KR20140131596A - 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. Provided is a rotation tool and a method of forming an air gap for forming voids which are less liable to collapse when the gap is formed inside the metal member by friction stir, and surface defects are less likely to occur. (1) for forming an air gap (M) inside a metal member (Z) while rotating the metal member (Z) while rotating the shoulder portion (2) Wherein a value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the agitating fin is 1.4 or more and 2.2 or less and the agitating fin 3 is vertically lowered from the stirring pin 3, Or less.
Description
본 발명은, 마찰 교반에 의해 금속 부재의 내부에 공극을 형성하는 공극 형성용 회전 툴 및 이것을 사용한 공극 형성 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rotating tool for forming voids that forms voids inside a metal member by friction stir, 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 configuration of the rotating tool for forming cavities, there is a possibility that the cavities may be crushed or holes (hereinafter also referred to as " surface defects ") may be caused to communicate with the surfaces of the cavities.
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 the above, it is an object of the present invention to provide a method of forming a cavity and a rotary tool for forming voids in which voids are hardly crushed and surface defects are less likely to occur when cavities are formed in metal members by friction stir We will do it.
이와 같은 과제를 해결하는 본 발명은, 공극 형성용 회전 툴을 사용해서 금속 부재의 내부에 공극을 형성하는 공극 형성 방법이며, 상기 공극 형성용 회전 툴은, 숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고, 상기 교반 핀의 외주면에 나선 홈을 각설하고, 당해 나선 홈이 상방에서 하방을 향함에 따라서 우회전이 되도록 형성하고, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀의 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하로 되도록 설정하고, 또한 상기 교반 핀의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도를 20도 이상 40도 이하로 설정하고, 상기 공극 형성용 회전 툴을 상기 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에, 상기 금속 부재의 표면과 상기 숄더부의 저면과의 거리를 0 내지 3.0㎜로 설정함과 함께, 상기 공극 형성용 회전 툴을 상방에서 보아 우회전시키면서, 마찰 교반에 의해 유동화된 금속이, 상기 나선 홈에 의해 상기 금속 부재의 표면측으로 긁어 올려지고, 상기 숄더부의 저면에 의해 눌려지는 것을 특징으로 한다.The present invention for solving such problems is a gap forming method for forming a gap in a metal member by using a rotating tool for forming voids, wherein the rotating tool for forming voids includes a shoulder portion and a shoulder portion vertically lowered Wherein a spiral groove is formed on the outer circumferential surface of the stirring pin and the spiral groove is formed so as to make a right rotation from the upper side to the lower side, and a value obtained by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the tip of the stirring pin 1.4 or more and 2.2 or less and an angle of the spiral groove with respect to a reference plane having a normal to the axial direction of the stirring pin is set to 20 degrees or more and 40 degrees or less, The distance between the surface of the metal member and the bottom surface of the shoulder portion is set to 0 to 3.0 mm, The metal fluidized by the friction stir is scraped to the surface side of the metal member by the helical groove and pressed by the bottom surface of the shoulder portion while turning the tool from the upper side to the right.
