專利名稱：摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將復(fù)數(shù)的板材重合，使板材塑性流動(dòng)接合的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造。
背景技術(shù)：
自古以來(lái)，特別是由于鋁材等輕金屬與鋼材相比易通電、傳熱，所以比鋼材更不適合于電弧焊等焊接方法是已為所知的。
為此，如特開(kāi)2002-292479號(hào)公報(bào)那樣，使用包括前端具有銷部，且其基端一側(cè)大于銷部的大直徑肩部形成的旋轉(zhuǎn)工具，以及相對(duì)于該旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向相對(duì)配置的支撐部件的摩擦點(diǎn)接合裝置，由這個(gè)摩擦點(diǎn)接合裝置，在將重合的第1及第2板材由上述旋轉(zhuǎn)工具及支撐部件夾住的同時(shí)，邊旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)工具邊朝著第1及第2板材壓入，并且，通過(guò)上述肩部將第1板材沿上述軸線方向擠壓，通過(guò)摩擦將板材的一部分熔融點(diǎn)接合的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造已為所知。
然而，在迄今為止的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造中，因?yàn)榻雍系馁|(zhì)量和接合的狀態(tài)的關(guān)系不明確，結(jié)合板材的板厚及材質(zhì)，必須具體調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)工具的加壓力、旋轉(zhuǎn)數(shù)及接合時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)調(diào)節(jié)非常困難，就產(chǎn)生了稱之為接合質(zhì)量的偏差很大的問(wèn)題。還有，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)摩擦使板材熔融點(diǎn)接合的，一定的接合時(shí)間是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，鑒于以上各點(diǎn)，其目的在于通過(guò)在兩枚的板材的接合構(gòu)造的構(gòu)成上下功夫，獲得安定的接合質(zhì)量且接合強(qiáng)度高的接合構(gòu)造。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中是以機(jī)械接合的形式接合板材的。
具體地講，第1發(fā)明中，是以下述構(gòu)造為對(duì)象的，既使用包括前端具有銷部，且其基端一側(cè)大于銷部的大直徑肩部形成的旋轉(zhuǎn)工具，以及相對(duì)于該旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向相對(duì)配置的支撐部件的摩擦點(diǎn)接合裝置，在將重合的第1及第2板材由上述旋轉(zhuǎn)工具及支撐部件夾住的同時(shí)，邊旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)工具邊朝著第1及第2板材壓入，并且，通過(guò)上述肩部將第1板材沿上述軸線方向擠壓，使第1及第2板材兩者產(chǎn)生塑性流動(dòng)的點(diǎn)接合構(gòu)造。
并且，使上述第1板材和第2板材的連續(xù)的界面存在的狀態(tài)下由上述銷部形成凹陷部分，在上述凹陷部分的外側(cè)，在全周范圍由第2板材的塑性流動(dòng)使第1板材一側(cè)凸起形成環(huán)狀凸起部分的第1及第2板材接合構(gòu)成。
