专利名称：结构体和结构体的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种结构体和一种结构体的制造方法。例如，本发明适用于一种用在火车车厢或建筑结构等上的挤压成型铝合金制框架构件制成的结构体和结构体的制造方法。
摩擦振颤接合方法是一种通过旋转插入接合部分的圆杆(被称作旋转工具)，将旋转工具沿着挤压框架构件的接合线移动并且摩擦振颤接合部分被加热、软化和塑化并固化连接的方法。旋转工具由插入接合部分的小直径部分和位于旋转工具的小直径部分外侧的大直径部分构成。旋转工具的小直径部分和大直径部分同轴。旋转工具的小直径部分和大直径部分之间的边界稍微插入接合部分。上述技术例如由日本专利申请公开号平9-309164(EP0797043A2)公开。
该文献的图9中，中空挤压成型框架构件的两个表面的接合是在中空挤压成型框架构件的两个表面之一进行的。此外，示出了防止中空挤压成型框架构件变形的连接件。
在日本专利申请公开号平9-221024公开了一种可容易地制造火车车体的结构体的方法。在该方法中，中空框架构件侧表面之一的板端部伸出于另一侧表面的板端部，并且该伸出的板相互从上部焊接。接着，另外的面板之间用盖板连接。
摩擦振颤接合与弧焊之间的不同在于，在摩擦振颤接合中，通过将旋转工具插入要接合的构件中，会作用较大的负载。该负载主要作用在旋转工具的插入方向(旋转工具的轴向)。即，工具的插入力作用在要接合的构件上。
当中空挤压成型框架构件实施摩擦振颤接合时，在一个面板和两个平行面板接合的筋板上作用着旋转工具的插入力，则中空挤压成型框架构件会变形。为此，必须形成一个可防止连接件部分变形的结构。
这种防变形装置由上述日本专利申请公开号平9-309164(EP0797043A2)公开。在该文献中，对于两个中空挤压成型框架构件的接合部分，提供了一个用于将中空挤压成型框架构件的两个面板接合的纵板(称作纵筋板)。该纵筋板位于旋转工具轴线的延长线上。纵筋板是连接中空挤压成型框架构件的两个面板的筋板。因较大负载同心作用在该纵筋板上，因此必须使得中空挤压成型框架构件的板厚较厚。为此，难以获得重量轻的结构连接件。
此外，中空挤压成型框架构件的该纵筋板可从其他方面考虑。当表面向外弯曲力作用在中空挤压成型框架构件上时，众所公知，支配整体刚性的部分是筋板。为了改进耐表面外侧弯曲力的刚性，理想的情况是将筋板布置在相对面板为45度角方向上，该方向是所受力的主应力方向。然而，垂直于两个薄面板的纵长筋板几乎不作为加强构件。
正如上述，当结构体用作加强件时，几乎不考虑纵筋板对刚性的增强，因为该筋板必须使得中空挤压成型框架构件的板厚较厚才能支承摩擦振颤接合期间的插入力，所以难以减轻中空挤压成型框架构件的连接件的结构重量。
上述日本专利申请公开号平9-221024示出的盖板焊在中空框架构件的桁架的交叉点上。
本发明的目的是提供一种重量轻、刚性好的结构体和结构体的制造方法。
实现上述目的的结构体的制造方法的特征在于，制备中空框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接；第二构件基本上朝着所述另一面板的延伸方向定位，以及第二构件的端部与所述另一面板的所述端部的接合是摩擦振颤接合。
可实现上述目的的结构体制造方法的特征在于，制备中空框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，以及该构件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座；准备一个第二中空框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，以及该构件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座；第一中空框架构件的所述面板之一的所述端部与所述第二中空框架构件的所述支座重叠；所述第一中空框架构件的所述面板之一的所述端部与所述第二中空框架构件的所述支座重叠；并分别将所述重叠部分接合。