또한, 본 발명은, 공극 형성용 회전 툴을 사용해서 금속 부재의 내부에 공극을 형성하는 공극 형성 방법이며, 상기 공극 형성용 회전 툴은, 숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고, 상기 교반 핀의 외주면에 나선 홈을 각설하고, 당해 나선 홈이 상방에서 하방을 향함에 따라서 좌회전이 되도록 형성하고, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀의 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하로 되도록 설정하고, 또한 상기 교반 핀의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도를 20도 이상 40도 이하로 설정하고, 상기 공극 형성용 회전 툴을 상기 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에, 상기 금속 부재의 표면과 상기 숄더부의 저면과의 거리를 0 내지 3.0㎜로 설정함과 함께, 상기 공극 형성용 회전 툴을 상방에서 보아 좌회전시키면서, 마찰 교반에 의해 유동화된 금속이, 상기 나선 홈에 의해 상기 금속 부재의 표면측으로 긁어 올려지고, 상기 숄더부의 저면에 의해 눌려지는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a gap forming method for forming a gap in a metal member by using a rotating tool for forming voids, wherein the rotating tool for forming voids has a shoulder portion and a stirring pin vertically lowered at the shoulder portion A spiral groove is formed on the outer circumferential surface of the stirring pin such that the spiral groove is turned counterclockwise from the upper side to the lower side 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 to 2.2 And an angle of the spiral groove with respect to a reference plane having a normal to the axial direction of the agitating pin is set to be not less than 20 degrees and not more than 40 degrees and the rotating tool for forming voids is moved relative to the metal member The distance between the surface of the metal member and the bottom surface of the shoulder portion is set to 0 to 3.0 mm and the gap forming rotary tool is viewed from above While rotating, the metal-backed by friction agitation, it was raised by the helical groove to scrape the side of the surface of the metal member, characterized in that which is pressed by the bottom surface of the shoulder portion.
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 미만으로 설정되면, 퍼내진 금속이 숄더부의 저면으로 눌려지지 않기 때문에, 표면 결함이 생기기 쉽다. 한편, 상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀 선단의 외경으로 나눈 값이 2.2보다 크도록 설정되면 숄더부에서 금속이 퍼내지기 어려워지기 때문에, 금속 부재내의 공극이 찌부러지기 쉽다. 또한, 마찰 교반 장치의 주축 모터에 걸리는 부하가 커진다.According to such a constitution, since the plastically fluidized metal can be adequately pushed out and the burnt metal can be pushed to the bottom surface of the shoulder portion, the pores are hard to crumble and surface defects are hardly caused 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 agitating fin is less than 1.4, the burnt metal is not pressed against the bottom surface of the shoulder portion, and 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 set to be larger than 2.2, the metal is hard to be pushed in the shoulder portion, so that the pores in the metal member are liable to be crushed. In addition, the load applied to the main shaft motor of the friction stir device increases.
또한, 상기 교반 핀의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도를 20도 이상 40도 이하로 설정하는 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 각도를 40도보다 크게 설정하면, 교반 핀에 대한 나선 홈 길이가 짧아지므로, 숄더부에서 금속이 퍼내지기 어려워진다. 따라서, 어떤 경우도 공극이 찌부러질 가능성이 있다.Further, it is preferable that the angle of the spiral groove with respect to the reference plane whose axis is the axial direction of the stirring pin is set to 20 degrees or more and 40 degrees or less. According to this configuration, the pores are harder to collapse. If the angle of the helical groove with respect to the reference plane is less than 20 degrees, the angle is shallow, so that the metal is hard to be pierced in the shoulder portion. Further, if the angle of the helical groove with respect to the reference plane is set to be larger than 40 degrees, the spiral groove length with respect to the agitating pin is shortened, so that the metal is hard to be buried in the shoulder portion. Therefore, in any case, there is a possibility that the pores are collapsed.
또한, 상기 나선 홈을, 상기 교반 핀의 외주면에 일주 이상 감아 돌리는 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. It is also preferable that the spiral groove is wound on the outer circumferential surface of the stirring pin for at least one week. If the number of turns of the helical groove is less than one week, there is a possibility that the plasticized fluidized metal remains on one of the side walls of the gap and the gap is crushed. However, according to this configuration, since the metal is plasticized and fluidized in a well- Can be avoided.
또한, 상기 나선 홈이 형성된 나선 홈부와 상기 나선 홈이 형성되어 있지 않은 평탄면부를 상기 교반 핀에 형성하고, 상기 교반 핀의 선단으로부터 상기 나선 홈부를 각설하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 금속 부재의 깊은 위치에 공극을 형성할 수 있다.Preferably, the spiral groove portion in which the helical groove is formed and the flat surface portion in which the helical groove is not formed are formed in the stirring pin, and the helical groove portion is formed from the tip of the stirring pin. According to this configuration, a gap can be formed at a deep position of the metal member.