根據(jù)上述構(gòu)成，因?yàn)榈?板材和第2板材的連續(xù)界面的存在，由上述旋轉(zhuǎn)工具和支撐部件夾著的第1及第2板材，與旋轉(zhuǎn)肩部和銷部產(chǎn)生摩擦熱被軟化時(shí)，相互不溶解而為固相原樣，被擠壓的第2板材朝著第1板材一側(cè)塑性流動(dòng)，在凹陷部分的外側(cè)形成環(huán)狀隆起部分同時(shí)機(jī)械接合。由這個(gè)隆起部分的機(jī)械接合大小左右接合強(qiáng)度，但是，其大小又可以通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)工具所加壓力，環(huán)轉(zhuǎn)次數(shù)及接合時(shí)間等條件很容易得到調(diào)整，可以安定地得到目標(biāo)接合強(qiáng)度。
還有，凹陷部分底面的第1板材和第2板材之間，因?yàn)闅埩袅诉B續(xù)的界面，與界面中途剪斷的情況相比不容易發(fā)生應(yīng)力集中，可以防止龜裂的發(fā)生而提高剪力強(qiáng)度。再有，在形成凹陷部分的壁面上沒(méi)有露出第2板材，這樣，就是第2板材為耐腐蝕性差的材質(zhì)而只要第1板材為耐腐蝕性的材料，在確保接合部位的耐腐蝕性的同時(shí)，因?yàn)榇嬖谕馁|(zhì)的連續(xù)表面，表面處理、涂裝等質(zhì)量管理就變得容易。
在第2發(fā)明中，上述環(huán)狀隆起部分上，在其外側(cè)形成了突出著的突出部分。根據(jù)這樣的構(gòu)成，在突出部分，第2板材朝著隆起部分外側(cè)的第1板材嵌入，由其固定效果，對(duì)于從第1板材將第2板材牽離的剝離荷載的也提高了強(qiáng)度。
第3及第4發(fā)明中，是關(guān)于上述第1及第2板材為輕金屬的說(shuō)明。根據(jù)這樣的構(gòu)成，鋁、鎂等比重小的輕金屬，在較低溫的固相狀態(tài)下容易發(fā)生塑性流動(dòng)，所以本發(fā)明的作用效果顯著得到發(fā)揮。
(發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明)
以下，基于圖面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。且，以下的實(shí)施方式，本質(zhì)上是最好的示例，本發(fā)明，無(wú)意限制其適用物及用途的范圍。
—摩擦點(diǎn)接合裝置的構(gòu)成—圖1，表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的摩擦點(diǎn)接合裝置(未圖示全體)上設(shè)置的接合槍1。這個(gè)接合槍1，例如，安裝在機(jī)械手上，點(diǎn)狀接合在厚度方向上的重疊狀態(tài)下的用于汽車車身的由鋁合金、鎂合金、亞鉛合金等的輕金屬構(gòu)成的復(fù)數(shù)個(gè)板材，形成摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造。這個(gè)接合槍1，包括旋轉(zhuǎn)工具4和支撐部件5形成的接合工具6，由這個(gè)旋轉(zhuǎn)工具4和支撐部件5夾住工件W的接合部位。
如圖2模式表示的那樣，上述旋轉(zhuǎn)工具4，在前端部分41上裝有圓柱狀銷部42，且銷部42的基部一側(cè)形成了比銷部42直徑大的肩部43。
上述旋轉(zhuǎn)工具4，將第1及第2板材W1、W2配置在垂直于其厚度方向上重合的工件W的重合面S1的旋轉(zhuǎn)軸X(軸線)上，由旋轉(zhuǎn)軸馬達(dá)11，構(gòu)成為圍繞這個(gè)旋轉(zhuǎn)軸X旋轉(zhuǎn)的形式。還有，上述旋轉(zhuǎn)工具4，由推壓軸馬達(dá)12，構(gòu)成為在上述旋轉(zhuǎn)軸X上升降的形式。這個(gè)第1及第2板材W1、W2，即可是同材質(zhì)又可以是異材質(zhì)，只要是輕金屬其組合就自由。
上述支撐部件5，其構(gòu)成為與上述旋轉(zhuǎn)工具4的前端部分41的前端面的形狀及面積近似相同或者是具有比其大的前端面52的圓柱狀的本體部分51。還有，支撐部件5，安裝在略成L字狀的臂13的前端，夾著工件W對(duì)向上述旋轉(zhuǎn)工具4配設(shè)在上述旋轉(zhuǎn)軸X上。
