이하고, 도 29에 관한 시험의 회전수는 800RPM, 도 30에 관한 시험의 회전수는 1275RPM이다. 27 is a cross-sectional view showing the test results of the void depth test, (a) and (b) show the results of the tool NO.T2, and (c) and (d) show the results of the tool NO.T2-1. . 28 is a cross-sectional view showing the test result of the void depth test, and (a) and (b) show the result of the tool NO.T2-2. Fig. 29 is a graph showing the relationship between the gap depth and the height of the flat surface portion in the gap depth test for each gap. 30 is a graph showing the relationship between the gap depth and the height of the flat surface portion in the gap depth test for each gap. 29 and 30 have different rotation speeds of the tool, the rotation speed of the test according to FIG. 29 is 800 RPM, and the rotation speed of the test according to FIG. 30 is 1275 RPM.
도 29 및 도 30에 도시한 바와 같이, 평탄면부(11)의 높이(교반 핀(3)의 길이-나선 홈부(12)의 높이)가 커질수록, 공극 깊이(D)도 커지는 것을 알았다. 또한, 간극이 작아질수록 공극 깊이(D)가 커지는 것을 알았다. 도 29와 도 30을 대비하면, 툴의 회전수가 높은 쪽이 공극 깊이(D)가 약간 커지는 것을 알았다. As shown in FIG. 29 and FIG. 30, it turned out that the clearance depth D also becomes large, so that the height of the flat surface part 11 (the height of the length-
도 31은, 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 나선 홈부의 높이별로 나타낸 그래프이다. 도 32는, 공극 깊이 시험에 있어서의 공극 면적과 간극과의 관계를 나선 홈부의 높이별로 나타낸 그래프이다. 도 31과 도 32는 툴의 회전수가 상이하고, 도 31에 관한 시험의 회전수는 800RPM, 도 32에 관한 시험의 회전수는 1275RPM이다. FIG. 31 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the gap depth test for each height of the spiral groove portion. FIG. FIG. 32 is a graph showing the relationship between the void area and the gap in the gap depth test for each height of the spiral groove portion. FIG. 31 and 32 are different in rotation speed of the tool, the rotation speed of the test in FIG. 31 is 800 RPM, and the rotation speed of the test in FIG. 32 is 1275 RPM.
도 31, 32 및 도 27, 28에 도시한 바와 같이, 나선 홈부(11)의 높이가 커질수록, 공극 면적이 커지는 것을 알았다. 도 31과 도 32를 대비하면, 툴의 회전수는 공극 면적의 증감에는 거의 영향이 없는 것을 알았다. As shown in FIG. 31, 32 and FIG. 27, 28, it turned out that the space | gap area becomes large, so that the height of the
이상에서, 공극 시험에 따르면, 평탄면부(11)의 높이를 크게 하면, 공극(M)을 깊은 위치에 형성할 수 있는 것을 알았다. 한편, 평탄면부(11)의 높이를 지나치게 크게 하면, 공극(M)의 공극 면적이 작아져 버리는 것을 알았다. As mentioned above, according to the space | gap test, when the height of the
<숄더부의 외경/교반 핀 선단의 외경과 시험 결과와의 대비><Contrast between the outer diameter of the shoulder part and the tip of the stirring pin and the test result>
도 33 및 도 34는, 실시예에 있어서의 각 툴과 형성된 공극의 상황을 나타낸 표이다. 「상황」의 항목의 「○」는 공극(M)의 상태가 양호함을 나타내고, 「×」는 표면 결함(E)이 발생하고 있는 상태를 도시한다. 33 and 34 are tables showing the situations of the gaps formed with the respective tools in the examples. "○" in the item "Situation" shows that the state of the space | gap M is favorable, and "x" shows the state in which the surface defect E has generate | occur | produced.
도 33 및 도 34에 도시한 바와 같이, 숄더부의 외경을 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값은 1.4 내지 2.2일 경우에, 표면 결함(E)이 발생하지 않고, 공극(M)의 상태가 대강 양호했다. 이값이 1.4 미만이면, 퍼내진 금속이 숄더부(2)의 저면(2a)으로 누를 수 없기 때문에, 표면 결함(E)이 생기기 쉽다. 한편, 이값이 2.2보다 크면 숄더부(2)로부터 소성 유동화된 금속이 퍼내지기 어려워지기 때문에, 공극이 찌부러지기 쉽다. 또한, 이값이, 2.2보다 크면 마찰 교반 장치의 주축 모터에 걸리는 부하가 커지기 때문에 바람직하지 않다. 33 and 34, when the value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is 1.4 to 2.2, no surface defect E occurs and the state of the void M is roughly good. did. If this value is less than 1.4, since the metal to be spread cannot be pressed to the
1 공극 형성용 회전 툴
2 숄더부
2a 저면
2b 돌조
2c 절결부
3 교반 핀
3a 나선 홈
D 공극 깊이
K 간극
M 공극
V 버어
Z 금속 부재
Z1 본체부
Z2 소성화 영역
Za 표면1 Rotating tool for forming voids
2 shoulder parts
2a bottom
2b stone
2c cutout
3 stirring pins
3a helix groove
D void depth
K gap
M air gap
V burr
Z metal parts
Z1 main body
Z2 plasticization zone
Za surface
Claims (9)
숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고,
상기 교반 핀의 외주면에는 나선 홈이 각설되어 있고,
상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀의 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하인 것을 특징으로 하는, 공극 형성용 회전 툴. It is a rotation tool for forming a space | gap used when forming a space | gap inside a metal member by friction stirring,
With a shoulder part and the stirring pin which descends perpendicularly from this shoulder part,
On the outer circumferential surface of the stirring pin is formed a spiral groove,
A value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is 1.4 or more and 2.2 or less, wherein the air gap forming rotary tool is used.
상기 나선 홈부는, 상기 교반 핀의 선단으로부터 각설되어 있는 것을 특징으로 하는, 공극 형성용 회전 툴. The said stirring pin is provided with the spiral groove part in which the said spiral groove was formed, and the flat surface part in which the said spiral groove is not formed,
The said spiral groove part is squared out from the front-end | tip of the said stirring pin, The tool for forming gaps.
상기 돌조는, 상기 교반 핀의 주위에 소용돌이 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공극 형성용 회전 툴. The projection according to claim 1, wherein a protrusion is provided on the bottom of the shoulder portion.
The projection is formed in a vortex shape around the stirring pin, the tool for forming voids.
상기 공극 형성용 회전 툴은,
숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고,
상기 교반 핀의 외주면에는 나선 홈이 각설되어 있고,
상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀의 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하이며,
상기 공극 형성용 회전 툴을 회전시키면서, 상기 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에, 마찰 교반에 의해 유동화된 금속이, 상기 나선 홈에 의해 상기 금속 부재의 표면으로 긁어 올려지는 방향으로 상기 공극 형성용 회전 툴을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 공극 형성 방법. It is a space | gap formation method which forms a space | gap inside a metal member using the rotational tool for space | gap formation,
The void forming rotary tool,
With a shoulder part and the stirring pin which descends perpendicularly from this shoulder part,
On the outer circumferential surface of the stirring pin is formed a spiral groove,
The value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin is 1.4 or more and 2.2 or less,
For rotating the pore-forming rotary tool while moving relatively to the metal member, the metal fluidized by friction stir is scraped up to the surface of the metal member by the spiral groove for forming the void. A method for forming voids, characterized by rotating a rotating tool.
The gap formation method of Claim 8 which sets the distance of the surface of the said metal member and the bottom face of the said shoulder part to 0-3.0 mm.
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