또한, 상기 숄더부의 저면에 돌조를 돌출 설치하고, 상기 돌조를, 상기 교반 핀의 주위에 소용돌이 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 형성되는 공극이 비교적 정돈된 형상으로 된다.Preferably, a protrusion is provided on the bottom surface of the shoulder portion and the protrusion is formed in a spiral shape around the stirring pin. According to this constitution, the formed voids become a relatively ordered shape.
또한, 상기 돌조에는, 상기 숄더부의 저면의 반경 방향으로 절결된 절결부를 형성하는 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.It is preferable that the protrusion is formed with a notch cut in the radial direction of the bottom surface of the shoulder. According to this configuration, the plasticized fluidized metal tends to collect around the proximal end portion of the stirring pin, and the metal tends to be pushed out from the cutout portion. Thereby, a comparatively large gap can be formed.
상기 교반 핀을, 선단으로부터 기단부까지 일정한 외경으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 공극의 폭을 일정하게 할 수 있다.It is preferable that the stirring pin is formed to have a constant outer diameter from the tip end to the base end. According to this configuration, the width of the gap can be made constant.
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 gap can be formed. When the bottom surface of the shoulder portion is press-fitted below the surface of the metal member, the plastically fluidized metal is harder to bite, so that the pores are prone to collapse. On the other hand, if the distance between the surface of the metal member and the bottom surface of the shoulder portion is larger than 3.0 mm, the burnt metal is not pressed against the bottom surface of the shoulder portion, and surface defects easily occur in the metal member. The " surface " of the metal member here refers to the surface of the metal member before friction stir.
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 rotation tool for forming cavities and the method of forming voids according to the present invention, voids are hardly crushed and surface defects on the metal member are less likely to occur when cavities are formed in the metal members by friction stir.
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.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a side view and a bottom view of a tool for forming voids according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 2 is a diagram showing a void forming method according to the present embodiment, wherein (a) is a side sectional view and (b) is a II vertical cross-sectional view of (a).
Fig. 3 (a) is a side view showing a first modified example, and Fig. 3 (b) is a bottom view of a shoulder portion showing a second modified example.
4 is a side view showing the third modification.
5 (a) shows a side view and a bottom view of a tool NO.S1, (b) shows a tool NO.S2, and FIG. 5 (c) shows a side view and a bottom view of a tool NO.S3 .
Fig. 6 is a plan view of a metal member showing a test result of a spiral groove angle test, in which (a) shows the result of the tool No. S. 1, (b) shows the result of the tool No. S. 2, Results are shown.
6 (b) is a cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 6 (b), and Fig. 7 (c) Sectional view.
8 is a graph showing the relationship between the air gap area and the clearance in the spiral groove angle test for each tool.
9 is a graph showing the relationship between the air gap area and the clearance in the spiral groove angle test by the moving speed.
Fig. 10 is a graph showing the relationship between the pore area and the moving speed in the spiral groove angle test by gap.
Fig. 11 shows a tool for rotating a tool for forming an air gap used in the shoulder portion outer diameter test. Fig. 11 (a) shows the tool number T.T, (b) shows the tool number.T2, .
Fig. 12 is a plan view of a metal member showing a test result of a shoulder portion outer diameter test. Fig. 12 (a) shows the result of the tool No. T1, Results are shown.
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.
14 is a graph showing the relationship between the air gap area and the clearance in the outer diameter test of the shoulder portion for each tool.
15 is a graph showing the relationship between the air gap area and the clearance in the outer diameter test of the shoulder portion for each tool.
Fig. 16 is a graph showing the relationship between the clearance area in the shoulder portion outer diameter test and the outer diameter of the shoulder portion by clearance.
Fig. 17 is a graph showing the relationship between the clearance area in the shoulder portion outer diameter test and the outer diameter of the shoulder portion by clearance.
