專利名稱：接合方法和接合用工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于接合待接合構(gòu)件(工件)的接合方法和接合用工具。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，攪拌摩擦接合技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化被推進(jìn)為一種新的接合方法，以替代作為用于金屬制的工件(待加工構(gòu)件，即待接合構(gòu)件)的接合方法的無(wú)釬料焊接(welding) 和釬焊(brazing)方法。作為固相接合的攪拌摩擦接合適于在比無(wú)釬料焊接(熔融接合)或釬焊(液相-固相反應(yīng)接合)低的溫度下接合工件。因而，攪拌摩擦接合具有如下優(yōu)點(diǎn)使得工件在接合期間的熱變形?。灰约拜^少地產(chǎn)生由接合部中的金屬的狀態(tài)改變引起的氣體缺陷或固化裂紋導(dǎo)致的接合缺陷。攪拌摩擦接合是一種涉及如下方面的接合方法準(zhǔn)備圓柱形的接合用工具；將高速轉(zhuǎn)動(dòng)中的接合用工具壓抵至工件的待接合部分；利用在接合用工具和工件(更具體地， 待接合部分)之間產(chǎn)生的摩擦熱來(lái)促進(jìn)結(jié)合部的塑性流動(dòng)，由此來(lái)接合工件。接合用工具包括肩部和被稱為探針的突起，肩部具有大的外徑并且具有均一的圓柱形狀,而突起具有小的外徑并且從肩部的頂面突出。肩部和突起位于大致相同的軸線上。 在接合處理期間，在肩部的頂面壓抵工件并且探針推入或插入到工件之間的接合線中的狀態(tài)下，接合用工具沿著工件的抵接面移動(dòng)。然后，工件由于與接合用工具的摩擦產(chǎn)生的熱而軟化，并且在維持在固相的狀態(tài)下通過(guò)塑性流動(dòng)而接合。攪拌摩擦接合是一種涉及用較大的力(以下，稱為“工具負(fù)荷”)將接合用工具壓抵工件的接合方法。例如，在所謂的6000系列鋁合金(Al-Mg-Si系列合金)的情況下，工具負(fù)荷高達(dá)大約3kN至10kN。然而，攪拌摩擦接合引起如下問(wèn)題由于需要對(duì)工件施加工具負(fù)荷并且因?yàn)榻雍嫌霉ぞ叩男螤罨驇缀谓Y(jié)構(gòu)，難以使在工件的邊緣部具有諸如曲面形狀、直角形狀等復(fù)雜形狀的部分接合，即難以將具有非平坦形狀的接合部分接合。另外，攪拌摩擦接合可能引起探針拔出孔留在接合終端部的問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)以上缺陷，還提供了一種涉及如下方面的接合方法在工件的端部形成突片(tab)或延長(zhǎng)部(更具體地，待接合部)；通過(guò)將突片或延長(zhǎng)部用作接合始端部或接合終端部而進(jìn)行攪拌摩擦接合；隨后通過(guò)使用另一機(jī)械工具切除突片或延長(zhǎng)部，從而在不留下探針拔出孔的情況下使具有非平坦形狀的工件的接合部接合(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平10-71477號(hào)公報(bào))。另一方面，在攪拌摩擦接合方法中，可能引起如下情況在接合用工具通過(guò)工件的結(jié)合部之后，接合用工具可能在接合部的表面產(chǎn)生毛刺。在需要結(jié)合部的表面平滑的應(yīng)用 (例如，結(jié)合部的表面被用作配合面的組件)中，或者在需要外觀美觀的應(yīng)用(精心設(shè)計(jì)的表面)中，不期望有這種毛刺。因而，還提供一種攪拌摩擦接合方法，其能夠與使用配備有適于與接合用工具一體轉(zhuǎn)動(dòng)的切割刀片的接合用工具進(jìn)行攪拌摩擦接合加工并行地從結(jié)合部的表面去除毛刺(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2003-126973號(hào)公報(bào)，以及專利文獻(xiàn)I)。將工件的突片或延長(zhǎng)部用作接合加工始端部或接合加工終端部來(lái)進(jìn)行攪拌摩擦接合的傳統(tǒng)接合方法需要在接合之后使用另一機(jī)械工具切下突片或延長(zhǎng)部。在該傳統(tǒng)方法中，因?yàn)樾枰诮雍现笫褂昧硪粰C(jī)械工具切下突片或延長(zhǎng)部，與不需要用于切下突片或延長(zhǎng)部的工藝相比，該傳統(tǒng)方法需要額外的時(shí)間和勞動(dòng)，例如，為了切下突片或延長(zhǎng)部，而進(jìn)行從接合設(shè)備到切割機(jī)械工具的安裝改變(setup change),這可能引起接合品的成本的增加。