利用摩擦搅动的连接方法及设备技术

当以预先设定的转速转动旋转工具（１）时凸起（３）以预定压力压入第一和第二构件（Ｗ１）和（Ｗ２），使第一和第二构件（Ｗ１）和（Ｗ２）被旋转工具（１）和静止工具（１０）夹住，凸起（３）在这些构件中转动以切削围绕它的构件组织，从而产生热。另外，凸起（３）切削所产生的切屑在构件中蓄积，被两个工具（１）和（１０）搅动，碰撞周围的构件组织和凸起（３），从而产生热。一个第一肩部（２）也以预定压力压入并转动以产生热，从而使切屑熔化。当周围构件组织的塑性流动被促进时，第一肩部（２）保持预定的压力和转速。因此，单位面积压力增大以增加塑性流动量。在旋转工具在转动中被拉出时，一直进行塑性流动的构件组织冷却并彼此结合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及借助摩擦熔化和搅动金属构件如铸件或板材的连接或结合方法及设备。当金属构件具有复杂的三维形状时，采用点焊，点焊能够局部连接多个独立的连接部位。按照另一种连接技术，日本专利第2712838号中公开了一种在未熔化的状态中进行摩擦搅动的连接方法。按照这种连接技术，称为探针的一个凸起在转动中插入并平动进入两构件彼此对接形成的连接表面。连接表面附近的金属组织借助摩擦热塑化并连接起来。日本专利公开文本第10-183316号及第2000-15426号公开了一种在表面处理铸件如缸盖相对于缸体的接触表面中的表面处理方法。按照这种方法，一个在远端肩部形成有一个凸起的旋转工具在转动中压入铸件，因而在铸件尚未被热熔化时被搅动。上述的在未熔化状态中的摩擦搅动连接具有下述问题。旋转工具的转速和压力不能增加得很高。由于抵靠在构件上的静止工具的接受表面面积大于从旋转工具远端凸出的凸起的表面面积，因而压力分散在接受表面的整个表面上。旋转工具的转动产生的摩擦热在接受表面的整个表面上消散。因此，连接耗费时间。因此，如果工具的转速、工具的压力的大小、工具的运行速度等增加得超过需要，那么，连接可能变得不完全，或者，被连接部分可能被不合乎需要地被熔化。因此，缩短连接时间受到局限。按照上述传统的连接技术，对于构件的厚度或材料来说最佳的控制参数如工具的转速和压力大小是事先通过实验等途径取得的。由于设计的改变，当准备连接与传统构件不同的构件时，最佳控制参数必须再次通过实验等途径取得。对于连接强度等的质量评估是使用实际连接的样品通过抗拉试验进行的。这就需要单独的检验过程。因此，如果实际连接构件的质量评估能够与使用控制参数的连接一起进行的话，那么，构件的质量评估就能够在每次连接进行时进行。因此，就能够适当地应对批量生产。另外，由于设计改变，准备连接与传统构件不同的构件时，最佳控制参数能够容易地计算出来。这就能很有效地通过减少有缺陷的产品来提高产量。但是，尚未研制出在摩擦搅动连接中如上所述的评估质量的系统。本专利技术的另一个目的是提供一种利用摩擦搅动的连接方法和设备，其中构件的连接状态可随着连接受到管理，从而无需单独的检验过程。为了解决上述问题，实现本专利技术的上述目的，按照本专利技术，提供一种利用转动一个旋转工具的摩擦搅动的连接方法，所述旋转工具具有一个第一工具部分和一个第二工具部分，该第二工具部分具有的面积小于第一工具部分的面积并从第一工具部分的远端突出；彼此重叠第一和第二构件；并且进行摩擦搅动，从而连接所述第一和第二构件，其特征在于该方法包括在旋转工具正在转动时从第二工具部分将旋转工具推压入第一构件，通过在旋转工具已压入的构件中转动旋转工具而切削旋转工具周围的构件，通过第一工具部分在构件中的摩擦搅动熔化被切削的构件，以及使被熔化的区域向第二构件延伸，以便使第一和第二构件彼此连接。当与传统焊接相比较时，焊接所需要的电流等就变得不再必要了，因而可缩短连接时间。最好在连接结束时，旋转工具以转动状态从构件缩回。因此，连接部分在其后被冷却，连接被完成。一个静止工具最好与旋转工具相对地设置，使第一和第二构件夹在静止工具和旋转工具之间，使相对于旋转工具的分开距离能够被改变，静止工具对着旋转工具的远端形成得具有与旋转工具的第二工具部分的远端的面积相同的面积。因此，使从连接部分的热消散受到抑制，连接时间被缩短，连接强度能被增加。上述连接方法最好还包括下述连接管理步骤检测在连接过程中热量产生的状态，检测旋转工具相对于构件的受压力状态，检测构件由于热量产生状态和受压力状态的连接状态，以及检查构件的连接状态是良好或未处于连接状态。因此，在连接过程中能够对连接状态进行管理，因而不再需要单独的检查过程。