TWI742882B - 用於摩擦銲接接合的螺柱及應用其之多層鈑件結合結構 - Google Patents

Abstract

一種用於摩擦銲接接合的螺柱及應用其之多層鈑件結合結構，該螺柱包含：一夾持部、一螺紋部、及一尾端部，夾持部呈柱狀結構，供一旋轉夾頭夾固；螺紋部係自夾持部之端面延伸之一桿體，供數個螺紋設置；尾端部係設置於螺紋部之背對夾持部的一端，尾端部具有一頂角；其中，夾持部朝向螺紋部的環狀端面形成一肩部，螺紋部靠近尾端部的一端設置多個第一螺紋部，螺紋部靠近夾持部的一端設置多個第二螺紋部，第一螺紋部螺旋向前推進的螺紋旋轉方向與第二螺紋部螺旋向前推進的螺紋旋轉方向互為相反；本發明還包含應用該螺柱的多層鈑件結合結構。

Description

用於摩擦銲接接合的螺柱及應用其之多層鈑件結合結構

本發明為一種用於摩擦銲接接合的螺柱及應用其之多層鈑件結合結構，特別是有關於一種在螺柱前端與後端形成不同轉向的螺紋，以增加材料鑽入能力、摩擦銲接接合能力及螺柱壓扣能力的螺柱及應用其之多層鈑件結合結構。

摩擦銲接為一種固態接合製程，技術上是以機械能方式，透過相對旋轉摩擦運動及施加軸向壓力，產生摩擦熱能把工作表面加熱到塑性狀態，將銲接表面的油脂、水份、氧化膜或其他附著物清除，而露出純潔的金屬表面，同時因摩擦熱使溫度升高到某一適於銲接的溫度時，加壓力於銲接表面，形成牢固的銲接接頭。功效上，由於銲接過程未達熔點，因此並無因熔融與凝固的過程而有氣孔與凝固裂紋的缺陷產生，且無外加熱量，而摩擦所產生的熱量均勻，故工件不易變形，尺寸穩定，且品質穩定性高，銲接接頭的強度也大於熔銲的強度，達到甚至超過母材的強度，因此其製程時間短，產能高，非常適合大量生產。

目前摩擦銲接技術以棒材管材接合為主，工件分為同材質二方接合，及異材二方接合，同材質二方接合應用如鋼筋續接器/鋼筋摩擦銲接，異材二方接合應用如異種金屬活塞桿銲接，摩擦接合螺柱無論同材質或異材摩擦銲 接，大部分皆為二方接合，三方摩擦接合技術目前以同材質為主，因為摩擦接合主要接合面只有一摩擦鍛壓面，異種材質主要成份相差太大，因此高溫下不易產生冶金鍵結，故使得其結合強度不高。

傳統用於摩擦銲接接合層鈑的習知螺柱多為單一旋轉方向的螺紋設計，如圖1所示為習知鋼鋁異材多層鈑1(例如碳鋼鈑11與鋁鈑12之疊合鈑)與習知螺柱13進行摩擦銲接後，其摩擦銲接介面的剖面圖，而因為傳統用的習知螺柱13在鋼鋁摩擦銲接介面(如圖1中的箭頭標線指出處)並無導料結構設計，因此在其端面易有鋁殘留14，且在習知螺柱13的夾持部底面，也易形成空隙15，再加上習知螺柱13打入鈑料後因無較佳的導料設計，導致軟化的材料的塑性流動性不足而易形成氣孔裂紋16缺陷，因而造成該習知螺柱13與鋁鈑材交界處密合不佳的問題。

本發明的目的在於提供一種用於摩擦銲接接合的螺柱，其同時具有螺旋方向相反的第一螺紋與第二螺紋，配合該螺柱的旋轉方向與對應的第一螺紋，可提高螺柱鑽入鈑材的功效並能以第二螺紋提供摩擦銲接功效。