另一方面，在能夠與使用配備有適于與接合用工具一體轉(zhuǎn)動(dòng)的切割刀片的接合用工具對(duì)工件進(jìn)行攪拌摩擦接合加工同時(shí)并行地從結(jié)合部的表面去除毛刺的攪拌摩擦接合方法的情況中，盡管該方法能夠提供平滑的結(jié)合部，但是該方法沒(méi)有考慮在將工件的突片或延長(zhǎng)部用作接合加工始端部或接合加工終端部而進(jìn)行攪拌摩擦接合時(shí)利用切割刀片切下突片或延長(zhǎng)部的需求。另外，由于該攪拌摩擦接合方法利用切割刀片切除毛刺，所以切屑附著于工件或接合品、接合用工具和攪拌摩擦接合設(shè)備，于是需要額外的時(shí)間和勞動(dòng)來(lái)清潔切屑或者需要其它切屑去除措施，導(dǎo)致接合品的成本進(jìn)一步增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)遇到的情況而構(gòu)思出本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在無(wú)需從攪拌摩擦接合設(shè)備到另一機(jī)械工具的安裝改變用額外時(shí)間和勞動(dòng)的情況下接合具有非平坦形狀的工件的待接合部而不會(huì)留下探針拔出孔的接合方法和接合用工具。一方面，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)提供如下接合方法能夠?qū)崿F(xiàn)上述和其它目的，該接合方法包括準(zhǔn)備待接合到一起的一對(duì)工件，所述一對(duì)工件中的每個(gè)工件均具有非平坦部和與所述非平坦部連著的抵接面；在所述一對(duì)工件中的每個(gè)工件設(shè)置延長(zhǎng)部，所述延長(zhǎng)部具有與所述非平坦部和所述抵接面連著的面，并且所述延長(zhǎng)部從所述工件向外突出；如下地保持所述工件通過(guò)使所述一對(duì)工件的所述抵接面彼此接觸，在所述延伸部之間和所述一對(duì)工件之間形成接合線；準(zhǔn)備接合用工具，所述接合用工具具有大致圓柱形的肩部和從所述肩部的頂面向外突出的突起；以及在使所述接合用工具轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下將所述肩部壓抵所述工件，使得所述突起位于所述接合線上；使轉(zhuǎn)動(dòng)中的所述接合用工具沿著所述接合線移動(dòng)， 直到所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部為止；以及在所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部之后通過(guò)用力使所述接合用工具壓抵所述延長(zhǎng)部而使所述延長(zhǎng)部從所述工件分離。在上述接合方法中，盡管準(zhǔn)備了一對(duì)待接合的工件，但是術(shù)語(yǔ)“一對(duì)”不是表示具有相同形狀的一對(duì)，而是表不具有待接合到一起的部分的一對(duì)。在上述方面的優(yōu)選實(shí)施方式中，可能理想的是，所述肩部包括大致圓柱形的第一肩部和大致圓柱形的第二肩部，所述第一肩部具有所述頂面，所述第二肩部位于所述第一肩部的基端并且具有比所述頂面的直徑大的直徑，所述接合方法還包括使所述第二肩部與所述非平坦部分隔開(kāi)直到所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部為止；以及在所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部之后用力使所述接合用工具壓抵所述延長(zhǎng)部，從而使所述第二肩部壓抵所述工件與所述延長(zhǎng)部之間的邊界。還可能理想的是，所述第二肩部的直徑等于或大于當(dāng)所述一對(duì)工件抵接在一起時(shí)所述延長(zhǎng)部的突出寬度的I. 75倍。可能理想的是，當(dāng)所述一對(duì)工件抵接在一起時(shí)所述延長(zhǎng)部的突出寬度等于或大于所述頂面的直徑的I. 2倍。在本發(fā)明的另一方面中，還提供一種用于攪拌摩擦接合的接合用工具，其包括 大致圓柱形的第一肩部；從所述第一肩部的頂面向外突出的突起；以及大致圓柱形的第二肩部，所述第二肩部位于所述第一肩部的基端并且具有比所述頂面的直徑大的直徑。另一方面，還提供一種接合用工具，其用于攪拌摩擦接合一對(duì)待接合的工件和接合用作接合終端部的延長(zhǎng)部，所述接合用工具包括大致圓柱形的第一肩部，該第一肩部具有待壓抵所述工件的頂面；突起，該突起從所述第一肩部的頂面向外突出并且適于被推入到所述工件的抵接面之間的接合線中；以及第二肩部，所述第二肩部位于所述第一肩部的基端并且具有比所述頂面的直徑大的直徑，其中，所述第二肩部與所述工件分隔開(kāi)直到到達(dá)所述接合終端部為止，當(dāng)?shù)竭_(dá)所述接合終端部時(shí)，所述第二肩部與所述工件和所述延長(zhǎng)部之間的邊界接觸，通過(guò)施加比所述第一肩部壓抵所述工件所用的力強(qiáng)的力使所述延長(zhǎng)部從所述工件分離。根據(jù)上述實(shí)施方式的本發(fā)明的接合方法和接合用工具，能夠在無(wú)需從攪拌摩擦接合設(shè)備到另一機(jī)械工具的安裝改變用額外時(shí)間和勞動(dòng)的情況下接合具有非平坦形狀的待接合工件的接合部而且不會(huì)留下探針的拔出孔。從下面參照附圖作出的說(shuō)明中，本發(fā)明的特性和進(jìn)一步的區(qū)別特征將變得明顯。


