摩擦搅拌加工装置和摩擦搅拌加工方法

摩擦搅拌加工装置和摩擦搅拌加工方法
【专利摘要】提供无论被加工件的板厚、材质等如何，都能摩擦搅拌加工成良好的品质的摩擦搅拌加工装置和摩擦搅拌加工方法。摩擦搅拌加工装置（1）包括：工具（20），其用于对被加工件（W1、W2）进行摩擦搅拌加工；加工头（7），其保持工具（20），且能够一边使该加工头（7）旋转，一边将该加工头（7）推压于被加工件（W1、W2）地沿加工方向相对移动；支承台（3），其保持被加工件（W1、W2）；作动缸装置（6），其用于对支承台（3）进行支承，并且向工具（20）侧对支承台（3）施力；载荷控制部件（61），其将作动缸装置（6）的作用力控制为保持恒定，从而将工具（20）推压被加工件（W1、W2）的加压力保持恒定。另外，摩擦搅拌加工装置（1）具有工具高度设定部件（56），该工具高度设定部件（56）用于将工具（20）相对于被加工件（W1、W2）设定为预先设定的高度位置。
【专利说明】摩擦搅拌加工装置和摩擦搅拌加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种例如将旋转的工具(日文:ッール)推压于金属材料的被加工件而产生摩擦热从而进行摩擦搅拌加工的摩擦搅拌加工装置和摩擦搅拌加工方法。
【背景技术】
[0002]作为摩擦搅拌接合(FSW)技术，例如公知如下这种技术:在使圆柱状的工具(具有突设在肩部的前端中央的探头(日文:プローブ)的工具)旋转的同时，将该工具推压于使金属材料的被加工件彼此对接而形成的接合线，使该工具沿接合线方向相对于接合线移动，从而利用产生的摩擦热使被加工件软化而将被加工件接合起来。另外，也使用上述工具进行用于提高被加工件表面的強度和硬度等的摩擦搅拌エ艺(FSP)、使被加工件点接合的摩擦搅拌点接合(FSJ)作业，将上述FSW、FSP、FSJ总称为摩擦搅拌加工。
[0003]另外，为了在摩擦搅拌加工中将被加工件的加工部精加工为良好的品质，需要将工具与被加工件的高度位置关系，特别是工具的探头的前端与被加工件的背面的间隔S1、工具的肩部向被加工件没入的没入量S2保持在适当范围内(參照图5)。
[0004]在以往的摩擦搅拌接合装置中，有的为了将工具的向被加工件施加的加压カ保持为大致恒定，而对工具进行载荷控制(专利文献I)。详细而言，如图8所示，以往的摩擦搅拌接合装置利用气缸640向下方对保持工具610的加工头620施力，将工具610按压于被加工件660，使工具610与被加工件660相接触，并且利用二次压カ恒定型的减压阀650将利用气缸640产生的、工具610向被加工件660施加的作用力控制成保持为大致恒定。采用该以往的摩擦搅拌接合装置，通过将气缸640的作用力保持为大致恒定，将工具610对被加工件660施加的加压カ保持为大致恒定，所以即使存在由被加工件660的制作误差引发的板厚变动、向平台670的定位(setting)误差或平台670表面的局部的变形等，也能将エ具610与被加工件660的上述高度位置关系保持为大致恒定，因而获得被加工件660的良好的接合品质。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利第3261431号公报
【发明内容】

[0008]发明要解决的问题
[0009]在以往的摩擦搅拌接合装置中，将保持工具610的加工头620以能够借助滑动机构沿上下方向移动的方式支承于框架(专利文献I的第0010段等)，另外，在该加工头620装设有用于对工具610进行旋转驱动的重量物的电机630。因此，在进行摩擦搅拌接合吋，当将由气缸640产生的作用力施加于工具610吋，作为工具610向被加工件660施加的加压力的、气缸640的作用カ和该加工头620的重量也施加于被加工件660。于是，向被加工件660施加的加压カ的最小值由加工头620的自重决定，所以很难利用比加工头620的重量小的加压力对被加工件660进行摩擦搅拌加工。因此，在以往的摩擦搅拌接合装置中，例如在被加工件660是薄板的情况下，工具610的加压力较大，很难将工具610与被加工件660的高度位置关系保持在适当的范围内。即，当在以往的摩擦搅拌接合装置中进行工具侧的载荷控制时，加工头620的重量施加于被加工件660，所以想要减小工具610的加压力是存在极限的。因而，在利用工具610的较小的加压力对上述例示的薄板的被加工件660或软质的被加工件660进行摩擦搅拌加工时，需要制作这些被加工件660专用的装置，不能以一台装置应对广大范围内的板厚、材质的被加工件，在装置的通用性方面有困难。