為達成上述目的，本發明提供一種用於摩擦銲接接合的螺柱，包括：一夾持部，其係呈柱狀結構，可供一可釋放的旋轉夾頭夾固於其上；一螺紋部，其係自該夾持部端面延伸之桿體，可供數個螺紋設置；以及一尾端部，其係設置於該螺紋部之背對該夾持部的一端，該尾端部具有一頂角；其中該夾持部朝向該螺紋部的環狀端面形成一肩部，該螺紋部靠近該尾端部的一端設置多個第一螺紋部，該螺紋部靠近該夾持部的一端設置多個第二螺紋部，該第一螺紋部相反於該第二螺紋部的螺紋旋轉方向。

在一些實施例中，該第一螺紋部為正牙螺紋、該第二螺紋部為逆牙螺紋或該第一螺紋部為逆牙螺紋、該第二螺紋部為正牙螺紋。

在一些實施例中，該第一螺紋部與該第二螺紋部的螺紋圈數分別為至少二圈。

在一些實施例中，該第一螺紋部軸向區域的長度為該螺紋部之軸向長度的1/3，該第二螺紋部軸向區域的長度為該螺紋部之軸向長度的2/3。

在一些實施例中，該螺紋部為一直徑朝向該尾端部漸縮之錐柱

在一些實施例中，該肩部設置一鉤尖朝向該螺紋部的鉤爪。

本發明的再一目的在於提供一種應用前述摩擦銲接接合螺柱的多層鈑材結合結構，使得可直接進行摩擦銲接(不需在接合加工前預置接合孔位)，減少銲件前處理成本並能強化摩擦銲接之異材接合效果。

在一些實施例中，該肩部設置一鉤尖朝向該螺紋部的鉤爪，該鉤爪係嵌入該第二層鈑。

在一些實施例中，該中間層鈑與該第二層鈑的材料硬度小於該螺柱的材料硬度。

在一些實施例中，該螺柱與該第一層鈑為鋼鐵材料製成品，該中間層鈑與該第二層鈑為鋁金屬、銅金屬、鋅金屬或高分子材料製成品。

為達成上述目的，本發明提供一種多層鈑材結合結構，包括：一多層疊合板，係由多個鈑材互相堆疊而成，其包含一第一層鈑、一位於該第一層鈑一側的第二層鈑和位於該第一層鈑與該第二層鈑之間的中間層鈑；以及利用一摩擦銲接設備的旋轉夾頭夾持如前述之該螺柱夾持部進行旋轉，並於該螺柱之該尾端部接觸該第二層鈑後加壓旋轉，使該尾端部與該螺紋部由該第二層 鈑穿入至該第一層鈑，使該螺柱對該多層疊合板產生摩擦銲接接合，且該螺柱之該肩部係抵壓於該第二層鈑。

本發明的至少具有下列特點：本發明不需在接合加工前預置接合孔位即可直接進行摩擦銲接，減少銲件前處理成本。本發明可將數個工件一次接合在一起，接合效率極高。本發明利用摩擦銲接技術將螺柱與多個異材疊放鈑件接合，實現多層異種材質快速接合效益，減少接合前處理成本；本發明利用一種快速多方異材摩擦銲接用螺柱，應用螺柱的螺紋設計差異，使預接合的疊合板，達到一步驟先鑽孔後接合效果；在一改進的實施例中，本發明進一步可透過螺柱的倒鉤結構，將表層(最外層)疊合板扣合，減少螺柱與疊合板之間的縫隙，增加其接合強度，進行強化摩擦銲接之異材接合功效。

1:鋼鋁異材多層鈑

11:碳鋼鈑

12:鋁鈑

13:習知螺柱

14:殘留鋁

15:空隙

16:氣孔裂紋

2:螺柱

21:夾持部

211:肩部

212:鉤爪

22:螺紋部

221:第一螺紋部

222:第二螺紋部

23:尾端部

231:頂角

3,3’:多層疊合板

31:第一層鈑

32:第二層鈑

33:中間層鈑

A:旋轉夾頭

[圖1]為先前技術之螺桿與鋼鋁鈑材摩擦銲接結剖面圖；

[圖2]為本發明一實施例之用於摩擦銲接接合的螺柱之正視圖；

[圖3]為本發明一實施例之附帶鉤爪結構之用於摩擦銲接接合的螺柱的正視圖；

[圖4]為本發明一實施例之以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱旋轉進給開孔示意圖；

[圖5]為本發明一實施例之以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱第一螺紋部旋轉鑽孔排屑示意圖；