可实现上述目的的结构体包括的特征在于，中空框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部一侧与所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接；一个第二构件基本上位于所述另一面板的延长线方向上；以及所述第二构件端部与所述另一面板的端部的接合是摩擦振颤接合。
可实现上述目的的结构体的制造方法的特征在于，制备第一中空框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，所述面板之一的端部与所述另一面板的端部的连接是将所述第一中空框架构件的面板之一的端部与所述第二中空框架构件的支座重叠而实现；所述第二中空框架构件的面板之一的端部与所述第一中空框架构件的支座重叠，有助于构成桁架的多个筋板，其具有在所述桁架附近并且在所述另一面板端部处的支座；制备第二中空框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，以及该构件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座；所述第一中空框架构件的所述面板之一的端部与所述第二中空框架构件的所述支座重叠；以及分别将所述重叠部分接合。
可实现上述目的的使用摩擦振颤接合的中空框架构件的特征在于，两个薄面板由多个筋板连接成桁架型；所述面板之一的一端部从所述另一面板的一端部朝所述端部一侧伸出；以及所述面板之一的端部与所述另一面板的端部由构成桁架的筋板连接。
可实现上述目的的使用摩擦振颤接合的中空框架构件的特征在于，两个薄面板由多个筋板连接成桁架型；所述面板之一的一个端部从另一面板的一个端部朝着中空框架构件的端部一侧伸出；以及所述面板之一的所述端部与所述面板之一的中部由构成桁架的筋板连接。
图1为本发明的结构体和结构体制造方法的一实施例，示出接合部分的主要部分的纵剖视图，图2为本发明的结构体和结构体制造方法的一实施例，示出一对中空框架构件一例的纵剖视图，图3示出火车车厢的斜视图，图4为本发明的结构体和结构体制造方法的另一实施例，示出接合部分的主要部分的纵剖视图，图5为本发明的结构体和结构体制造方法的又一实施例，示出接合部分的主要部分的纵剖视图，图6为本发明另一实施例的接合部分的主要部分的纵剖视图，图7为本发明结构体和结构体制造方法的又一实施例，示出接合部分的主要部分的纵剖视图，图8为本发明的结构体和结构体制造方法的再一实施例，示出接合部分的主要部分的纵剖视图。
参照图1-图3，说明本发明的结构体和结构体制造方法的一实施例。车厢200由构成车厢200侧面的侧结构体201，构成车厢200顶部的顶结构体202，构成车厢200底板的台架203，和构成车厢200纵向端部的侧结构体204构成。侧结构体201、顶结构体202和台架203每个分别由接合的多个挤压成型框架构件构成。纵向的挤压成型框架构件朝着车厢200的纵长方向成形。挤压成型框架构件是由铝合金制成的中空框架构件。
下面说明构成侧结构体201的中空挤压成型框架构件10和20的构成和接合方法。其他部分和其他结构体与上述类似。
中空挤压成型框架构件10和中空挤压成型框架构件20由两个薄面板11，12和21，22以及桁架型布置的多个筋板13，23构成。两个薄面板11和12(两个薄面板21和22)基本平行。由筋板13和23构成的桁架的节距是相同的。桁架由筋板13和23以及面板11、12和21、22的板厚中心线构成。在面板11、12和21、22的侧部存在顶点，该顶点用黑圆点示出。
在火车车厢内侧的桁架顶点附近，成整体地设置安装机器和设备的轨道19和29。轨道19和29为L型的两个构件。轨道用作安装如内部安装板和椅子等机器和设备的支座。