[0010]本发明是鉴于上述情况而做成的，目的在于提供无论被加工件是薄板还是厚板，或是软质还是硬质，无论被加工件的板厚、材质等如何，都能利用一台装置摩擦搅拌加工成良好的品质的摩擦搅拌加工装置和摩擦搅拌加工方法。
[0011]用于解决问题的方案
[0012]本发明的摩擦搅拌加工装置包括:工具，其在肩表面突出设置有探头，该工具用于对由金属材料构成的被加工件进行摩擦搅拌加工；加工头，其保持工具，且能够一边使该工具旋转，一边将该工具推压于被加工件地沿加工方向相对移动；支承台，其保持被加工件，该摩擦搅拌加工装置具备:作动缸装置，其用于支承上述支承台，并且向工具侧对该支承台施力；载荷控制部件，其将上述作动缸装置的作用力控制为保持恒定，从而将上述工具推压上述被加工件的加压力保持为恒定。
[0013]采用上述结构，上述作动缸装置对支承台进行支承，所以在工具未推压被加工件的状态(也包括工具已与被加工件相接触的状态)下，对支承台进行支承的力、即支承台的重量(也包括安装于支承台的附属品的重量)和保持于支承台的被加工件的重量施加于上述作动缸装置，但工具的加工头的重量不会施加于上述作动缸装置。并且，在工具以推压工件的方式与工件相接触的状态下，在上述作动缸装置的作用力中，在相当于支承台和被加工件的重量的作用力(最低作用力)的基础上，进一步增压的作用力(附加作用力)相当于工具对工件的加压力。即，在进行摩擦搅拌接合时，若保持为使作动缸装置的作用力为上述最低作用力的状态，则工具对被加工件的加压力设定为O (零)，由此使作动缸装置增压的上述附加作用力成为工具对工件的加压力。因而，通过由上述载荷控制部件将上述作动缸装置的作用力(附加作用力)设定为规定的值，能够将工具向被加工件的加压力从作为最小值的O (零)开始控制。因此，能够从较小的加压力到较大的加压力，在广泛的范围内设定工具的向被加工件的加压力。例如当然能在被加工件是厚板或硬质等的情况下，将工具的加压力保持为较大而进行摩擦搅拌接合，而且还能在工件是薄板或软质等的情况下，将工具的加压力保持为较小地进行载荷控制而进行摩擦搅拌接合。
[0014]这样，无论工件是薄板还是厚板，或者无论是软质还是硬质，都能依据工件的板厚、材质等，设定出工具对这些工件施加的适当的加压力，并且将该加压力保持为恒定，将工具与工件的高度位置关系保持在适当范围内。
[0015]优选的是，该摩擦搅拌加工装置具有工具高度设定部件，该工具高度设定部件用于将上述工具相对于上述被加工件设定为预先设定的高度位置。
[0016]由此，在进行摩擦搅拌加工时，能够在首先使工具向被加工件抵接时，利用上述工具高度设定部件对工具高度进行位置控制，以将工具与被加工件的高度位置关系设定在适当范围内。因而，通过利用上述作动缸装置以恒定的作用力向工具侧对支承台施力而进行载荷控制，即使在摩擦搅拌加工的过程中，也能将工具与被加工件的高度位置关系控制在适当范围内的状态保持为恒定。
[0017]优选的是，上述作动缸装置沿上述支承台的被加工件的加工方向平衡配设。
[0018]由此，通过将作动缸装置沿加工方向平衡配置，即使在被加工件的加工距离变长或加工位置距离较远等的情况下，工具向被加工件施加的加压力也不会沿加工方向发生偏差。因而，即使被加工件的加工距离变长，也能在整个加工长度上将工具与被加工件的高度位置关系持续保持在适当范围内，另外即使加工位置距离较远，也能将各加工位置的工具与被加工件的高度位置关系保持在适当范围内。