在连接过程中，能够通过使用控制参数来管理构件是否连接良好。热量产生状态中产生的热量最好根据构件的动摩擦系数和作用在构件上的载荷来计算，并且受压力状态的压力大小根据使旋转工具相对于构件垂向移动的电机的编码器输出来计算。按照本专利技术，提供一种连接设备，该设备利用转动一个旋转工具的摩擦搅动，所述旋转工具具有一个第一工具部分和一个面积小于第一工具部分的面积且从第一工具部分远端突出的第二工具部分；彼此重叠第一和第二构件；以及进行摩擦搅动，从而连接第一和第二构件，其特征在于所述设备包括工具控制装置，用于当旋转工具正在转动时从第二工具部分将旋转工具推压入第一构件，通过使旋转工具在已被压入旋转工具的构件中转动而切削围绕旋转工具的构件，通过在构件内的摩擦搅动来熔化被切削的构件，以及使被熔化的区域向第二构件延伸，从而使第一和第二构件彼此连接。当与传统的焊接进行比较时，焊接所需要的电流等变得不再必要，因而可以缩短连接时间。一个静止工具最好设置得相对于旋转工具，使第一和第二构件夹在静止工具和旋转工具之间，使相对于旋转工具的分开距离能够被改变，使对着旋转工具的静止工具的远端形成得具有至少小于旋转工具的第一工具部分的横截面积的横截面积。因此，从连接部分的热消散受到抑制，连接时间被缩短，连接状态被稳定。最好静止工具的远端具有与旋转工具的第二部分的远端面积基本相同的面积，并且静止工具形成得越靠近远离静止工具远端的对置旋转工具侧，横截面积越大。当静止工具的远端磨损时，它可被切割并再次使用。静止工具的远端最好形成一个弯曲表面。因此，可以减小构件的应力集中和凹陷。即使静止工具抵靠在构件上的角度稍许不同，静止工具也被一个表面而并非一个点或一条线所接受。因此，连接强度的变化可受到抑制，能够容易地保证稳定的连接质量。第一工具部分最好具有一个同心的肩部，从第一工具部分向着第二工具部分直径减小以便形成一个台阶。因此，能够连接三个或更多叠放的构件或具有大的板总厚度的构件。连接设备最好还包括一个连接管理组件，该连接管理组件包括用于检测在连接过程中构件热量产生状态的产生热量检测装置、用于检测旋转工具相对于构件的压力状态的压力状态检测装置、用于检测构件由于热量产生状态和压力状态引起的连接状态的连接状态检测装置和用于检查构件连接状态是否良好的检查装置。因此，构件的连接状态能够在连接过程中受到管理，使得单独的检查过程变得不再必要。本专业技术人员从下面对本专利技术推荐实施例的描述能够理解其它的目的和优点。在描述中将对照附图，附图构成说明书的一部分，表示本专利技术的实例。但是，这种实例并不能穷举本专利技术的各种实施例，因而随说明书后面的权利要求书用于限定本专利技术的范围。下面将描述的实施例是实施本专利技术的实例。本专利技术能够应用于下述实施例的修改和变化而并不超出本专利技术的范围。附图说明图1A和1B是用于说明按照本专利技术一实施例的利用摩擦搅动的连接方法的示意图。如图1A和1B所示，该实施例的连接方法用于例如由铝合金制成的板状构件。至少两个构件被重叠，一个旋转工具1通过在绕其轴线转动时向其最外表面施加一个压力而压入第一构件W1。因此，彼此重叠的第一构件W1和第二构件W2的构件组织被摩擦热熔化并被搅动，从而将其连接起来。一个静止工具10相对于旋转工具1布置，使第一构件W1和第二构件W2被静止工具10和旋转工具1夹住，因而使相对于旋转工具1的分开距离能够被改变。旋转工具1是硬度高于构件硬度的钢材(如硬质合金)制成的耐磨工具。构件的材料并不局限于铝合金，只要它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用转动一个旋转工具的摩擦搅动的连接方法，所述旋转工具具有一个第一工具部分和一个第二工具部分，该第二工具部分具有的面积小于第一工具部分的面积并从第一工具部分的远端突出；彼此重叠第一和第二构件；并且进行摩擦搅动，从而连接所述第一和第二构件，其特征在于该方法包括： 在旋转工具正在转动时从第二工具部分将旋转工具推压入第一构件， 通过在旋转工具已压入的构件中转动旋转工具而切削旋转工具周围的构件， 通过第一工具部分在构件中的摩擦搅动熔化被切削的构件，以及 使被熔化的区域向第二构件延伸，以便使第一和第二构件彼此连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：村上士嘉，
申请(专利权)人：马自达汽车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]