Fig. 18 is a rotation tool for forming voids used in the ridge test. Fig. 18A is a side view of the tool Nos. 3-1 to 3-3, Fig. Fig.
Fig. 19 is a cross-sectional view of a metal member showing a test result of the ruggedness test. Fig. 19 (a) shows the results of tool Nos. The results of S3-3 are shown.
20 is a graph showing the relationship between the gap area and the clearance in the roughness test for each tool.
Fig. 21 is a rotation tool for forming voids used in an agitating pin outer diameter test. Fig. 21 (a) shows the tool No.U1, (b) shows the tool No.U2, (c) shows the tool No.U3, and Fig. Side view and a bottom view of U4.
Fig. 22 is a cross-sectional view showing a test result of the stirring pin outer diameter test. Fig. 22A shows the result of the tool NO.U1, Fig. 22B shows the result of the tool NO.U2, d) shows the result of tool NO. U4.
23 is a graph showing the relationship between the pore area and the clearance in the stirring pin outer diameter test for each tool.
24 is a graph showing the relationship between the pore area and the clearance in the stirring pin outer diameter test for each tool.
25 is a graph showing the relationship between the pore area in the stirring pin outer diameter test and the outer diameter of the stirring pin by clearance.
Fig. 26 is a rotation tool for forming voids used in the cavity depth test. Fig. 26 (a) shows the tool No. T2, Fig. 26 (b) / RTI >
Fig. 27 is a cross-sectional view showing a test result of the pore depth test, (a) and (b) show the results of tool No. T2, and Figs.
Fig. 28 is a sectional view showing the test result of the cavity depth test, and Figs. 28A and 28B show the results of the tool Nos. T.2-2.
FIG. 29 is a graph showing the relationship between the gap depth and the height of the flat surface portion in the cavity depth test on a clearance basis. FIG.
30 is a graph showing the relationship between the gap depth in the cavity depth test and the height of the flat surface portion by gap.
31 is a graph showing the relationship between the air gap area and the gap in the cavity depth test by the height of the spiral groove portion.
32 is a graph showing the relationship between the pore area and the gap in the pore depth test by the height of the spiral groove portion.
Fig. 33 is a table showing the states of the gaps formed with the respective tools in the embodiment. Fig.
Fig. 34 is a table showing the state of each tool and voids formed in the embodiment. Fig.
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.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in Fig. 1, the cavity forming
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.(The distance P1 from the proximal end of the agitating
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 the present 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).A
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.The angle (lead angle)? 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).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 forming method according to the present embodiment will be described. As shown in Fig. 2, the present embodiment exemplifies the case of machining a flat metal member Z. Fig. The material of the metal member Z is not particularly limited, but may be selected from metals capable of friction stirrer 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.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. 2A, 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.In addition, 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 void forming method, the metal member Z is frictionally agitated by the void forming
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. 2 (b), the metal member Z after the friction stir has the main body Z1, the gap M formed inside the main body Z1, the gap M, And a plasticizing zone Z2 covering the upper portion of the mold. The plasticizing zone Z2 is a portion formed by hardening after the metal is plastic-fluidized by friction stir. In the present embodiment, the plasticizing zone Z2 is formed so as to cover the upper side of the gap M with a cross-sectional trapezoidal shape. The plasticizing zone Z2 is formed by pressing the metal 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.In the present embodiment, the air gap M is formed in a substantially rectangular shape when cross sectioned. The space M is a closed space in the present embodiment and is a space communicating with the space M in the interior of the plasticizing zone Z2 or the boundary between the main body Z1 and the plasticizing zone Z2 No surface defects are formed. The distance from the upper end of the gap M to the surface Za is referred to as " 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
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.Further, since the agitating
<제1 변형예> <First 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. The void forming
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.3 (a), on the outer peripheral surface of the agitating
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.Since the
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
<제2 변형예> ≪ Second Modified Example &
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. 3 (b), in the cavity forming
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 Modified Example &
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, the gap 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 portion of the stirring
이상 본 발명의 실시 형태 및 변형예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 취지를 반하지 않는 범위에 있어서 적절하게 설계 변경이 가능하다.Although the embodiments and the modifications of the present invention have been described above, it is possible to appropriately change the design within the scope of the present invention.