[0019]另外，本发明的摩擦搅拌加工方法利用一边使工具旋转一边将工具推压于由金属材料构成的被加工件而产生的摩擦热，使被加工件软化而对被加工件进行加工，
[0020]在进行摩擦搅拌加工时，首先将工具相对于被加工件设定为预先设定的高度位置，然后将作动缸装置的作用力控制为保持恒定，从而将上述工具推压上述被加工件的加压力保持为恒定，上述作动缸装置用于对保持上述被加工件的支承台进行支承，并且向工具侧对该支承台施力。
[0021]采用该摩擦搅拌加工方法，发挥与上述摩擦搅拌加工装置同样的作用。
[0022]发明效果
[0023]采用本发明，不仅能将工具向被加工件的加压力设定为比较大的值，而且还能将该加压力设定为极小的值，且将该加压力控制为保持恒定，所以能够依据被加工件的板厚、材质等，设定出工具对这些被加工件施加的适当的加压力，并且将该加压力保持为恒定，将工具与被加工件的高度位置关系保持在适当范围内。因而，即使被加工件的板厚、材质等不同，也能摩擦搅拌接合成良好的品质。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]图1是表示根据实施方式的摩擦搅拌接合装置的整体结构的立体图。
[0025]图2是在根据实施方式的摩擦搅拌接合装置中也表示了控制装置的框结构的概略图。
[0026]图3是表示根据实施方式的摩擦搅拌接合装置的主要部分的示意图。
[0027]图4是表示摩擦搅拌加工用的工具的图，该图的(a)是工具的立体图，该图的(b)是工具的侧视图。
[0028]图5是表示工具与工件的适当的高度位置关系的示意图。
[0029]图6是从正面侧对利用实施例的摩擦搅拌加工获得的工件的接合部进行拍摄而得到的照片。
[0030]图7是从正面侧对利用比较例的摩擦搅拌加工获得的工件的接合部进行拍摄而得到的照片。
[0031]图8是表示以往的摩擦搅拌接合装置的主要部分的示意图。
【具体实施方式】
[0032]以下，例举用于对成为金属材料的被加工件的板材(以下适当地称为“工件”)进行摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置，说明摩擦搅拌加工装置的一实施方式。[0033]参照图1、图2和图3，摩擦搅拌接合装置I包括安装有摩擦搅拌加工用的工具20的加工机构2、保持工件Wl、W2的支承台3、控制加工机构2的动作的控制装置5和安装于支承台3的下表面的气压缸(作动缸装置)6。
[0034]加工机构2对上下移动自如的支承台3上的工件Wl、W2进行摩擦搅拌接合。即，在使加工机构2的工具20旋转的同时，将工具20推压于使支承台3上的工件Wl、W2对接而形成的接合线L，使工具20沿接合线L方向相对于接合线L移动，从而利用产生的摩擦热使工件W1、W2的对接部分软化，将工件W1、W2接合起来。另外，支承台3也可以构成为沿前后左右方向也移动自如。
[0035]在支承台3上设置有配置2张平板状的工件Wl、W2的夹具31，在夹具31上安装有配置在工件Wl、W2的背面的背面抵接件32。将工件Wl、W2固定为使接合线L位于背面抵接件32的中央，利用设置于夹具31的工件按压件33使工件W1、W2彼此的端面对接而形成上述接合线L。当工件W1、W2是铝系合金的板材时，背面抵接件32的材质可以选择铁系合金，当工件Wl、W2是铁系合金的板材时，背面抵接件32的材质可以选择具有耐热性且能将来自板材的背面侧的散热阻隔的导热系数小的材质(例如Si3N4)。另外，背面抵接件32可以利用平板构件、棒状构件等形成。
[0036]加工机构2包括摩擦搅拌加工用的工具20、保持该工具20的加工头7、用于使工具20旋转的旋转用电机81、用于使加工头7升降的升降用电机82、和用于使加工头7横向移动的输送用电机83。