—工件接合的順序—如圖2所示，由接合槍1的旋轉(zhuǎn)軸馬達(dá)11，使旋轉(zhuǎn)工具4圍繞旋轉(zhuǎn)軸X旋轉(zhuǎn)。并且，上述旋轉(zhuǎn)工具4的旋轉(zhuǎn)次數(shù)到達(dá)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)次數(shù)后，邊使該旋轉(zhuǎn)工具4旋轉(zhuǎn)，邊通過(guò)推壓馬達(dá)12到接觸到工件W(第1板材W1)的表面為止降落該旋轉(zhuǎn)工具4。由此，上述旋轉(zhuǎn)工具5和上述支撐部件5夾住上述工件W的同時(shí)，將這個(gè)工件W朝著旋轉(zhuǎn)軸X方向(圖2的下方向)推壓。這樣做，將上述旋轉(zhuǎn)工具4的銷部42壓入上述工件W。另一方面，上述支撐部件5由其前端面52支撐著工件W。這樣，上述旋轉(zhuǎn)工具4的朝著工件W的推壓力由上述支撐部件5的前端面52支撐，可以抑制該工件W朝著上述支撐部件5一側(cè)的變形。
接下來(lái)，在使上述旋轉(zhuǎn)工具4處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下朝著工件W擠壓。由此，上述旋轉(zhuǎn)工具4的銷部42擠壓入第1板材W1，在發(fā)熱的同時(shí)該銷部42沉入第1板材W1內(nèi)后，由上述旋轉(zhuǎn)工具4的肩部43和第1板材W1的表面摩擦產(chǎn)生摩擦熱。這個(gè)摩擦熱，從第1板材W1傳給第2板材W2，該第2板材也發(fā)生軟化。
并且，繼續(xù)上述旋轉(zhuǎn)工具4的旋轉(zhuǎn)及推壓。由此，上述第1及第2板材W1、W2上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向的塑性流動(dòng)。通過(guò)繼續(xù)該旋轉(zhuǎn)工具4的旋轉(zhuǎn)和推壓，擴(kuò)大工件W內(nèi)的塑性流動(dòng)范圍。
再有，邊使上述銷部42和肩部43旋轉(zhuǎn)邊將第1板材W1朝著第2板材一側(cè)擠壓，這樣該銷部42及肩部43沉入工件W內(nèi)，由銷部42，保留第1板材W1和第2板材W2之間的連續(xù)界面S2形成凹陷部分61。這時(shí)，第1及第2板材W1、W2在固相狀態(tài)下塑性流動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)工具4和支撐部件5支撐的第2板材W2朝著比凹陷部分61的側(cè)壁面的內(nèi)部壓力小的徑向外側(cè)的第1板材W1一側(cè)流動(dòng)。由此，以旋轉(zhuǎn)軸X為中心的環(huán)狀隆起部分63圍繞凹陷部分61在第1板材W1一側(cè)形成。在這個(gè)環(huán)狀隆起部分63的外側(cè)，伴隨著肩部43的旋轉(zhuǎn)的塑性流動(dòng)，形成朝著徑向外側(cè)突出的突出部分64。由這個(gè)第2板材W2形成的突出部分64嵌入第1板材W1的形式接合。
這樣做，在所定的時(shí)間持續(xù)工件W內(nèi)的塑性流動(dòng)后，在旋轉(zhuǎn)工具4旋轉(zhuǎn)的情況下，由推壓軸馬達(dá)12使旋轉(zhuǎn)工具4上升，將該旋轉(zhuǎn)工具4從工件W內(nèi)抽出。
其后，使工件W急劇冷卻硬化，結(jié)束工件W的接合。
—實(shí)施方式的效果—根據(jù)上述實(shí)施方式所涉及的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造，由旋轉(zhuǎn)工具4和支撐部件5將第1板材W1朝著第2板材W2一側(cè)擠壓銷部42，在保留第1板材W1和第2板材W2之間的連續(xù)界面S2形成凹陷部分61時(shí)，第1及第2板材W1、W2塑性流動(dòng)第2板材W2在第1板材W1一側(cè)形成隆起的環(huán)狀隆起部分63。由這個(gè)隆起部分63的機(jī)械接合的大小左右接合強(qiáng)度，但是，這個(gè)機(jī)械接合的大小，但是，其大小又可以通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)工具4所加壓力，旋轉(zhuǎn)次數(shù)及接合時(shí)間等條件很容易得到調(diào)整，可以安定地得到目標(biāo)接合強(qiáng)度。再有，由于上述界面S2的存在，在剪力強(qiáng)度增大的同時(shí)，表面處理、涂裝等質(zhì)量管理就變得容易。
還有，隆起部分63的外側(cè)形成了突出部分64，由此，由這個(gè)突出部分64的固定效果也提高了接受部位的承受剝離方向的荷載的強(qiáng)度。