在附圖中圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法的流程圖；圖2是示出由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法接合的工件(待接合構(gòu)件)的示例的立體圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合用工具的示意圖；圖4是示出如何使用本實(shí)施方式的接合用工具通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法進(jìn)行攪拌摩擦接合的方式的側(cè)視圖；圖5是示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法進(jìn)行攪拌摩擦接合的方式的平面圖；圖6是示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法進(jìn)行攪拌摩擦接合的方式的側(cè)視圖；圖7是示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法截下延長(zhǎng)部的方式的側(cè)視圖；以及圖8是表示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法截下延長(zhǎng)部后的接合品的外觀視覺(jué)檢查結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式以下，將參照?qǐng)DI至圖8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法和接合用工具。
圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法的流程圖，如圖I所示，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法包括工件(待接合構(gòu)件)準(zhǔn)備步驟SI、延長(zhǎng)部準(zhǔn)備步驟S2、抵接步驟S3、攪拌摩擦接合步驟S4和延長(zhǎng)部截?cái)?或切斷)步驟S5。工件準(zhǔn)備步驟SI涉及準(zhǔn)備一對(duì)工件，其中的每個(gè)工件均具有非平坦部和與所述非平坦部連著的抵接面。延長(zhǎng)部準(zhǔn)備步驟S2涉及在每個(gè)工件上設(shè)置延長(zhǎng)部，該延長(zhǎng)部具有與工件的非平坦部和抵接面連著的面，并且該延長(zhǎng)部從工件突出。抵接步驟S3涉及如下地進(jìn)行的保持工件的步驟通過(guò)使工件的抵接面彼此接觸從而在非平坦部之間形成接合線，在保持步驟期間，延長(zhǎng)部的與相應(yīng)工件的抵接面連著的面也彼此接觸。攪拌摩擦接合步驟S4包括接合用工具施用步驟S4-1和工件接合步驟S4-2。在接合用工具施用步驟S4-1中，在使具有大致圓柱形的肩部和從該肩部的頂端面突出的突起(可以稱為突出部或突起部等)的接合用工具轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，將接合用工具肩部的壓抵在工件上，使得突起定位在接合線上。在工件接合步驟S4-2中，轉(zhuǎn)動(dòng)中的接合用工具沿著接合線移動(dòng)，直到接合用工具到達(dá)延長(zhǎng)部為止。在攪拌摩擦接合步驟S4中，歸因于工件與接合用工具在抵接面周?chē)鷧^(qū)域(以下，稱為“接合部”)的摩擦產(chǎn)生的熱，一對(duì)工件軟化 (plasticize)并且在保持固相的狀態(tài)下通過(guò)塑性流動(dòng)而接合。延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5涉及在接合用工具到達(dá)延長(zhǎng)部之后通過(guò)用更強(qiáng)的力使接合用工具壓抵延長(zhǎng)部從而從工件上截下延長(zhǎng)部的步驟。