[0037]加工头7在上部装设有旋转用电机81，在下部具有装卸自如地安装工具20的工具保持架71。工具保持架71与旋转用电机81相连结，利用该旋转用电机81的驱动使工具保持架71和工具20 —起旋转。将加工头7安装为能够利用滚珠丝杠15 (参照图2)相对于装置于主体框架10的滑动件14升降自如，利用设置于滑动件14的升降用电机82使加工头7相对于支承台3上下移动，由此设定以将工具20推压于工件Wl、W2的方式使工具20与工件W1、W2相接触的工具高度。
[0038]另外，将加工头7安装为相对于滑动件14转动自如，能够将工具20设定为规定的提前角Θ (使工具20的前端向输送方向侧倾斜时相对于铅垂线的倾斜度，参照图5)。滑动件14安装于具备滚珠丝杠13和一对导轨12的直线运动机构11，利用输送用电机83的驱动使滑动件14与支承台3平行地移动。由此，使安装于滑动件14的加工头7移动，所以使加工头7所保持的工具20沿着成为工件W1、W2的加工方向的接合线L移动。
[0039]如图4所示，工具20包括圆柱状的肩部21和圆柱状的安装部24，安装部24的直径比肩部21大，且在侧面形成有切面25。通过将工具20的安装部24装填于工具保持架71而将螺栓72 (参照图2)紧固为与安装部24的切面25抵接，将工具20装卸自如地安装于工具保持架71。肩部21的前端面包括平面状的肩表面22和突出设置于肩表面22的中心部的球面状的探头23。并且，在对工件Wl、W2进行摩擦搅拌加工时，工具20 —边旋转，一边将肩表面22和探头23推压于工件W1、W2而产生摩擦热。另外，工具20的形状不限定于图4的形状，也可以是在肩部21与安装部24之间形成有凸缘的形状，安装部24也可以为多边形形状。另外，肩表面22也不限定于平面形状，也可以形成为以探头23为中心稍微凸出或稍微凹陷的曲面状。此外，探头23不限定于球面形状，也可以是圆柱状或圆锥台状等，另外也可以切削有螺纹。[0040]工具20可以由工具钢、硬质合金和陶瓷等各种材质形成，但例如在工件Wl、W2是SUS430那样的铁系高熔点材料的情况下，优选工具20由镍基二元多相(日文:2重複相)金属间化合物合金构成。由此,提高工具20的耐热性和耐磨损性，即使因加工时的摩擦热而处于高温条件下，也能使工具20发挥所需的硬度，即使工件Wl、W2是作为比铝合金等的熔点高的材料的铁系合金等，也能进行可靠且良好的接合。
[0041]再参照图2，控制装置5可以利用序列发生器、程序控制器等实现，控制装置5的结构包括输入部51、存储部52、运算部53和指令部54。输入部51将自操作者等输入的包含接合条件(工具高度、工具转速和工具进给速度等)的各种输入信息输入给存储部52。存储部52例如利用RAM、ROM等存储回路实现，存储部52存储用于执行摩擦搅拌接合的动作次序的计算机程序、来自输入部51的输入信息和运算部53的运算结果。运算部53例如利用CPU等运算处理回路实现，运算部53执行被存储在存储部52中的程序，根据被存储在存储部52中的接合条件执行摩擦搅拌接合的动作次序，生成旋转用电机81、升降用电机82和输送用电机83各自的控制指令。并且，运算部53将生成的各控制指令输入给指令部54。
[0042]指令部54包括工具转速指令部55、工具高度指令部(工具高度设定部件)56和工具进给速度指令部57。工具转速指令部55根据来自运算部53的控制指令，将工具转速的指令信号输出到旋转用电机81。于是，旋转用电机81进行旋转驱动，以使工具20以被指示的工具转速进行旋转。工具高度指令部56根据来自运算部53的控制指令，将工具高度的指令信号输出到升降用电机82。于是，升降用电机82进行旋转驱动，以将工具20设定为被指示的工具高度。由此，控制以将向工件Wl、W2推压工具20的方式使工具20与工件W1、W2抵接的状态下的工具20的高度位置，将工具20与工件W1、W2的高度位置关系设定在适当的范围内。工具进给速度指令部57根据来自运算部53的控制指令，将工具进给速度的指令信号输出到输送用电机83。于是，输送用电机83进行旋转驱动，以使工具20以被指示的进给速度沿加工方向移动。