下面说明中空挤压成型框架构件10和中空挤压成型框架构件20接合部分的构成。构成桁架一侧的筋板13A延伸至中空挤压成型框架构件10的端部。面板12的端部进一步从面板11的端部朝着端部侧(邻近中空框架构件20的一侧)伸出。在端部的筋板13A通过面板12的端部与面板11的端部接合。筋板13B将面板11与面板12的端部接合。由筋板13A和13B构成等腰三角形桁架。其他桁架也是等腰三角形。
中空挤压成型框架构件20的面板21的端部进一步从面板12端部朝着端部一侧(相邻的中空挤压成型框架构件10的一侧)伸出。此处无接合面板21端部与面板22端部的筋板。
面板21的端部内侧与从筋板13A伸出的支座17重叠。支座17位于筋板13A和13B交叉点附近的筋板17A处。面板22端部的内侧与从面板22端部伸出的支座27重叠。
当两个中空挤压成型框架构件10和20抵接时，等腰三角形桁架由筋板23B、13A和面板21构成。该桁架的尺寸与其他桁架的尺寸相同。其他桁架也是等腰三角形。
在邻接部分的外侧具有升高部分15、25和16、26。升高部分15、25和16、26的高度和宽度相同。该邻接部分起到摩擦振颤接合作用。筋板13A、13B和23B的板厚比其他筋板13和23的板厚要厚。在由筋板13A、13B和23B以及面板12、22构成的桁架顶点的垂直线(沿着面板法线的直线)上存在抵接面。从旋转工具250定位准确考虑，在实际使用中，旋转工具250的轴线定位于桁架顶点附近的垂直线上。
基座240装在中空挤压成型框架构件10和20上，此处面板12和22作为下部。旋转工具250从上部插入邻接部分，以实现摩擦振颤接合。
升高部分15、25和16、26的抵接面15b和26b垂直抵靠板面11和22。相应地抵接面垂直于构件。垂直面15b、26b和支座17、27的上表面构成凹部。该凹部沿着面板11、22的表面和中空挤压成型框架构件10、20的端部侧开口。
抵接面15b、26b正交于面板11、12和面板21、22。即，抵接面沿着面板的法线。抵接面15b、26b沿着中空挤压成型框架构件10、20的厚度方向设置。
抵接面15b、26b的位置从穿过桁架顶点的法线朝着中空挤压成型框架构件10、20的另一端部侧定位。在抵接面15b、26b处于穿过桁架顶点法线的情况下，和另一面板21、12的端部较短(在可允许的误差范围内)情况下，旋转工具250的插入位置靠近另一面板侧。在这种情况下，可能在靠近侧的筋板负载过大。检测两个升高部分15、25(16和26)的宽度，然后，使旋转工具250的轴线对中。
下面说明这种结构体的制造方法。将中空挤压成型框架构件10、20安装和固定在基座240上。使面板11、21(面板12、22)端部的抵接部分接触或接近。面板11、21上表面侧的抵接部分中升高部分15、25从上部用弧焊临时固定。间隙地进行这种临时焊接。
升高部分16、26装在基座240上。筋板23B和面板22之间的交叉点周围安装在基座240上。
在这种情况下，摩擦振颤接合设备的旋转工具250从上部插入到升高部分15、25的抵接部分，并沿着接合线移动，然后实施摩擦振颤接合。旋转工具250的轴线在垂直方向。然而，为阻止旋转工具250向前，轴线是倾斜的，正如所公知的。检测两个升高部分15、25的宽度，将旋转工具250的轴线对中。
旋转工具250包括一个较大直径部分252和在较大直径部分252末端处的较小直径部分251。旋转工具250的较小直径部分251的末端从支座17的上部深深插入。旋转工具250的较大直径部分252的下端位于升高部分15、25的顶点与面板11、21的外表面之间。旋转工具250的较大直径部分252的直径小于两个升高部分15和25构成的宽度。旋转工具250的较小直径部分251形成螺栓件。
由于这种摩擦振颤接合，形成于面板11和12的抵接部分之间的间隙被埋上和接合。
接着，该结构体倒置并装在基座240上。从升高部分16和26的上部通过弧焊临时固定。之后，由旋转工具250，从升高部分16和26的上部实施摩擦振颤接合。该摩擦振颤接合的实施类似于上述。