以下，將說(shuō)明在工件準(zhǔn)備步驟SI中所準(zhǔn)備的工件和在延長(zhǎng)部準(zhǔn)備步驟S2中在工件上所設(shè)置的延長(zhǎng)部。圖2是示出由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法接合的工件的示例的立體圖。如圖2所示，待通過(guò)根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法接合的一對(duì)工件2和3中的每個(gè)工件均具有非平坦部5和與非平坦部5連著的抵接面6。工件2和3由能夠經(jīng)受攪拌摩擦接合的材料制成，所述材料例如為鋁合金、鎂合金、銅合金、鋼材或金屬基復(fù)合材料，所述金屬基復(fù)合材料由諸如鋁、鎂、鈦或它們的合金等基體金屬以及諸如纖維或粒子等加強(qiáng)材料制成。工件2和3可以由相同材料或不同材料制成。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖2中，盡管待接合的一對(duì)工件被描繪為具有相同的形狀或外部構(gòu)造，但是這里使用的術(shù)語(yǔ)“一對(duì)”不是表示具有相同形狀的一對(duì)，而是表示具有待接合在一起的部分的一對(duì)。非平坦部5是工件2和3的邊緣處的角部2a和3a。然而，非平坦部5可以是角部 2a和3a之外的曲面部。在這種情況下，優(yōu)選地，非平坦部5是位于工件2和3的邊緣的、具有20mm以下的曲率半徑的曲面部。工件2和3分別具有平坦面2b和3b，該平坦面2b和 3b與非平坦部5連著并且適于攪拌摩擦接合。當(dāng)在抵接步驟S3中使工件2和3接觸時(shí)，抵接面6在非平坦部5之間形成接合線 7。接合線7附近的區(qū)域或部分用作在攪拌摩擦接合步驟S4中通過(guò)攪拌摩擦接合而接合工件2和3的接合部。優(yōu)選地，抵接面6被布置成以最小極限間隙彼此緊密接觸，以防止在接合部中產(chǎn)生缺陷。
延長(zhǎng)(延伸或伸出)部11和12用作攪拌摩擦接合步驟S4中的接合始端部或接合終端部。延長(zhǎng)部11和12具有與工件2和3的非平坦部5和抵接面6連著的面并且從工件2和3突出。延長(zhǎng)部11和12具有與工件2和3的平坦面2b和3b連著的平坦面Ila和 12a，以適于攪拌摩擦接合。延長(zhǎng)部11和12可以在成形期間與相應(yīng)的工件2和3 —體地形成，或者可以獨(dú)立地形成為單體并且隨后在延長(zhǎng)部準(zhǔn)備步驟S2中通過(guò)無(wú)釬料焊接或其它接合方法或者通過(guò)使用夾具等被固定于工件2和3。根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法允許以延長(zhǎng)部11和12為接合始端部或接合終端部而在攪拌摩擦接合步驟S4中將工件2和3的非平坦部5接合在一起。此外，通過(guò)在將工件2 和3接合在一起之后在延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5中從工件2和3截下或切下延長(zhǎng)部11和12，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法能夠去除接合用工具的拔出孔(pull-out hole)。以下，將說(shuō)明將在攪拌摩擦接合步驟S4中使用的接合用工具。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合用工具的說(shuō)明示意圖。如圖3所示，接合用工具21是可以與未示出的攪拌摩擦接合設(shè)備一起使用的攪拌摩擦接合用工具，接合用工具21設(shè)置有大致圓柱形的肩部22 ;從肩部22的前端面(圖3 中的下端面)22a突出的突出(突起)部23 ;以及連接到攪拌摩擦接合設(shè)備的軸24。肩部22包括大致圓柱形的第一肩部25和大致圓柱形的第二肩部26,第二肩部26 位于第一肩部25的基端(圖3中的上端)25a并且具有比前端(下端)面22a(即，第一肩部25的頂端面25b)的直徑大的直徑。第一肩部25具有扁平的圓柱形狀，該扁平的圓柱形狀具有從頂端面25b至基端 25a大致均一的直徑。在攪拌摩擦接合步驟S4中，第一肩部25將轉(zhuǎn)動(dòng)中的頂端面25b壓抵工件2和3 的接合部，并且利用摩擦熱使工件2和3軟化，以在維持固相的狀態(tài)下促進(jìn)塑性流動(dòng)(參見(jiàn)圖4)。第二肩部26具有從頂面部26a朝向基端側(cè)逐漸變小的扁平的圓錐臺(tái)形狀，其中， 頂面部26a具有最大直徑。在攪拌摩擦接合步驟S4中，第二肩部26與工件2和3分離開(kāi)直到到達(dá)接合終端部為止。