[0043]上述工具高度指令部56构成工具高度设定部件，上述工具高度指令部56用于将工具20相对于工件Wl、W2设定在预先设定的高度位置，作为在摩擦搅拌接合时进行的工具高度的位置控制。即，被工具高度指令部56给予了工具高度指令信号的升降用电机82进行驱动，直到达到规定的旋转量。于是，利用滚珠丝杠15使加工头7下降至规定位置，将工具20设定为推压工件Wl、W2的表面而与工件W1、W2相接触的规定的工具高度。关于该工具高度，预先通过实验等，根据工件Wl、W2的板厚、材质、工具20的材质、形状等、工具转速、工具进给速度等接合条件等，求出能将工件Wl、W2的接合精加工为良好的品质的高度位置，自控制装置5的输入部51向存储部52存储该高度位置。
[0044]详细而言，如图5所示，将该工具20的工具高度设定为如下位置:使工具20的探头23的前端与工件Wl、W2的背面的间隔SI处于一定范围内、且工具20的肩表面22向工件Wl、W2没入的没入量S2处于一定范围内的位置。优选将该工具20的探头23的前端与工件W1、W2的背面的间隔SI设定为例如0.1mm?0.2mm左右。优选将工具20的肩表面22向工件W1、W2没入的没入量S2，设定为使在工具20的肩表面22与工件表面之间所需的接触面积、例如肩表面22的除了探头23以外的面积的70%以上与工件Wl、W2相接触那样的没入量S2。通过将工具20与工件Wl、W2的高度位置关系设定为上述工具高度，能够不多不少地适当地产生由工具20引发的摩擦热的发热量，抑制在接合部产生缺陷，获得良好的接合品质。
[0045]参照图3，气压缸6是方形缸，在支承台3的下表面的左右端，沿工件Wl、W2的加工方向各配置有I个共计设置2个气压缸6。各气压缸6借助L型框架92设置在主体框架10上，各L型框架92借助上下滑动自如的引导构件93与垂设于支承台3的垂直框架91相连结。因而，支承台3借助引导构件93上下移动自如地设置于L型框架92。另外，在将空气供给到气压缸6内的配管中，设置有能将二次压力保持为恒定的压力控制阀(载荷控制部件)61，利用该压力控制阀61将各气压缸6的作用力保持为恒定。并且，利用各气压缸6向上方以恒定的作用力对支承台3施力，由此控制载荷，以使工具20利用恒定的加压力推压工件Wl、W2。另外，设置在支承台3的下表面的气压缸6也可以只在支承台3的重心部设置I个，另外也可以对支承台3进行支承的方式设置3个以上。此外，作为作动缸装置，也可以代替气压缸6而使用液压缸。
[0046]采用具有以上结构的本实施方式的摩擦搅拌接合装置1，一边使加工头7的工具20旋转，一边将工具20推压于使支承台3上的工件Wl、W2对接而形成的接合线L，使工具20沿接合线L方向相对于接合线L移动，从而利用产生的摩擦热使工件W1、W2的对接部分软化而将工件W1、W2接合起来。
[0047]在进行该摩擦搅拌接合时，在使旋转的工具20向工件Wl、W2抵接时，利用来自工具高度指令部56的指令信号驱动升降用电机82，使加工头7下降，以使工具20相对于工件W1、W2位于预先设定的高度位置。由此，进行工具高度的位置控制，以使工具20以推压工件W1、W2的方式与工件Wl、W2相接触，并且，使此时的工具20与工件W1、W2的高度位置关系位于适当的范围内(参照图5)。
[0048]另外，根据由压力控制阀61产生的设定压力，利用各气压缸6向上方以恒定的作用力对保持工件Wl、W2的支承台3施力。在向上方对该支承台3施加的力中，相当于对支承台3进行支承的重量(包括支承台3的重量和工件W1、W2的重量等)的作用力(最低作用力)以外的作用力(附加作用力)，成为工件W1、W2从下方上推工具20的力，该力的相反力成为工具20推压工件Wl、W2的加压力。因而，以如下方式控制载荷:通过利用各气压缸6将向上方的恒定的作用力保持为恒定，使工具20推压工件W1、W2的加压力保持为恒定。
[0049]在该种状态下，使旋转的工具20沿工件W1、W2的接合线L行驶而对工件W1、W2进行摩擦搅拌接合，从而也能将板厚、材质等不同的各种工件Wl、W2摩擦搅拌接合为良好的品质。
