一種摩擦攪拌接合裝置，將具有大徑的軸肩和向軸線(xiàn)方向突出的小徑的銷(xiāo)的刀具搭載于刀具驅(qū)動(dòng)機(jī)械的機(jī)頭部，其特征在于，在前述機(jī)頭部和前述刀具之間具有修正機(jī)構(gòu)，該修正機(jī)構(gòu)可將前述刀具相對(duì)于被接合構(gòu)件的相對(duì)距離在該刀具的旋轉(zhuǎn)軸方向變更。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及通過(guò)具有大徑的軸肩和向軸線(xiàn)方向突出的小徑的銷(xiāo)的刀具，進(jìn)行摩擦攪拌接合的。
技術(shù)介紹
在大徑的軸肩的前端，一邊使具有小徑的銷(xiāo)的刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊插入被接合構(gòu)件，利用刀具和被接合構(gòu)件之間產(chǎn)生的摩擦熱和塑性流動(dòng)而進(jìn)行接合的方法被稱(chēng)為摩擦攪拌接合(下稱(chēng)FSW)，適用于以鋁為主的各種金屬材料的接合。其中的一個(gè)特征在于，F(xiàn)SW可以在被接合構(gòu)件的熔點(diǎn)以下的溫度固態(tài)接合。現(xiàn)有的一般的FSW裝置是在刀具驅(qū)動(dòng)機(jī)械的機(jī)頭部搭載刀具，通過(guò)利用電動(dòng)馬達(dá)等使機(jī)頭部上下移動(dòng)，從而使刀具插入被接合構(gòu)件(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記載了為了將相對(duì)于被接合構(gòu)件的刀具的插入量保持在適當(dāng)?shù)闹担褂眉す馕灰朴?jì)測(cè)定刀具和被接合構(gòu)件之間的距離，控制機(jī)頭部的移動(dòng)量。專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平11-226758號(hào)公報(bào)(第5-6頁(yè)，圖4，圖5)在FSW中，向被接合構(gòu)件的刀具的插入量，即刀具的插入深度對(duì)接合部的品質(zhì)有很大影響。刀具沒(méi)有插入的部分作為未接合部留下。在刀具的插入量中，雖然根據(jù)被接合構(gòu)件的板厚有所不同，但是存在適合值。因此，對(duì)應(yīng)被接合構(gòu)件的板厚，確定刀具的銷(xiāo)的長(zhǎng)度，最好在接合過(guò)程中一直保持刀具的插入量為一定。若向被接合構(gòu)件的刀具的插入量過(guò)少，則軸肩與被接合構(gòu)件沒(méi)有接觸，成為產(chǎn)生缺陷的原因。另外，刀具的插入量若過(guò)多，軸肩過(guò)分進(jìn)入到被接合構(gòu)件的表面，則在被接合構(gòu)件的表面上產(chǎn)生凹陷，也會(huì)成為產(chǎn)生缺陷的原因。向被接合構(gòu)件的刀具的插入量的變動(dòng)量最好可控制在大約0.05mm以?xún)?nèi)。那么，象原有技術(shù)中所記載的那樣將刀具搭載于機(jī)頭部，在通過(guò)機(jī)頭部的運(yùn)動(dòng)而將刀具插入到被接合構(gòu)件的構(gòu)造中，在直線(xiàn)接合或者單純的二維曲線(xiàn)接合中，刀具插入量的修正可以比較簡(jiǎn)單地進(jìn)行。但是，在接合曲面上的接合線(xiàn)的三維接合中，修正刀具插入量并不容易。本專(zhuān)利技術(shù)的目的就是提供一種即使在接合曲面上的接合線(xiàn)的三維接合的情況下，也可以很容易地修正刀具插入量的FSW裝置以及接合方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的FSW裝置是將可在刀具轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向變更被接合構(gòu)件與刀具的相對(duì)距離的修正機(jī)構(gòu)，設(shè)置于刀具和機(jī)頭部之間。在三維接合中，刀具的向被接合構(gòu)件的插入量的修正方向與二維接合的Z方向不同，具有X方向或Y方向的成分。因此在接合中伴隨著需要隨時(shí)搜尋與被接合構(gòu)件的法線(xiàn)方向平行的修正方向、且瞬間移動(dòng)各軸。在通過(guò)三維接合用FSW裝置進(jìn)行向被接合構(gòu)件的刀具插入量的修正的情況下，被接合構(gòu)件的法線(xiàn)方向的計(jì)算，向修正量的X、Y、Z軸方向的分配，向X、Y、Z各軸的移動(dòng)等一連串的動(dòng)作需要在接合中進(jìn)行。對(duì)此控制系統(tǒng)的演算能力給予很大的影響。用于完成一連串動(dòng)作的時(shí)間，需要的是直線(xiàn)接合用FSW裝置或曲線(xiàn)接合用FSW裝置的情況的至少3倍左右，從而導(dǎo)致控制精度下降的問(wèn)題。這是因?yàn)樵谥本€(xiàn)接合用FSW裝置的情況下，只移動(dòng)Z軸一軸，而在曲線(xiàn)接合用FSW裝置的情況下，是移動(dòng)X、Y、Z軸這3軸。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，通過(guò)在機(jī)頭部和刀具之間設(shè)置的修正機(jī)構(gòu)，在刀具的旋轉(zhuǎn)軸方向可以變更刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離。