一旦到達(dá)接合終端部，在延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5中，第二肩部26施加比第一肩部25壓抵工件2和3所使用的力強(qiáng)的力，從而產(chǎn)生摩擦熱并且使工件2和3與延長(zhǎng)部11 (或延長(zhǎng)部12)之間的邊界軟化，從而在維持固相的狀態(tài)下促進(jìn)塑性流動(dòng)，然后從工件2和3截下延長(zhǎng)部11 (或延長(zhǎng)部12)。突起23是被稱為探針(probe)的部分，該部分從肩部22的頂面22a (即，頂面25b) 突出并且設(shè)置有未示出的螺紋狀槽。在攪拌摩擦接合步驟S4中，突起23轉(zhuǎn)動(dòng)并且被插入到工件2和3的抵接面6的接合部中，工件2和3由于摩擦熱而軟化，以在維持固相的狀態(tài)下促進(jìn)塑性流動(dòng)。接著，將參照?qǐng)D4說(shuō)明攪拌摩擦接合步驟S4中的攪拌摩擦接合處理，圖4圖示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法來(lái)進(jìn)行攪拌摩擦接合的方式。如圖4所示，在本接合方法的攪拌摩擦接合步驟S4中，首先以如下方式執(zhí)行接合用工具21施用步驟S4-1。也就是，接合用工具21在與工件2和3或者延長(zhǎng)部11和12分離開(kāi)的位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)中的接合用工具21壓抵用作接合始端部的延長(zhǎng)部11，突出部23壓入到待接合的抵接面6中，并且第一肩部25的頂端面25b壓抵工件2和3的接合部。根據(jù)該方式，第二肩部26的頂端面26a與工件2和3的平坦面2b和3b分離開(kāi)。圖5是示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法進(jìn)行攪拌摩擦接合的方式的平面圖，圖6是示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法進(jìn)行攪拌摩擦接合的方式的側(cè)視圖。如圖5和圖6所示，攪拌摩擦接合步驟S4是用攪拌摩擦接合設(shè)備接合工件2和3 的步驟，以如下方式在接合用工具施用步驟S4-1之后進(jìn)行工件接合步驟S4-2。也就是，轉(zhuǎn)動(dòng)的接合用工具21沿著接合線7移動(dòng)(進(jìn)給)，直到到達(dá)形成接合終端部的延長(zhǎng)部12為止。由于工件2和3的待接合的部分在歸因于與接合用工具21的摩擦而產(chǎn)生的熱而軟化但維持固相的狀態(tài)下塑性流動(dòng)而形成攪拌摩擦接頭15，從而形成了作為接合品16的工件2 和3。在上述步驟中，接合用工具21以第二肩部26的頂面26a的邊緣與接合品16和延長(zhǎng)部12之間的邊界線P幾乎完全重疊的方式前進(jìn)到延長(zhǎng)部12。此外，在上述處理中，通過(guò)考慮接合用工具21的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與工件2和3的平坦面 2b和3b的法線之間的前進(jìn)角(lead angle) θ，以如下方式設(shè)定第二肩部26的頂面26a的直徑D2和第一肩部25的在轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向上的高度h :在攪拌摩擦接合步驟S4中第二肩部 26將與工件2和3分離開(kāi)直到到達(dá)接合終端部為止，并且在延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5中，通過(guò)對(duì)第二肩部26施加比第一肩部25壓抵工件2和3所用的力強(qiáng)的力，第二肩部26將與工件2 和3與延長(zhǎng)部11 (或延長(zhǎng)部12)之間的邊界、即邊界線P接觸。在通過(guò)攪拌摩擦接合來(lái)接合延長(zhǎng)部11或12的過(guò)程中，夾具31可以布置在延長(zhǎng)部 12的接合用工具21所在側(cè)的相反側(cè)，以接收壓接合用工具21的力(所謂的工具負(fù)荷)。在該情況下，在延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5開(kāi)始之前移開(kāi)夾具31。以下，將說(shuō)明延長(zhǎng)部截?cái)?切斷)步驟S5。圖7是示出如何通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法截?cái)嘌娱L(zhǎng)部的方式的側(cè)視圖。