실시예Example
<시험 개요> <Test Overview>
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, an embodiment of the present invention will be described. In the examples, the voids were formed by changing the shapes, sizes, ratios, and the like of the respective elements constituting the void forming rotary tool, and the formed voids were observed. For the sake of convenience of explanation, the void forming rotary tool is hereinafter also simply referred to as 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 kinds of tests were roughly divided. A "spiral groove angle test" for examining the influence of the angle of the spiral groove of the tool (lead angle), a "shoulder portion outer diameter test" for examining the influence of the outer diameter of the shoulder portion, "Stirring pin outer diameter test" for examining the influence of the outer diameter of the stirring pin, and "pore depth test" for examining the pore depth of the formed firing area.
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.For the pore depth test, an A1050 alloy plate was used, and for the other tests, an A1100 alloy plate was used. The cross-sectional shape of the helical groove formed in the agitating pin is semicircular, and its radius is 1.5 mm. The starting position (distance P1 in Fig. 1 (b)) of the protrusion was 3.0 mm, and the scroll pitch (distance P2 in 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, a tool rotated on the alloy plate was press-fitted and moved a predetermined distance. The number of revolutions of the tool was set to 800 RPM, and in the cavity depth test, friction stir was performed at 1275 RPM to investigate the influence of the number of revolutions 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. In the spiral groove angle test, the influence of the moving speed was also investigated by changing the moving 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 clearance (distance K in FIG. 2A) between the surface of the metal member and the bottom of the shoulder was changed to 0 mm, 1.0 mm, 2.0 mm and 3.0 mm, Frictional agitation was performed on the members to compare the voids formed respectively. In either alloy plate (test body), the central portion of the alloy plate was cut, polished and etched, and then the shape of the formed voids was observed. Further, the cross-sectional area of the gap formed by using the image 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 outer diameter 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 the metal member showing the test result of the helical groove angle test. Fig. 6 (a) shows the result of the tool No. S. 1, Fig. All of the plasticizing zones Z2 are formed on the surface Za of the metal member Z (main body Z1) in Figs. 6A, 6B and 6C. The plasticizing zone Z2 is set to 2.0 when the clearance between the surface Za of the metal member Z and 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.6 (b) is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 6 (b), and FIG. 6 (c) is a sectional view taken along the line II- Sectional view.
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. 6 (a) to 6 (c), 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 to which the moving speed of the tool is added to the rotational speed of the tool is referred to as " Advancing side " (hereinafter also referred to as " Ad side "), The side on which the speed is subtracted is called a " retreating side " (hereinafter, also referred to as " Re side "). In the present embodiment, since the tool is moved from the left side to the right side in Fig. 6 while being rotated to the right, the left side in the advancing direction 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 in Fig. 7 (a), the gap M in the tool Nos. 1 has a rectangular and elongated rectangular shape. The plasticizing zone Z2 covers the space M, but a part of the plasticizing zone Z2 remains on the sidewall of the Re side of the cavity M. [
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, under the conditions of the tool No.