修正機(jī)構(gòu)因?yàn)槭鞘沟毒咴谂c刀具旋轉(zhuǎn)軸平行的方向移動(dòng)，即使被接合構(gòu)件是三維曲面，使用裝置主體的多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸而不用改變裝置主體的姿勢(shì)，僅通過(guò)修正機(jī)構(gòu)就可以簡(jiǎn)單的修正。因此，控制精度及控制的應(yīng)答性提高了。本專(zhuān)利技術(shù)特別是對(duì)三維接合裝置可以發(fā)揮很大的效果。在本專(zhuān)利技術(shù)中，具備檢測(cè)刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離的距離檢測(cè)機(jī)構(gòu)，通過(guò)此距離檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離，為使相對(duì)距離達(dá)到預(yù)先指定的距離，最好修正刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離。通過(guò)在機(jī)頭部或前述修正機(jī)構(gòu)上裝備距離檢測(cè)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榭梢哉_地知道刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離，從而可以實(shí)現(xiàn)高精度控制。檢測(cè)刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離的距離檢測(cè)機(jī)構(gòu)，只要是能夠計(jì)量刀具和被接合構(gòu)件之間的距離的物品即可，激光位移計(jì)是最好的量具之一。另外，代替直接檢測(cè)刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離的距離檢測(cè)機(jī)構(gòu)，也可以測(cè)量與刀具的插入深度有緊密聯(lián)系的物理量。負(fù)載在刀具上的負(fù)荷，修正機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件的負(fù)荷，在修正機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件上使用電動(dòng)馬達(dá)的情況下的電動(dòng)馬達(dá)電流值，轉(zhuǎn)動(dòng)刀具的主軸馬達(dá)的電流值等均與刀具的插入深度有緊密的關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)這些值也可以間接地知道刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離。在本專(zhuān)利技術(shù)中，銷(xiāo)和軸肩由旋轉(zhuǎn)軸同一的分別的部件構(gòu)成，最好是具備可以獨(dú)立地變更銷(xiāo)的突出長(zhǎng)度的修正機(jī)構(gòu)。在FSW中，在接合終端部拔出刀具時(shí)，會(huì)殘留有與銷(xiāo)形狀相當(dāng)?shù)目住＿@是因?yàn)殇N(xiāo)與軸肩是一體的。若銷(xiāo)和軸肩由同軸的分別的部件構(gòu)成，分別通過(guò)各自的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，則可以在終端部不必改變軸肩的位置，從被接合構(gòu)件上拔出銷(xiāo)，接著拔出軸肩。據(jù)此，可以防止在接合終端部殘留孔。如前所述，銷(xiāo)和軸肩用分別的部件構(gòu)成，且在具備驅(qū)動(dòng)軸肩的第1修正機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)的第2修正機(jī)構(gòu)的情況下，例如通過(guò)電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)部，最好為使電動(dòng)馬達(dá)的電流值達(dá)到預(yù)先指定的電流值，修正銷(xiāo)和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離。再有，裝備了檢測(cè)銷(xiāo)的溫度檢測(cè)裝置，最好通過(guò)此溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)銷(xiāo)前端的溫度，為使銷(xiāo)前端的溫度達(dá)到預(yù)先指定的溫度，修正銷(xiāo)和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離。在被接合構(gòu)件的板厚不一定的情況下，若銷(xiāo)和軸肩是一體物，則會(huì)產(chǎn)生銷(xiāo)的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)或不足。