如圖7所示，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法的延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5包括使用攪拌摩擦接合設(shè)備從工件2和3截下延長(zhǎng)部12的截?cái)嗵幚?。具體地，在接合用工具21到達(dá)延長(zhǎng)部 12之后，通過(guò)用強(qiáng)的力壓抵延長(zhǎng)部12，接合用工具21從工件2和3截下延長(zhǎng)部12。也就是，在攪拌摩擦接合步驟S4完成之后執(zhí)行延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5，使得在維持接合用工具21的進(jìn)給位置不變的同時(shí)通過(guò)使接合用工具21朝向接合面大致豎直地下降來(lái)用第二肩部26截下延長(zhǎng)部12。然后，延長(zhǎng)部12由于與第二肩部26的摩擦產(chǎn)生的熱而軟化，并且在維持塊狀的狀態(tài)下借助塑性流動(dòng)而從工件2和3分離(圖7中的虛線箭頭)。突起23的由于攪拌摩擦接合而留在接合終端部的拔出孔與延長(zhǎng)部12 —起與工件2和3分開(kāi)，而不會(huì)留在接合品16 中。在該步驟中，接合用工具21的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以與在攪拌摩擦接合步驟S4中的攪拌摩擦接合處理中所用的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同。攪拌摩擦接合步驟S4和延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5可以通過(guò)維持接合用工具21的轉(zhuǎn)動(dòng)而連續(xù)地執(zhí)行，也可以通過(guò)將接合用工具21從延長(zhǎng)部12移開(kāi)而使接合用工具21的轉(zhuǎn)動(dòng)停止片刻。此外，在延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5中，可以在截下延長(zhǎng)部12之前或之后，通過(guò)使接合用
8工具21的進(jìn)給位置返回到接合始端部，從工件2和3切下延長(zhǎng)部11。為了截下延長(zhǎng)部12，切除用夾具32可以布置在延長(zhǎng)部12的與接合用工具21所在側(cè)相反的一側(cè)。切除用夾具32具有楔形形狀并且具有面對(duì)接合用工具21的斜面32a，該楔形形狀具有位于工件2和3與延長(zhǎng)部12之間的邊界線P處的基端。以下，將更詳細(xì)地說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法的具體示例，其中各組成部件的形狀和尺寸基于圖5和圖6的圖不。工件2和3以及延長(zhǎng)部11和12由鋁合金(JIS H 4040 A6061)制成，并且通過(guò)機(jī)械加工一體地形成。工件2和3具有作為非平坦部5的角部2a和3a。當(dāng)工件2和3抵接在一起時(shí)，延長(zhǎng)部11和12具有大約Ilmm至25mm的突出寬度 W、大約40mm的突出長(zhǎng)度L和大約20mm的板厚。在通過(guò)攪拌摩擦接合來(lái)接合延長(zhǎng)部11和 12時(shí)，可以布置夾具31以接收壓接合用工具21的力。所使用的接合用工具21由合金工具鋼構(gòu)件(JIS G 4404 SKD61)制成，并且以如下方式構(gòu)造。也就是，突起23具有大約6mm的直徑和大約6mm的突出長(zhǎng)度，第一肩部25的頂面25b的直徑D I為大約IOmm,第二肩部26的頂面26a的直徑D2為大約30mm至40mm。 所使用的另一接合用工具21如下地構(gòu)造。也就是,突起23具有大約6_的直徑和大約6_ 的突出長(zhǎng)度，第一肩部25的頂面25b的直徑Dl為大約14mm，第二肩部26的頂面26a的直徑D2為大約30mm至65mm。在延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5中，以如下條件使用接合用工具21。轉(zhuǎn)動(dòng)速度為大約800rpm,進(jìn)給速率為大約150mm/分鐘。圖8是示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接合方法截下(切下)延長(zhǎng)部后的接合品的部分的視覺(jué)檢查結(jié)果的圖表。如圖8所示，在第二肩部26的直徑D2等于或大于延長(zhǎng)部11和12的突出寬度W 的I. 75倍的情況下，截下延長(zhǎng)部11或延長(zhǎng)部12后的接合品16的截?cái)嗝姹憩F(xiàn)出幾乎沒(méi)有毛刺的良好外觀。在延長(zhǎng)部11和12的突出寬度W等于或大于第一肩部25的頂面25b的直徑Dl的