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 the tools Nos. 1 to S3, it has been found that as the gap increases, the height position of the gap M moves to the upper side of the metal member Z and the height of the gap M increases. As the gap between the tools NO.S1 to S3 increases, the sectional area of the plasticizing zone Z2 becomes smaller and the gap depth D from the upper end of the gap M to the surface Za of the metal member Z ) Becomes 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.In tool NO.S2 and tool NO.S3, the width of the gap M formed and the outer diameter of the front end 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.In the tool Nos. 1, 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.Fig. 8 is a graph showing the relationship between the gap area and the clearance in the spiral groove angle test on a tool-by-tool basis. As shown in Figs. 7 and 8, the pore area of the gap M formed by the tool NO.S2 and the tool NO.S3 was substantially the same, but the pore area obtained by the tool NO.S1 was smaller than that of the tool NO.S2 And 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. Further, as shown in Fig. 8, as the gap increases from tool Nos. 1 to S3, the void area (cross-sectional area of the gap M) increases. As a result, it has been found that if the tool is separated from the metal member Z and the plastically fluidized metal is easy to be poured, the void area of the void M can be increased. The rate of increase in the pore area (slope of the graph) of the tool Nos.
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 air gap area and the clearance in the spiral groove angle test by the moving speed. Since the tools NO.S1 to S3 have almost the same results, FIG. 9 shows the result of the tool NO.S2 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.Fig. 10 is a graph showing the relationship between the air gap area and the moving speed in the spiral groove angle test by gap. Fig. 10 shows the relationship between the pore area and the moving speed obtained by the tool NO.S3.
도 9 및 도 10으로부터 명백해진 바와 같이, 공극 면적은, 이동 속도의 변화에 따라서는 그다지 영향을 받지 않는 것을 알았다. As is clear from Figs. 9 and 10, it was found that the pore area was not significantly influenced by the change of the moving speed.
<숄더부 외경 시험><Shoulder portion 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 outer diameter test of the shoulder portion, 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.Fig. 12 is a plan view of a metal member showing a test result of the outer diameter test of the shoulder portion. Fig. 12 (a) is a result of the tool number T.T1, (b) is the result of the tool number.T2, Fig. 12 (b) is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 12 (b), and FIG. 12 (c) is a cross- III sectional view. As shown in Fig. 5 (c), the tool No. S. 3 described above has an outer diameter of 22 mm 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.It was found that even though the clearance was 2.0 mm, the plasticized fluidized metal contacted 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.Figs. 14 and 15 are graphs showing the relationship between the air gap area and the clearance in the shoulder portion outer diameter test for each tool. Fig. 14 is a graph showing a moving speed of 100 mm / min, min. < / RTI >
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 Figs. 14 and 15, as the gap increases in all the tools, the pore area increases. As a result, it has been found that if the tool is separated from the metal member Z and the plastically fluidized metal is easy to be poured, the void area of the void M can be increased. The increment ratio (slope of increase) of the pore area of the tool NO.S3 and the tools NO.T1 to T3 was about 7 mm2 / mm and was equal to the outer diameter of the tip of the agitating
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 showing the relationship between the air gap area in the shoulder portion outer diameter test and the outer diameter of the shoulder portion by the clearances in FIG. 16, the moving speed is 100 mm / min, the moving speed is 300 Mm / min. ≪ / RTI >
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 Figs. 16 and 17, when the gap is 2.0 mm, the gap 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 condition that the moving speed is 100 mm / min and the clearance is 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, under the condition that the moving speed is 300 mm / min and the gap is 3.0 mm, surface defects have occurred in the plasticizing region at the outer diameter of 16 mm and 18 mm of the
<돌조 시험> <Rolling 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 ruggedness 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.Fig. 19 is a cross-sectional view of a metal member showing a test result of a rugged test. Fig. 19 (a) shows the results of tool Nos. . The results of .S3-3 are shown. 20 is a graph showing the relationship between the gap area and the clearance in the roughness test for each tool. As shown in Fig. 5C, the void forming rotary tool NO.S3 described above 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 Figs. 7 (c), 19 (a) and 20, the pore areas of the tool No. 3, the tool No. 3-1, and the tool No. 3-3 were substantially equal. When the result of Tool No. 3 is compared with the result of Tool No. 3 - 3, it is found that there is no influence on the result of the void area in 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. As in Tool No. 3-2, if 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, 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 was found that the surface defect E occurs under the condition of the gap 3.0 mm between the tool No. U4. As shown in Figs. 22 and 23, it has been found that the pore area becomes larger as the gap becomes larger in the tool Nos. U1 to U4. The increase rate of the void area of the tool Nos. U1 to U3 (inclination of the graph) became close to the outer diameter of the agitating