一般在通過(guò)FSW對(duì)接接合的情況下，銷(xiāo)的長(zhǎng)度較之被接合構(gòu)件的板厚略短。板厚根據(jù)接合部位而變化的情況下，例如若考慮到比接合開(kāi)始時(shí)的板厚變厚的情況，相對(duì)于板厚，銷(xiāo)的長(zhǎng)度變短，而成為產(chǎn)生未接合部的原因。如果可以將銷(xiāo)的長(zhǎng)度變更為適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，則可以防止未接合部的產(chǎn)生，可以確保完整的接合部。在研究有關(guān)接合中的銷(xiāo)的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)或不足時(shí)已經(jīng)明白，與銷(xiāo)的長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)那闆r相比較，在銷(xiāo)的長(zhǎng)度較短的情況下，驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)的電動(dòng)馬達(dá)的電流值變小。因此，為使驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)的電動(dòng)馬達(dá)的電流值達(dá)到預(yù)先指定的電流值，通過(guò)修正銷(xiāo)和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離，可以防止未接合部的產(chǎn)生，可以確保完整的接合部。另外，在有關(guān)接合中的銷(xiāo)的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)或不足的研究中已經(jīng)明白，與銷(xiāo)的長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)那闆r相比較，在銷(xiāo)的長(zhǎng)度較短的情況下，銷(xiāo)前端的溫度也不同。因此，裝備銷(xiāo)溫度的檢測(cè)裝置，為使銷(xiāo)前端的溫度達(dá)到預(yù)先指定的溫度，通過(guò)修正銷(xiāo)和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離，可以防止未接合部的產(chǎn)生，可以確保完整的接合部。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，提供一種摩擦攪拌接合方法，具有軸肩和銷(xiāo)是由比被接合構(gòu)件更硬的材質(zhì)制成的刀具，該刀具搭載于機(jī)頭部，一邊使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊使機(jī)頭部下降，將銷(xiāo)插入被接合構(gòu)件，利用刀具和被接合構(gòu)件的摩擦熱而產(chǎn)生的塑性流動(dòng)現(xiàn)象，在被接合構(gòu)件的熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行接合，其中，在前述機(jī)頭部和前述刀具之間設(shè)置有可在刀具的旋轉(zhuǎn)軸方向變更刀具和被接合構(gòu)件之間的相對(duì)距離的修正機(jī)構(gòu)，通過(guò)該修正機(jī)構(gòu)，一邊調(diào)整相對(duì)于前述刀具的被接合構(gòu)件的插入量，一邊進(jìn)行接合。附圖說(shuō)明圖1是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的FSW裝置的刀具附近的概略圖。圖2是表示本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的FSW裝置的概略圖。圖3是具有激光位移計(jì)的刀具修正機(jī)構(gòu)的概略圖。圖4是具有負(fù)載傳感器的刀具修正機(jī)構(gòu)的概略圖。圖5是表示本專(zhuān)利技術(shù)的其他實(shí)施例的FSW裝置的概略圖。圖6是表示本專(zhuān)利技術(shù)的其它實(shí)施例的FSW裝置的概略圖。圖7是可以獨(dú)立變更銷(xiāo)突出長(zhǎng)度的刀具修正機(jī)構(gòu)的概略圖。圖8是表示銷(xiāo)長(zhǎng)度(d)與驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)的馬達(dá)的電流值(I)的關(guān)系的圖。圖9是表示銷(xiāo)長(zhǎng)度(d)與銷(xiāo)前端本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：岡本和孝，平野聰，稻垣正壽，小田倉(cāng)富夫，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：株式會(huì)社日立制作所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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