I.2倍的情況下，在攪拌摩擦接合步驟S4中可以良好地接合延長(zhǎng)部11以及延長(zhǎng)部12 ;但是，如果突出寬度W小于上述值，則延長(zhǎng)部11以及延長(zhǎng)部12不能在攪拌摩擦接合處理中良好地接合并且彼此分開(kāi)。在延長(zhǎng)部12的截?cái)嗖襟E中，發(fā)現(xiàn)因?yàn)闇p少了產(chǎn)生在截?cái)嗝娴钠茢嗝娴膮^(qū)域，所以切除用夾具32的使用提供了良好的截?cái)嗝?。根?jù)本實(shí)施方式的接合方法可以在攪拌摩擦接合設(shè)備上以一連串的步驟進(jìn)行工件2和3的攪拌摩擦接合及延長(zhǎng)部11和12的截?cái)唷８唧w地，通過(guò)利用接合用工具21的第一肩部25和突起23對(duì)工件2和3進(jìn)行攪拌摩擦接合處理，然后通過(guò)使用接合用工具21的第二肩部26從工件2和3截下延長(zhǎng)部11 和12，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法能夠以一連串步驟進(jìn)行攪拌摩擦接合步驟S 4和延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5。也就是，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法，可以通過(guò)接合工件2和3的非平坦部5 而生產(chǎn)接合品16，另外，通過(guò)使用延長(zhǎng)部11和12，攪拌摩擦接合處理能夠減小機(jī)械工具之間的安裝改變，并且能夠消除額外的時(shí)間和勞動(dòng)，從而防止接合品16的生產(chǎn)成本的增加， 而且除了用于截下或切下延長(zhǎng)部11和12的攪拌摩擦接合設(shè)備之外不需要其它機(jī)械工具。
此外，當(dāng)從工件2和3截下延長(zhǎng)部11和12時(shí)，通過(guò)施用與第二肩部26的摩擦產(chǎn)生的熱，本實(shí)施方式的接合方法能夠通過(guò)使延長(zhǎng)部11和12軟化而以塊狀的形式截下延長(zhǎng)部11和12。因此，本實(shí)施方式的接合方法能夠防止在工件2和3或接合品16、接合用工具 21和攪拌摩擦接合設(shè)備上粘附切屑(chip)，因而，消除了用于清理切屑或其它切屑去除措施的額外時(shí)間或勞動(dòng)的需要，從而防止進(jìn)一步增加接合品16的生產(chǎn)成本。此外，由于延長(zhǎng)部11和12甚至在截下之后仍維持塊狀，所以根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法使得可以容易地回收和再利用延長(zhǎng)部11和12。進(jìn)一步地，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法，在接合用工具21連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下緊接著攪拌摩擦接合步驟S4進(jìn)行延長(zhǎng)部截?cái)嗖襟ES5。因此，在保持高溫的狀態(tài)下，通過(guò)額外地施加由于與第二肩部26的摩擦產(chǎn)生的熱，能夠加熱接合用工具21和用作接合終端部的延長(zhǎng)部12，從而使延長(zhǎng)部12的塑性流動(dòng)容易發(fā)生，并且允許更良好地截下延長(zhǎng)部12。此外，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法，由于使用切除用夾具32在與工件2和3分離開(kāi)的方向上沿著斜面32a推掉延長(zhǎng)部12，所以能夠更良好地截下延長(zhǎng)部12。因而，根據(jù)本實(shí)施方式的接合方法和接合用工具21，能夠在無(wú)需從攪拌摩擦接合設(shè)備到另一機(jī)械工具的安裝改變用額外時(shí)間和勞動(dòng)的情況下，將具有非平坦部5的工件2 和3的接合部接合，因此是有利的。