一种结构体及其制造方法技术

一种中空构件，由两个面板组成，面板是通过肋板组成的桁架形状结构连接起来的。一个面板的端部位于中空构件桁架结构的一个顶点附近。另一面板的端部从一个面板的端部突伸开去。另一面板从上方用摩擦搅拌焊接连接在一起。下一步，在一个面板之间设置一个搭接元件，并从上方进行摩擦搅拌焊。肋板承担摩擦搅拌焊过程中的载荷。由于整体都是桁架结构，就可以实现轻量化，并保证高的刚度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种结构体以及制造这种结构体的方法。举例来说，本专利技术适用于用铝合金轧压构架来制造铁路车辆或建筑物等场合所用的结构体以及制造该种结构体的方法。在摩擦搅拌焊接方法中，通过在需要连接的部位中插入一个转动的圆棒(该圆棒被称为“转动焊头”)，并使该转动焊头沿轧压构件的接缝线运动，使受到摩擦搅动的连接部分被加热而软化，并发生塑性流延，从而实现固体状态下的焊接。转动焊头包括一个插入到连接部位中的小直径部分和一个位于小直径部分外侧的大直径部分。转动焊头的大、小直径部分同轴设置。转动焊头大径部分和小径部分间的分界部分略微插入到连接部分中一些。上述的现有技术在例如日本专利特开平9-309164中(EP 0797043 A2)中有所公开。在上述文件的图9中就表示了从中空轧压构件的两个表面之一来对该轧压构件的两个表面进行接合的事例。在图中还表示了用于防止中空轧压构件发生变形的一个联接元件。摩擦搅拌连接方法与电弧焊接方法的不同之处在于在摩擦搅拌连接中，由于在需要进行连接的构件中插入了转动焊头，从而作用了一个大的载荷，该载荷主要作用在转动焊头的插入方向上(即转动焊头的中轴线方向)。也就是说，转动焊头的插入力作用在要进行连接的构件上。当对中空轧压构件进行摩擦搅拌焊接时，由转动焊头作用的上述插入力挤靠在一个肋板上，其中的肋板连接了一个面板和一个与此平行的第二面板，从而使中空轧压构件发生变形。由于这样的原因，非常必要设计一种结构件，在该结构件中联接元件部分的变形可被避免。在上述的日本专利特开平9-309164中(EP 0797043 A2)就公开了上述所需的防变形装置。在该文中，在两个中空轧压构件的连接部分设置了一个垂直的板件(该元件被称作“纵向肋板”)，或将中空轧压构件的两个面板连接起来来防止变形。其中的纵向肋板设置在转动焊头中轴线的延长线上。纵向肋板连接了中空轧压构件的两个面板。对纵向肋板而言，由于大的载荷作用在其中心轴线方向上，所以必须将中空轧压构件肋板的厚度加大。由于这个原因，制造一种轻质量的结构配合元件就受到了限制。此外，从另一方面对中空轧压构件的纵向肋板进行探讨。在面板外侧的弯曲载荷作用在中空轧压构件的条件下，已知的是肋板是决定构件整体刚度的部分。为了改善抵抗面板外侧弯曲作用力的刚度，需要沿和面板成45度夹角的方向来设置肋板，使其处于和剪切应力垂直的的主应力状态。然而，垂直于两面板设置的纵向肋板几乎不再起到加强元件的作用。如上所述，尽管纵向肋板在结构体中作为加强元件时，几乎不能对构件的刚性有所贡献，但由于需要肋板元件来加厚中空轧压构件，使其可承受摩擦搅拌焊时的插入力，所以使中空轧压构件的联结件变轻是很困难的。本专利技术的目的是设计一种结构体以及制造这种结构体的方法，其中的结构体质量轻、刚性好。上述的目标可通过一种制造结构体的方法得以实现，该方法包括如下的步骤先准备好两个中空轧压构件，该构件的两个相对的板件通过由多个肋板构成的一个桁架结构连接起来，其中一个面板的端部位于桁架结构中一个顶点的附近，而另一个面板的端部则突伸到一个面板的端部之外；然后在一个面板(未外伸面板)的一侧将突伸的面板相互连接起来；然后在两个中空轧压构件中各自一个面板的端部之间设置一个搭接元件；最后将搭接元件的两个端部和面板连接起来。上述的目标通过一种制造结构体的方法得以实现，该方法包括如下的步骤用一组肋板将两个中空构件中各自的两个面板连接起来，并使两个中空构件中各自的某一面板的端部突出于各自另一面板的端部之外；然后从两个面板中另一面板(未外伸面板)的一侧用摩擦搅拌焊将突伸的两个部件相互连接起来；并将一个搭接元件的两个端部分别搭接到两个连接部分上，这两个连接部分一个是两个中空构件之一的两个面板之一的端部和肋板的结合部位，另一个是另一中空构件的另一面板的端部和肋板的结合部位；在两个中空构件之一和搭接元件的一个端部的连接过程中，是从中空构件的外侧用摩擦搅拌焊来形成搭接部分的，且摩擦搅拌焊接部位的内侧部分不通过摩擦搅拌焊接焊到搭接元件的对应端部上；且在另一个构件和搭接元件的另一端的连接过程中，搭接部分是用摩擦搅拌焊从中空构件的外侧进行的，或是通过电弧焊接将搭接元件的另一端和中空构件的另一面板连接起来形成的，且摩擦搅拌焊的内侧部分不通过摩擦搅拌焊连接到搭接元件的一端上。