[圖6]為本發明一實施例之以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱第二螺紋部旋轉摩擦銲接產生緻密接合示意圖；及

[圖7]為本發明一實施例之以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱鉤爪強化多層鈑接合強度示意圖。

[圖8]為本發明一實施例之以無鉤爪螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合示意圖；

[圖9]為本發明一實施例之以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之結構的剖面照片。

茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。

以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。

請參照圖2所示。本實施例之螺柱2主要係用於摩擦銲接接合的場合，其該螺柱2的結構包括：一夾持部21、一螺紋部22及一尾端部23；該夾持部21係呈一柱狀結構，用以夾固於一可釋放的摩擦銲接設備的旋轉夾頭A上；該螺紋部22係自該夾持部21的端面軸向延伸出之一桿體，可供數個螺紋設置於其上；以及該尾端部23係設置於該螺紋部22之背對該夾持部21的一 端，該尾端部23具有一頂角231；上述結構中，該夾持部21朝向該螺紋部22的環狀端面形成一肩部211，該螺紋部22靠近該尾端部23的一端設置多個第一螺紋部221，該螺紋部22靠近該夾持部21的一端設置多個第二螺紋部222，該第一螺紋部221與該第二螺紋部222的螺紋旋轉方向互為相反，例如該第一螺紋部221為正牙螺紋則該第二螺紋部222即為逆牙螺紋或該第一螺紋部221為逆牙螺紋時，該第二螺紋部222即為正牙螺紋。

如圖3所示。在一實施例中，該肩部211可進一步設置一鉤尖朝向該螺紋部22的鉤爪212。

在一實施例中，該第一螺紋部221與該第二螺紋部222的螺紋圈數分別為至少二圈。

在一實施例中，該第一螺紋部221軸向區域所佔用的長度為該螺紋部22之軸向長度的1/3，該第二螺紋部222軸向區域所佔用的長度為該螺紋部22之軸向長度的2/3。

在一實施例中，為了使螺紋部22與工件產生較佳的接觸，該螺紋部22可設為一直徑朝向該尾端部23漸縮之錐柱。

再請參照圖3、圖4至圖7。圖3為本發明附帶鉤爪結構之用於摩擦銲接接合的螺柱的正視圖、圖4之實施例為對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱旋轉進給開孔示意圖、圖5之實施例為以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱第一螺紋部旋轉鑽孔排屑示意圖、圖6實施例為以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱第二螺紋部旋轉摩擦銲接產生緻密接合示意圖、圖7實施例為以螺柱對多層鈑材進行摩擦銲接結合之螺柱鉤爪強化多層鈑接合強度示意圖。上述實施例之應用螺柱2(帶有鉤爪212)進行多層鈑材之摩擦銲接之結 合結構，包括：一多層疊合板(3,3’)，係由多個鈑材互相堆疊而成，其包含一第一層鈑31、一位於該第一層鈑31一側的第二層鈑32和位於該第一層鈑31與該第二層鈑32之間的中間層鈑33，當然在一些實施例中，該中間層鈑33可以是多個異材金屬鈑或不設置中間層鈑33僅使用該第一層鈑31與該第二層鈑32；以及利用一摩擦銲接設備的旋轉夾頭A夾持該螺柱2之該夾持部21進行旋轉(如圖4所示)，並於該螺柱2之該尾端部23接觸該第二層鈑32(即位於頂面的鈑件)後加壓旋轉，使該尾端部23與該螺紋部22由該第二層鈑32穿入至該第一層鈑31，並且該尾端部23的頂角231可形成類似排屑功效，將軟化的第二層鈑32、中間層鈑33材料排離該尾端部23，且結合該第一螺紋部221，與旋轉方向形成推進深入多層疊合板3的作用，可提高螺柱2鑽深能力(如圖5所示之箭頭標線方向)，在該螺柱2鑽至該第一層鈑31時，可以不需穿透之，而可在使該螺柱2對該第一層鈑31表面產生摩擦銲接接合，另外在該第二螺紋部222(如為逆牙旋轉方向)可進行摩擦銲接的鈑材軟化後之塑性流動(如圖6、圖7所示之箭頭標線方向)，以使鈑材材料與螺紋部22產生緻密接合，之後，當螺柱2與多層疊合板3完成摩擦銲接接合後，該螺柱2之該鉤爪212係該鉤爪212係嵌入該第二層鈑32，以牢牢地固定該第二層鈑32，並對該中間層鈑33在螺柱2軸向方向產生夾持力，以提高對多層疊合板3的固定的作用。圖9揭示本發明之一實施例之螺柱2與多層疊合板3’進行摩擦銲接接合的剖面圖，由圖中可知，本發明之螺柱2可提供與多層疊合板3’進行緻密性高的摩擦銲接。