[0050]S卩，气压缸6对支承台3进行支承，所以在工具20未推压工件Wl、W2的状态(也包括工具20已与工件W1、W2相接触的状态)下，对支承台3进行支承的力、即支承台3的重量(也包括安装于支承台3的夹具31、背面抵接件32等附属品的重量)和保持于支承台3的工件Wl、W2的重量施加于气压缸6，但工具20的加工头7的重量不会施加于气压缸6。并且，在工具20以推压工件W1、W2的方式与工件Wl、W2相接触的状态下，在气压缸6的作用力中，在相当于支承台3和工件Wl、W2的重量的作用力(最低作用力)的基础上，进一步增压的作用力(附加作用力)相当于工具20对工件Wl、W2的加压力。即，在进行摩擦搅拌接合时，若保持为使气压缸6的作用力为上述最低作用力的状态，则工具20对工件Wl、W2的加压力设定为O (零)，由此使气压缸6增压的上述附加作用力成为工具20对工件W1、W2的加压力。因而，通过将气压缸6的作用力(附加作用力)设定为规定的值，能够将工具20向工件W1、W2的加压力从作为最小值的O (零)开始控制。因此，能够从较小的加压力到较大的加压力，在广泛的范围内设定工具20向工件W1、W2的加压力。例如当然能在工件W1、W2是厚板或硬质等的情况下，将工具20的加压力保持为较大而进行摩擦搅拌接合，而且还能在工件W1、W2是薄板或软质等的情况下，将工具20的加压力保持为较小地进行载荷控制而进行摩擦搅拌接合。这样，无论工件Wl、W2是薄板还是厚板，或者无论是软质还是硬质，都能依据工件W1、W2的板厚、材质等，设定出工具20对这些工件Wl、W2施加的适当的加压力，并且将该加压力保持为恒定，将工具20与工件W1、W2的高度位置关系保持在适当范围内。
[0051]这样，在本实施方式中，将工具20相对于工件Wl、W2设定为预先设定的高度位置，在工具20侧对工具高度进行位置控制，另一方面将向上方对保持工件Wl、W2的支承台3施力的各气压缸6的作用力保持为恒定，在支承台3侧对工具20向工件W1、W2施加的加压力进行载荷控制。由此，通过利用各气压缸6以恒定的作用力向工具20侧对支承台3施力而进行载荷控制，即使在摩擦搅拌接合的过程中，也能将工具20与工件Wl、W2的高度位置关系控制在适当范围内的状态保持为恒定。
[0052]如上所述，采用本实施方式，不仅能将工具20向工件Wl、W2的加压力设定为比较大的值，而且还能将该加压力设定为极小的值，且将该加压力控制为保持恒定，所以能够依据工件Wl、W2的板厚、材质等，设定出工具20对这些工件Wl、W2施加的适当的加压力，并且将该加压力保持为恒定，将工具20与工件W1、W2的高度位置关系保持在适当范围内。因而，即使工件Wl、W2的板厚、材质等不同，也能摩擦搅拌接合成良好的品质。
[0053]另外，本发明不只限定于上述实施方式，可以在本发明的主旨的范围内实施各种变更。例如本发明不限定于应用在实施方式那样的摩擦搅拌接合(FSW)中，也可以应用在摩擦搅拌工艺(FSP)、摩擦搅拌点接合(FSJ)等中。
[0054]实施例
[0055]实施例
[0056]作为实施例，使用图1?图3所示的摩擦搅拌接合装置1，将由铁系材料构成的2张平板材的工件Wl、W2对接而进行了摩擦搅拌接合。
[0057]工件Wl、W2的材质是SUS430，是厚度为0.93mm、尺寸为75mmX 300mm的平板材。工具20具有图4所示的形状，材质为镍基二元多相金属间化合物合金，肩部直径(肩表面22的直径)为12mm、探头直径(探头23的直径)为4mm、探头长度(探头23自肩表面22突出的突出高度)为0.3mm。背面抵接件32的材质是氮化硅(Si3N4),沿接合方向并列使用3根30mmX 30mm见正、长度为100_的方形件。
[0058]关于利用摩擦搅拌加工装置I进行的摩擦搅拌加工的接合条件，将提前角设定为3度，使工具20以工具转速2000rpm进行旋转，并且将工具20推压到使2张工件W1、W2对接而形成的接合线上，在利用摩擦热使工具20发出橙色光后，使工具20以接合速度(工具进给速度)900mm/min呈直线状移动250mm而进行了摩擦搅拌接合。进行该摩擦搅拌接合时的气压缸6的作用力，利用压力控制阀(载荷控制部件)61，以由工具20产生的对工件Wl、W2的推压加压力设定为0.85ton的方式，保持为恒定。