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 rate of increase of the void area of the tool No. U1 (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.Also, as shown in Figs. 23 and 24, it was found that the difference in the moving speed did not affect the pore area. As shown in Fig. 25, as the outer diameter of the agitating
<공극 깊이 시험> <Void 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 pore depth test, as shown in Fig. 3A, using the pore forming rotary tool having 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 in 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. The outer diameter 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. Fig. 27 is a cross-sectional view showing a test result of the cavity depth test, (a) and (b) show the results of the tool No. T2, and (c) and (d) . 28 is a cross-sectional view showing a test result of the cavity depth test, and (a) and (b) show the results of the tool Nos. TW2-2. 29 is a graph showing the relationship between the gap depth in the cavity depth test and the height of the flat surface portion by gap. 30 is a graph showing the relationship between the gap depth in the pore depth test and the height of the flat surface portion by gap. 29 and 30 are different in the number of revolutions of the tool, the number of revolutions of the test in FIG. 29 is 800 RPM, and the number of revolutions of the test in 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 FIGS. 29 and 30, it has been found that the larger the height of the flat surface portion 11 (the length of the stirring pin 3 - the height of the spiral groove portion 12), the larger the gap depth D is. It was also found that the gap depth D becomes larger as the gap becomes smaller. 29 and 30, it is found that the gap depth D becomes slightly larger when the rotation speed of the tool is higher.
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. 31 is a graph showing the relationship between the air gap area and the gap in the cavity depth test by the height of the spiral groove portion. 32 is a graph showing the relationship between the air gap area and the gap in the cavity depth test by the height of the spiral groove portion. 31 and 32 are different in the number of revolutions of the tool, the number of revolutions of the test in FIG. 31 is 800 RPM, and the number of revolutions 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 Figs. 31 and 32 and Figs. 27 and 28, it was found that the larger 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 described above, according to the gap test, it has been found that the air gap M can be formed at a deep position by increasing the height of the
<숄더부의 외경/교반 핀 선단의 외경과 시험 결과와의 대비>≪ outer diameter of shoulder portion / outer diameter of tip of stirring pin and comparison with 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.Figs. 33 and 34 are tables showing the states of the gaps formed with the respective tools in the embodiment. Fig. Indicates that the state of the gap M is good, and " x " shows the state in which the surface defect E occurs.
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. As shown in Figs. 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 agitating fin is 1.4 to 2.2, surface defects E do not occur and the state of the gap M is substantially good did. If this value is less than 1.4, the burnt metal can not be pressed against 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 Rotary tool for pore formation
2 shoulder part
2a Bottom
2b bump
2c
3 stirring pin
3a Spiral groove
D Cavity depth
K clearance
M air gap
V burr
Z metal member
Z1 body portion
Z2 plasticization zone
Za surface
Claims (7)
상기 공극 형성용 회전 툴은,
숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고,
상기 교반 핀의 외주면에 나선 홈을 각설하고, 당해 나선 홈이 상방에서 하방을 향함에 따라서 우회전이 되도록 형성하고,
상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀의 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하로 되도록 설정하고, 또한 상기 교반 핀의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도를 20도 이상 40도 이하로 설정하고,
상기 공극 형성용 회전 툴을 상기 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에, 상기 금속 부재의 표면과 상기 숄더부의 저면과의 거리를 0 내지 3.0㎜로 설정함과 함께, 상기 공극 형성용 회전 툴을 상방에서 보아 우회전시키면서, 마찰 교반에 의해 유동화된 금속이, 상기 나선 홈에 의해 상기 금속 부재의 표면측으로 긁어 올려지고, 상기 숄더부의 저면에 의해 눌려지는 것을 특징으로 하는, 공극 형성 방법.A void forming method for forming voids in a metal member by using a rotating tool for forming voids,
Wherein the gap forming rotary tool comprises:
And has a shoulder portion and a stirring pin that vertically descends at the shoulder portion,
A spiral groove is formed on the outer circumferential surface of the stirring pin and the spiral groove is formed so as to make a right turn from the upper side to the lower side,
The angle formed by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the front end of the stirring pin is 1.4 or more and 2.2 or less and the angle of the spiral groove with respect to the reference plane having the axial direction of the stirring pin as a normal, Or less,
Wherein a distance between the surface of the metal member and the bottom surface of the shoulder portion is set to 0 to 3.0 mm when the cavity forming rotary tool is relatively moved with respect to the metal member, Wherein the metal fluidized by the friction stir is scraped to the surface side of the metal member by the spiral groove and is pressed by the bottom surface of the shoulder portion while making a right turn as viewed from the viewpoint of the metal member.