當然，如圖8繪示本發明之無鉤爪實施例的螺柱2對多層鈑材3進行摩擦銲接結合示意圖。

值得一提的是，在本發明一實施例中，該中間層鈑33與該第二層鈑32的材料硬度小於該螺柱2的材料硬度。該螺柱2與該第一層鈑31可為鋼鐵材料製成品，且該螺柱2為可鍛造加工的金屬材料。該中間層鈑33與該第二層鈑32的材料可為金屬或合金，例如：鋁、銅或鋅，或高分子的製成品。

上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

2:螺柱

21:夾持部

212:鉤爪

22:螺紋部

221:第一螺紋部

222:第二螺紋部

23:尾端部

231:頂角

Claims (7)

1. 一種用於摩擦銲接接合的螺柱，包括：一夾持部，係呈一柱狀結構，可釋放地夾固於一旋轉夾頭上；一螺紋部，係自該夾持部端面延伸之一桿體，供數個螺紋設置；以及一尾端部，係設置於該螺紋部之背對該夾持部的一端，該尾端部具有一頂角；其中，該夾持部朝向該螺紋部的環狀端面形成一肩部，該螺紋部靠近該尾端部的一端設置多個第一螺紋部，該螺紋部靠近該夾持部的一端設置多個第二螺紋部，該第一螺紋部與該第二螺紋部的螺紋旋轉方向互為相反；其中，該第一螺紋部為正牙螺紋、該第二螺紋部為逆牙螺紋或該第一螺紋部為逆牙螺紋、該第二螺紋部為正牙螺紋；其中，該第一螺紋部軸向區域的長度為該螺紋部之軸向長度的1/3，該第二螺紋部軸向區域的長度為該螺紋部之軸向長度的2/3。
2. 如請求項1所述之用於摩擦銲接接合的螺柱，其中該螺紋部為一直徑朝向該尾端部漸縮之錐柱。
3. 如請求項1至2之任一項所述之用於摩擦銲接接合的螺柱，其中該肩部設置一鉤尖朝向該螺紋部的鉤爪。
4. 一種多層鈑材結合結構，包括：一多層疊合板，係由多個鈑材互相堆疊而成，其包含一第一層鈑、一位於該第一層鈑一側的第二層鈑和位於該第一層鈑與該第二層鈑之間的中間層鈑；以及利用一摩擦銲接設備的旋轉夾頭夾持如請求項1至2任一項所述之該螺柱之該夾持部進行旋轉，並於該螺柱之該尾端部接觸該第二層鈑後加壓旋轉，使 該尾端部與該螺紋部由該第二層鈑穿入至該第一層鈑，使該螺柱對該多層疊合板產生摩擦銲接接合，且該螺柱之該肩部係抵壓於該第二層鈑。
5. 如請求項4所述之多層鈑材結合結構，其中該肩部設置一鉤尖朝向該螺紋部的鉤爪，該鉤爪係嵌入該第二層鈑。
6. 如請求項4所述之多層鈑材結合結構，其中該中間層鈑與該第二層鈑的材料硬度小於該螺柱的材料硬度。
7. 如請求項4所述之多層鈑材結合結構，其中該螺柱與該第一層鈑為鋼鐵材料製成品，該中間層鈑與該第二層鈑為鋁金屬、銅金屬、鋅金屬或高分子材料製成品。

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