摩擦搅拌接合装置及接合方法制造方法及图纸

一种摩擦搅拌接合装置，将具有大径的轴肩和向轴线方向突出的小径的销的刀具搭载于刀具驱动机械的机头部，其特征在于，在前述机头部和前述刀具之间具有修正机构，该修正机构可将前述刀具相对于被接合构件的相对距离在该刀具的旋转轴方向变更。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过具有大径的轴肩和向轴线方向突出的小径的销的刀具，进行摩擦搅拌接合的。
技术介绍
在大径的轴肩的前端，一边使具有小径的销的刀具转动，一边插入被接合构件，利用刀具和被接合构件之间产生的摩擦热和塑性流动而进行接合的方法被称为摩擦搅拌接合(下称FSW)，适用于以铝为主的各种金属材料的接合。其中的一个特征在于，FSW可以在被接合构件的熔点以下的温度固态接合。现有的一般的FSW装置是在刀具驱动机械的机头部搭载刀具，通过利用电动马达等使机头部上下移动，从而使刀具插入被接合构件(例如参照专利文献1)。在专利文献1中，记载了为了将相对于被接合构件的刀具的插入量保持在适当的值，而使用激光位移计测定刀具和被接合构件之间的距离，控制机头部的移动量。专利文献1日本特开平11-226758号公报(第5-6页，图4，图5)在FSW中，向被接合构件的刀具的插入量，即刀具的插入深度对接合部的品质有很大影响。刀具没有插入的部分作为未接合部留下。在刀具的插入量中，虽然根据被接合构件的板厚有所不同，但是存在适合值。因此，对应被接合构件的板厚，确定刀具的销的长度，最好在接合过程中一直保持刀具的插入量为一定。若向被接合构件的刀具的插入量过少，则轴肩与被接合构件没有接触，成为产生缺陷的原因。另外，刀具的插入量若过多，轴肩过分进入到被接合构件的表面，则在被接合构件的表面上产生凹陷，也会成为产生缺陷的原因。向被接合构件的刀具的插入量的变动量最好可控制在大约0.05mm以内。那么，象原有技术中所记载的那样将刀具搭载于机头部，在通过机头部的运动而将刀具插入到被接合构件的构造中，在直线接合或者单纯的二维曲线接合中，刀具插入量的修正可以比较简单地进行。但是，在接合曲面上的接合线的三维接合中，修正刀具插入量并不容易。本专利技术的目的就是提供一种即使在接合曲面上的接合线的三维接合的情况下，也可以很容易地修正刀具插入量的FSW装置以及接合方法。
技术实现思路
本专利技术的FSW装置是将可在刀具转动轴方向变更被接合构件与刀具的相对距离的修正机构，设置于刀具和机头部之间。在三维接合中，刀具的向被接合构件的插入量的修正方向与二维接合的Z方向不同，具有X方向或Y方向的成分。因此在接合中伴随着需要随时搜寻与被接合构件的法线方向平行的修正方向、且瞬间移动各轴。在通过三维接合用FSW装置进行向被接合构件的刀具插入量的修正的情况下，被接合构件的法线方向的计算，向修正量的X、Y、Z轴方向的分配，向X、Y、Z各轴的移动等一连串的动作需要在接合中进行。对此控制系统的演算能力给予很大的影响。用于完成一连串动作的时间，需要的是直线接合用FSW装置或曲线接合用FSW装置的情况的至少3倍左右，从而导致控制精度下降的问题。这是因为在直线接合用FSW装置的情况下，只移动Z轴一轴，而在曲线接合用FSW装置的情况下，是移动X、Y、Z轴这3轴。根据本专利技术，通过在机头部和刀具之间设置的修正机构，在刀具的旋转轴方向可以变更刀具和被接合构件之间的相对距离。修正机构因为是使刀具在与刀具旋转轴平行的方向移动，即使被接合构件是三维曲面，使用装置主体的多个驱动轴而不用改变装置主体的姿势，仅通过修正机构就可以简单的修正。因此，控制精度及控制的应答性提高了。本专利技术特别是对三维接合装置可以发挥很大的效果。在本专利技术中，具备检测刀具和被接合构件之间的相对距离的距离检测机构，通过此距离检测机构检测刀具和被接合构件之间的相对距离，为使相对距离达到预先指定的距离，最好修正刀具和被接合构件之间的相对距离。