[0059]图6表示利用该实施例的摩擦搅拌加工进行了对接接合后的工件W1、W2的接合部的照片。
[0060]比较例[0061]比较例的摩擦搅拌接合装置不具备上述气压缸6和压力控制阀61，支承台31固定在规定位置。也就是说，比较例的摩擦搅拌接合装置仅设定初始的工具高度，不具备将由工具20产生的对工件Wl、W2的推压加压力保持为恒定的机构。并且，将工具20的高度设定为在肩表面22的端部与工件W1、W2的表面相接触后下降了 0.2mm的高度位置，由此进行了摩擦搅拌接合。本比较例的其他条件与实施例相同。
[0062]图7表示利用本比较例的摩擦搅拌加工进行了对接接合后的工件W1、W2的接合部的照片。
[0063]施工状态
[0064]关于摩擦搅拌加工的施工状态，在图7所示的比较例中，在接合部发现摩擦搅拌不足构成为原因的施工不均，未能进行良好的接合，在图6所示的实施例中，精加工为在接合部不存在如比较例那样的施工不均的良好的接合品质。
[0065]根据以上的实施例和比较例可确认到:通过适当地设定工具20对工件W1、W2施加的加压力，且在进行摩擦搅拌加工的期间内将该加压力保持恒定，能够使接合部的施工状态规整，摩擦搅拌接合成良好的品质。
[0066]附图标记说明
[0067]1、摩擦搅拌接合装置(摩擦搅拌加工装置)；2、加工机构；3、支承台；6、气压缸(作动缸装置)；7、加工头；20、工具；21、肩部；22、肩表面；23、探头；31、夹具；32、背面抵接件；33、工件按压件；55、工具转速指令部；56、工具高度指令部(工具高度设定部件)；57、工具进给速度指令部；61、压力控制阀(载荷控制部件)；81、旋转用电机；82、升降用电机；83、输送用电机山、接合线；11、胃2、工件(被加工件)。
【权利要求】
1.ー种摩擦搅拌加工装置，该摩擦搅拌加工装置包括:工具，其在肩表面突出设置有探头，该工具用于对由金属材料构成的被加工件进行摩擦搅拌加工；加工头，其保持工具，并且，能够一边使该工具旋转，一边将该工具推压于被加工件地沿加工方向相对移动；支承台，其保持被加工件，其特征在干， 该摩擦搅拌加工装置具备:作动缸装置，其用干支承所述支承台，并且向工具侧对该支承台施力；载荷控制部件，其将所述作动缸装置的作用力控制为保持恒定，从而将所述工具推压所述被加工件的加压カ保持为恒定。
2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌加工装置，其中， 该摩擦搅拌加工装置具有工具高度设定部件，该工具高度设定部件用于将所述工具相对于所述被加工件设定为预先设定的高度位置。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌加工装置，其中， 所述作动缸装置沿所述支承台的被加工件的加工方向平衡配设。
4.ー种摩擦搅拌加工方法，该摩擦搅拌加工方法利用ー边使工具旋转ー边将工具推压于由金属材料构成的被加工件而产生的摩擦热，使被加工件软化而对被加工件进行加工，其特征在干， 在进行摩擦搅拌加工时，首先将工具相对于被加工件设定为预先设定的高度位置，然后将作动缸装置的作用力控制为保持恒定，从而将所述工具推压所述被加工件的加压カ保持为恒定，所述作动缸装置用于对保持所述被加工件的支承台进行支承，并且向工具侧对该支承台施力。
【文档编号】B23K20/12GK103596719SQ201280015609
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年3月27日 优先权日:2011年3月29日
【发明者】冲幸男, 笕贵一, 平田智丈, 高杉隆幸, 金野泰幸, 望月昇, 内田隆宪 申请人:亚伊色尔株式会社