再有，因?yàn)榈?及第2板材W1、W2是由輕金屬形成的，在固相狀態(tài)下容易發(fā)生塑性流動(dòng)，所以本實(shí)施方式的所用效果得到明顯發(fā)揮。
—實(shí)施方式的變形例—上述實(shí)施方式中，固定了支撐部件5，但是，使支撐部件5沿著旋轉(zhuǎn)軸X移動(dòng)也是可以的。還有，將支撐部件5形成為旋轉(zhuǎn)工具5的前端面的形狀及面積基本相同或者是更大的具有前端面52的圓柱狀本體部分51，但是如為平板亦可。


圖1，是表示接合槍的側(cè)面圖。
圖2，是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造的擴(kuò)大剖面圖。
圖3，是表示實(shí)施例1所涉及的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造中每個(gè)接合時(shí)間的剪斷直徑及牽引剪斷強(qiáng)度的推移變化的圖。
圖4，是表示接合時(shí)間為0.4秒時(shí)的接合部位剖面圖。
圖5，是表示接合時(shí)間為0.7秒時(shí)的接合部位剖面圖。
圖6，是擴(kuò)大表示圖5的隆起部分的剖面圖。
圖7，是表示實(shí)施例2所涉及的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造的接合部位的剖面圖。
圖8，是擴(kuò)大表示圖7的C部分的剖面圖。
(符號(hào)說(shuō)明)4 旋轉(zhuǎn)工具5 支撐部件42 銷部43 肩部61 凹陷部分63 隆起部分
64 突出部分X 旋轉(zhuǎn)軸S2 界面W1 第1板材W2 第2板材具體實(shí)施方式
(實(shí)施例)接下來(lái)，說(shuō)明具體實(shí)施了的實(shí)施方式。
(實(shí)施例1)作為工件W，第1板材W1使用了1mm板厚的6000系鋁合金，第2板材W2使用了1mm板厚的3000系鋁合金。并且，使用上述摩擦點(diǎn)接合裝置改變旋轉(zhuǎn)工具4的加壓力、旋轉(zhuǎn)數(shù)及推壓入旋轉(zhuǎn)工具4后的接合時(shí)間接合工件W。
具體地講，使用肩部直徑為8mm的旋轉(zhuǎn)工具4，其壓力為3.4KN，旋轉(zhuǎn)數(shù)為2500rpm，使各接合時(shí)間每0.1秒發(fā)生變化在同一個(gè)工件W的不同位置設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)接受部位。并且，為了解其接合狀態(tài)剪斷工件W的每個(gè)接合時(shí)間的接合部位，觀察了其斷面。再有，測(cè)定了不同位置的每個(gè)接合部位的剪力強(qiáng)度。
在圖3中表示了測(cè)定的每個(gè)接合時(shí)間的剪斷直徑R及剪力強(qiáng)度的推移變化的結(jié)果。圖4，是表示接合時(shí)間為0.4秒時(shí)的接合部位剖面圖。圖5，是表示接合時(shí)間為0.7秒時(shí)的接合部位剖面圖。剪斷直徑R，大致相當(dāng)于隆起部分63的最大直徑，相當(dāng)于在第1板材W1和第2板材W2重疊面S1中機(jī)械接合的有效直徑。也就是，如圖6的擴(kuò)大表示那樣，在剪斷直徑R的范圍內(nèi)，第1板材W1和第2板材W2無(wú)間隙地機(jī)械結(jié)合著。另一方面，圖中未表示，但是，在剪斷直徑R的更外側(cè)，第1板材W1和第2板材W2之間看到了微小的間隙。
正如比較圖4及圖5所知的一樣，得知通過(guò)增大接合時(shí)間，隆起部分63增大，剪斷直徑R增大。也就是如圖3所示，得知通過(guò)增加一定程度的接合時(shí)間，剪斷直徑R增大，伴隨于此剪力強(qiáng)度也增大。如圖6的擴(kuò)大詳細(xì)表示那樣，在接合時(shí)間為0.7秒的時(shí)候，形成了隆起部分63的突出部分64，進(jìn)一步增大了剪力強(qiáng)度。但是，也得知了如果使接合時(shí)間超過(guò)一定的時(shí)間(本實(shí)施方式中為0.8秒)，由于界面S2的第1板材W1的厚度變得過(guò)薄，相反的剪力強(qiáng)度會(huì)變小。