通过在机头部或前述修正机构上装备距离检测机构，因为可以正确地知道刀具和被接合构件之间的相对距离，从而可以实现高精度控制。检测刀具和被接合构件之间的相对距离的距离检测机构，只要是能够计量刀具和被接合构件之间的距离的物品即可，激光位移计是最好的量具之一。另外，代替直接检测刀具和被接合构件之间的相对距离的距离检测机构，也可以测量与刀具的插入深度有紧密联系的物理量。负载在刀具上的负荷，修正机构的驱动部件的负荷，在修正机构的驱动部件上使用电动马达的情况下的电动马达电流值，转动刀具的主轴马达的电流值等均与刀具的插入深度有紧密的关系，通过检测这些值也可以间接地知道刀具和被接合构件之间的相对距离。在本专利技术中，销和轴肩由旋转轴同一的分别的部件构成，最好是具备可以独立地变更销的突出长度的修正机构。在FSW中，在接合终端部拔出刀具时，会残留有与销形状相当的孔。这是因为销与轴肩是一体的。若销和轴肩由同轴的分别的部件构成，分别通过各自的驱动机构驱动，则可以在终端部不必改变轴肩的位置，从被接合构件上拔出销，接着拔出轴肩。据此，可以防止在接合终端部残留孔。如前所述，销和轴肩用分别的部件构成，且在具备驱动轴肩的第1修正机构和驱动销的第2修正机构的情况下，例如通过电动马达驱动销部，最好为使电动马达的电流值达到预先指定的电流值，修正销和被接合构件之间的相对距离。再有，装备了检测销的温度检测装置，最好通过此温度检测装置检测销前端的温度，为使销前端的温度达到预先指定的温度，修正销和被接合构件之间的相对距离。在被接合构件的板厚不一定的情况下，若销和轴肩是一体物，则会产生销的长度过长或不足。一般在通过FSW对接接合的情况下，销的长度较之被接合构件的板厚略短。板厚根据接合部位而变化的情况下，例如若考虑到比接合开始时的板厚变厚的情况，相对于板厚，销的长度变短，而成为产生未接合部的原因。如果可以将销的长度变更为适当的长度，则可以防止未接合部的产生，可以确保完整的接合部。在研究有关接合中的销的长度过长或不足时已经明白，与销的长度适当的情况相比较，在销的长度较短的情况下，驱动销的电动马达的电流值变小。因此，为使驱动销的电动马达的电流值达到预先指定的电流值，通过修正销和被接合构件之间的相对距离，可以防止未接合部的产生，可以确保完整的接合部。另外，在有关接合中的销的长度过长或不足的研究中已经明白，与销的长度适当的情况相比较，在销的长度较短的情况下，销前端的温度也不同。因此，装备销温度的检测装置，为使销前端的温度达到预先指定的温度，通过修正销和被接合构件之间的相对距离，可以防止未接合部的产生，可以确保完整的接合部。根据本专利技术，提供一种摩擦搅拌接合方法，具有轴肩和销是由比被接合构件更硬的材质制成的刀具，该刀具搭载于机头部，一边使刀具转动，一边使机头部下降，将销插入被接合构件，利用刀具和被接合构件的摩擦热而产生的塑性流动现象，在被接合构件的熔点以下的温度进行接合，其中，在前述机头部和前述刀具之间设置有可在刀具的旋转轴方向变更刀具和被接合构件之间的相对距离的修正机构，通过该修正机构，一边调整相对于前述刀具的被接合构件的插入量，一边进行接合。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的FSW装置的刀具附近的概略图。图2是表示本专利技术的一个实施例的FSW装置的概略图。图3是具有激光位移计的刀具修正机构的概略图。图4是具有负载传感器的刀具修正机构的概略图。图5是表示本专利技术的其他实施例的FSW装置的概略图。图6是表示本专利技术的其它实施例的FSW装置的概略图。图7是可以独立变更销突出长度的刀具修正机构的概略图。图8是表示销长度(d)与驱动销的马达的电流值(I)的关系的图。图9是表示销长度(d)与销前端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冈本和孝，平野聪，稻垣正寿，小田仓富夫，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：