還應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明不限于所說(shuō)明的實(shí)施方式，在不脫離所附的權(quán)利要求的范圍的情況下，可以進(jìn)行許多其它改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種接合方法，其包括準(zhǔn)備待接合到一起的一對(duì)工件，所述一對(duì)工件中的每個(gè)工件均具有非平坦部和與所述非平坦部連著的抵接面；在所述一對(duì)工件中的每個(gè)工件設(shè)置延長(zhǎng)部，所述延長(zhǎng)部具有與所述非平坦部和所述抵接面連著的面，并且所述延長(zhǎng)部從所述工件向外突出；如下地保持所述工件通過(guò)使所述一對(duì)工件的所述抵接面彼此接觸，在所述延伸部之間和所述一對(duì)工件之間形成接合線；準(zhǔn)備接合用工具，所述接合用工具具有大致圓柱形的肩部和從所述肩部的頂面向外突出的突起；以及在使所述接合用工具轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下將所述肩部壓抵所述工件，使得所述突起位于所述接合線上；使轉(zhuǎn)動(dòng)中的所述接合用工具沿著所述接合線移動(dòng)，直到所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部為止；以及在所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部之后通過(guò)用力使所述接合用工具壓抵所述延長(zhǎng)部而使所述延長(zhǎng)部從所述工件分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接合方法，其特征在于，所述肩部包括大致圓柱形的第一肩部和大致圓柱形的第二肩部，所述第一肩部具有所述頂面，所述第二肩部位于所述第一肩部的基端并且具有比所述頂面的直徑大的直徑，所述接合方法還包括使所述第二肩部與所述非平坦部分隔開(kāi)直到所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部為止；以及在所述接合用工具到達(dá)所述延長(zhǎng)部之后用力使所述接合用工具壓抵所述延長(zhǎng)部，從而使所述第二肩部壓抵所述工件與所述延長(zhǎng)部之間的邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接合方法，其特征在于，所述第二肩部的直徑等于或大于當(dāng)所述一對(duì)工件抵接在一起時(shí)所述延長(zhǎng)部的突出寬度的I. 75倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接合方法，其特征在于，當(dāng)所述一對(duì)工件抵接在一起時(shí)所述延長(zhǎng)部的突出寬度等于或大于所述頂面的直徑的I. 2倍。
5.一種用于攪拌摩擦接合的接合用工具，其包括大致圓柱形的第一肩部；從所述第一肩部的頂面向外突出的突起；以及大致圓柱形的第二肩部，所述第二肩部位于所述第一肩部的基端并且具有比所述頂面的直徑大的直徑。
6.一種接合用工具，其用于攪拌摩擦接合一對(duì)待接合的工件和接合用作接合終端部的延長(zhǎng)部，所述接合用工具包括大致圓柱形的第一肩部，該第一肩部具有待壓抵所述工件的頂面；突起，該突起從所述第一肩部的頂面向外突出并且適于被推入到所述工件的抵接面之間的接合線中；以及第二肩部，所述第二肩部位于所述第一肩部的基端并且具有比所述頂面的直徑大的直徑，其中，所述第二肩部與所述工件分隔開(kāi)直到到達(dá)所述接合終端部為止，當(dāng)?shù)竭_(dá)所述接合終端部時(shí)，所述第二肩部與所述工件和所述延長(zhǎng)部之間的邊界接觸，通過(guò)施加比所述第一肩部壓抵所述工件所用的力強(qiáng)的力使所述延長(zhǎng)部從所述工件分離。
全文摘要
接合方法和接合用工具。通過(guò)在均具有非平坦部和與非平坦部連著的抵接面的一對(duì)工件中的各工件上設(shè)置具有與非平坦部和抵接面連著的面并從工件向外突出的延長(zhǎng)部，以及通過(guò)以使一對(duì)工件的抵接面彼此接觸而在一對(duì)工件的非平坦部之間形成接合線的方式保持工件，來(lái)接合該對(duì)工件的接合方法。使用接合用工具進(jìn)行該接合，該接合用工具具有大致圓柱形的肩部和從肩部的頂面向外突出的突起，其中，在使接合用工具轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下將肩部壓抵工件，使得突起被定位在接合線上；使轉(zhuǎn)動(dòng)中的接合用工具沿著接合線移動(dòng)，直到接合用工具到達(dá)延長(zhǎng)部；以及在接合用工具到達(dá)延長(zhǎng)部之后通過(guò)用力使接合用工具壓抵延長(zhǎng)部而使延長(zhǎng)部從工件分離。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102581468SQ20121001192
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者小針健太郎, 山內(nèi)亮 申請(qǐng)人:鈴木株式會(huì)社