圖像信號(hào)3所示的區(qū)域B，表示了拉伸剪斷試驗(yàn)的平面圖的剪斷面形狀為按鈕狀(環(huán)狀)的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中，在這個(gè)區(qū)域中得到了最好的接合強(qiáng)度。區(qū)域A，表示了拉伸剪斷試驗(yàn)的平面圖的剪斷部分中途剪斷不再成為環(huán)狀的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域A中，與區(qū)域B相比接合強(qiáng)度降低，在0.4秒的接合時(shí)間中形成了如圖4所示的環(huán)狀隆起部分63，提高了剪力強(qiáng)度。
這樣，得知了機(jī)械接合的大小，也就是剪斷直徑R的大小，可以由改變旋轉(zhuǎn)工具4的加壓力、旋轉(zhuǎn)數(shù)及接合時(shí)間等的接合條件容易得到調(diào)整，所以可以得到作為目標(biāo)值的接合強(qiáng)度。
(實(shí)施例2)作為工件W，第1板材W1使用了1mm板厚的6000系鋁合金，第2板材W2使用了2mm板厚的5000系鋁合金。并且，使用上述摩擦點(diǎn)接合裝置的旋轉(zhuǎn)工具4的加壓力為3.92KN，旋轉(zhuǎn)數(shù)為3500rpm，使各接合時(shí)間每0.8秒接合工件W。這時(shí)的接合部位的擴(kuò)大剖面圖由圖7所示。在實(shí)施例2所涉及的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造中，亦得知良好地形成了隆起部分63。如圖8所示，擴(kuò)大凹陷部分61的底部(圖7的C部分)，得知形成了第1板材W1和第2板材W2的連續(xù)界面S2。
權(quán)利要求
1.一種摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造，其為使用包括前端具有銷部，且在其基端一側(cè)形成有大于銷部直徑的大直徑肩部的旋轉(zhuǎn)工具，和相對(duì)于該旋轉(zhuǎn)工具配置成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向的支撐部件，由上述旋轉(zhuǎn)工具及支撐部件夾住重合的第1及第2板材的同時(shí)，邊旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)工具邊朝著第1及第2板材壓入上述銷部，并且利用上述肩部將第1板材沿上述軸線方向擠壓，使第1及第2板材兩者產(chǎn)生塑性流動(dòng)而點(diǎn)接合著的點(diǎn)接合構(gòu)造，其特征為在使上述第1板材和第2板材的連續(xù)的界面存在的狀態(tài)下由上述銷部形成凹陷部分，在上述凹陷部分的外側(cè)，在整個(gè)一周范圍第2板材借助塑性流動(dòng)在第1板材一側(cè)形成凸起的環(huán)狀凸起部分，構(gòu)成第1及第2板材接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造，其特征為上述環(huán)狀隆起部分上，形成了突向外側(cè)的突出部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造，其特征為上述第1及第2板材為輕金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造，其特征為上述第1及第2板材為輕金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造。在重合第1及第2板材(W1、W2)，使兩板材(W1、W2)塑性流動(dòng)接合的摩擦點(diǎn)接合構(gòu)造中，安定接合質(zhì)量的同時(shí)，提高其接合強(qiáng)度。使用旋轉(zhuǎn)工具(4)和支撐部件(5)，將第1板材(W1)朝著第2板材(W2)擠壓，由旋轉(zhuǎn)銷部(42)在保留第1板材(W1)和第2板材(W2)的連續(xù)界面(S2)的狀態(tài)下形成凹陷部分(61)。這時(shí)，使第1及第2板材(W1、W2)塑性流動(dòng)在凹陷部分(61)的外側(cè)第2板材(W2)朝著第1板材(W1)一側(cè)隆起形成環(huán)狀隆起部分(63)。
文檔編號(hào)B23K20/12GK1657215SQ20051000590
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者高瀨健治, 巖下智伸, 加藤喜久生, 玄道俊行 申請(qǐng)人:馬自達(dá)汽車股份有限公司