상기 공극 형성용 회전 툴은,
숄더부와 이 숄더부에서 수직 하강하는 교반 핀을 갖고,
상기 교반 핀의 외주면에 나선 홈을 각설하고, 당해 나선 홈이 상방에서 하방을 향함에 따라서 좌회전이 되도록 형성하고,
상기 숄더부의 외경을 상기 교반 핀의 선단의 외경으로 나눈 값이 1.4 이상 2.2 이하로 되도록 설정하고, 또한 상기 교반 핀의 축 방향을 법선으로 하는 기준면에 대한 상기 나선 홈의 각도를 20도 이상 40도 이하로 설정하고,
상기 공극 형성용 회전 툴을 상기 금속 부재에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에, 상기 금속 부재의 표면과 상기 숄더부의 저면과의 거리를 0 내지 3.0㎜로 설정함과 함께, 상기 공극 형성용 회전 툴을 상방에서 보아 좌회전시키면서, 마찰 교반에 의해 유동화된 금속이, 상기 나선 홈에 의해 상기 금속 부재의 표면측으로 긁어 올려지고, 상기 숄더부의 저면에 의해 눌려지는 것을 특징으로 하는, 공극 형성 방법.A void forming method for forming voids in a metal member by using a rotating tool for forming voids,
Wherein the gap forming rotary tool comprises:
And has a shoulder portion and a stirring pin that vertically descends at the shoulder portion,
A spiral groove is formed on the outer circumferential surface of the stirring pin and the spiral groove is formed so as to make a left turn as it goes downward from above,
The angle formed by dividing the outer diameter of the shoulder portion by the outer diameter of the front end of the stirring pin is 1.4 or more and 2.2 or less and the angle of the spiral groove with respect to the reference plane having the axial direction of the stirring pin as a normal, Or less,
Wherein a distance between the surface of the metal member and the bottom surface of the shoulder portion is set to 0 to 3.0 mm when the cavity forming rotary tool is relatively moved with respect to the metal member, Wherein the metal fluidized by the friction stir is scraped toward the surface side of the metal member by the spiral groove while being pressed by the bottom surface of the shoulder portion while making a left turn as viewed from the side of the metal member.
상기 교반 핀의 선단으로부터 상기 나선 홈부를 각설하는 것을 특징으로 하는, 공극 형성 방법.The stirring pin according to claim 1 or 2, wherein a helical groove portion in which the helical groove is formed and a flat surface portion in which the helical groove is not formed are formed in the stirring pin,
And the spiral groove portion is formed from the tip end of the stirring pin.
상기 돌조를, 상기 교반 핀의 주위에 소용돌이 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는, 공극 형성 방법.The shoulder according to claim 1 or 2, wherein a protrusion is provided on the bottom surface of the shoulder portion,
Characterized in that the ridge is formed in a spiral shape around the stirring pin.
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