上述的目标可通过一种摩擦搅拌焊接方法得以实现，该方法包括如下的步骤将第一构件的一端和第二构件的另一端搭在一起，使搭接部位位于第一构件的另一端和第二构件的另一端之间；在转动焊头插入到第一构件和第二构件中并顶挤在搭接部分上的状态下，开始执行摩擦搅拌焊。附图说明图1是在根据本专利技术的结构体及其制造方法的第一种实施方式中的一个连接部分的主体部分的纵向截面视图；图2是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第一实施例中的连接部分的纵向截面视图；图3是表示一对中空构件的轴测视图；图4是根据本专利技术的结构体及其制造方法的实施例所涉及的铁路客车车体的轴测视图；图5是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第二种实施方式的接合部分的主体部分的纵向断面视图；图6是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第三种实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；图7是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第四种实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；图8是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第五种实施例中的连接部分的主体部分的纵向截面视图9是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第六种实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；图10是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第七实施例中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；图11是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第八实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；图12是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第九实施方式中的连接部分的主体部分的纵向断面视图；图13表示了图12中的结构在焊接后的纵向断面结构；图14是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第十实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；图15表示了图14中的结构在焊接后的纵向断面结构；以及图16是表示根据本专利技术的结构体及其制造方法的第十一实施例中的连接部分的主体部分的纵向断面视图。下文参照图1到图4来描述根据本专利技术的结构体及其制造方法的第一种实施方式。一个客车体200包括一个组成客车体200侧板件的侧结构体201、一个组成客车体200车顶的顶结构体202、一个构成客车体200地板的支架板203、以及一个构成了客车体纵向端部的结构体204。每个侧结构体201、顶结构体202和支架板203都分别是由多块轧压构件(挤压型材)连接而成的。轧压构件的纵长方向被设置成朝向客车体200的纵向方向。其中的轧压构件是由铝合金制成的中空构件。下文将描述用于组成侧结构体201的中空构件10和20的结构及其连接方法。中空构件的其它部分和其它结构体类似于这些侧结构体。中空构件10和挤压型材20分别包括一对薄面板11、12和21、22、以及以桁架形状设置的多个肋板13和23。两个面板11、和12(面板21和22)位置基本平行。肋板构成的桁架的架距也是相同的。桁架结构是由肋板13、23以及面板11、12和面板21、22的板厚方向的中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造结构体的方法，该方法包括下列的步骤：先准备好两个中空轧压构件，该构件的两个相对的薄面板件通过由多个肋板构成的一个桁架结构连接起来，其中一个所说面板的端部位于桁架结构中一个顶点的附近，而另一个所说面板的端部从所说一个面板的端部 延伸出来；从所说一个面板的一侧将突伸的面板相互连接起来；在两个中空轧压构件的所说面板的对应端部之间设置一个搭接元件；以及将搭接元件的两个端部和各所说一个面板连接起来。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川崎健，江角昌邦，与野正树，佐川年旦，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]