最后，火车车厢200外表面侧的升高部分被切去，制成与面板相同的表面。
按照上述，旋转工具250的轴心处于由两个筋板13A和13B(筋板13A和23B)构成的桁架顶点或处于通过顶点附近的垂直直线上。在摩擦振颤接合期间的插入力是由朝旋转工具250轴线布置的两个筋板13A和13B(13A和23B)支承的。因此，可限制筋板13A、13B和23B弯曲。筋板13A、13B和23B的板厚可以减薄，从而获得减轻重量的结构。当然，也可限制面板11和12弯曲。筋板13A、13B、23B的板厚比其他筋板13和23的板厚要厚。
因为有支承筋板13A、13B和23B的基座240，可防止面板弯曲。
此外，在摩擦振颤接合后，当作为结构体使用时，所有的结构体基本上为桁架结构。为此，可改进表面外弯刚性，可获得重量轻的结构。
两个筋板13A和13B(两个筋板13A和23B)的顶点可定位在面板11和21的外表面侧。
上述实施例的接合是一种摩擦振颤接合，然而接合之一或接合两者均可通过弧焊实现。弧焊时，因为接合期间无负载，筋板13A、13B和23B可较薄。伸出支座17的上表面和支座17的下表面可倾斜。
在上述的结构体和结构体制造方法的实施例中，面板11和12以及面板21和22是平行的，但在一些场合，面板之一相对另外面板可以是倾斜的。
图4示出结构体和结构体制造方法另一实施例，在该例中，接合部分的面板法线是倾斜的。中空挤压成型框架构件10的一端是水平的。中空挤压成型框架构件10和20安装在基座240上。这可使侧结构体201端部的接合线容易形成。旋转体的轴线沿着面板的法线。该法线通过桁架顶点附近。箭头标记示出旋转工具250的位置和方向。
图5示出结构体和结构体制造方法又一实施例，下面将加以说明。中空挤压成型框架构件20是块形构件30。构件30是否中空没有关系。本发明该实施例中的其他构件与图1所示实施例的相同。在该例中，构件30是中空挤压成型框架构件，支座27具有将升高部分26与面板21连接的筋板。该筋板基本上正交于(沿着面板的法线)面板11。面板21基本上沿着面板11的延长线布置。
图6示出结构体和结构体制造方法的再一实施例，下面将加以说明。在图1所示的中空挤压成型框架构件20中，没有将面板21的端部与面板22的端部连接的筋板。另外，升高部分25和26直至面板的端部。为此，升高部分25的制造很难。本发明图6所示实施例的目的在于改进上述实施例。具有将面板21的端部与面板22的端部连接的筋板23A。由筋板23A和23B以及面板21形成等腰三角形。采用这种结构，插入力由两个筋板23A和23B支承。可将筋板13A、13B、23A和23B的板厚做薄。中空挤压成型框架构件20制成后，可除去筋板23A，之后，可如图1所示地实施摩擦振颤接合。
图7示出结构体和结构体制造方法又一实施例，图7中，筋板23A接近中空挤压成型框架构件的端部设置。由筋板23A的中心线和筋板13B的中心线构成等腰三角形。在穿过这两中心线交叉点的垂直轴线上设置旋转工具250的轴线。采用这种结构，插入力可由三个筋板支承。
图8示出结构体和结构体制造方法的另一实施例，在图8中，旋转工具250的插入位置形成于两个交叉点之间。
本发明的技术范围并不由所要求的每个权利要求的术语所限制或者由解决问题装置中所描述的术语所限制，此外，它也涉及本技术领域易于涉足的范围。
按照本发明，因接合两个薄面板的两个筋板顶点附近作为接合部分接合，从而可提供结构重量轻和刚度好的结构体。
权利要求
1.一种结构体的制造方法，其特征在于，制备中空挤压成型框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的多个筋板连接；第二构件基本上朝着所述另一面板的延伸方向定位，以及第二构件的端部与所述另一面板的所述端部的接合是摩擦振颤接合。
2.按照权利要求1所述的结构体的制造方法，其特征在于，按照摩擦振颤接合进行所述面板之一的所述端部与所述第二构件的所述端部的抵接部分的摩擦振颤焊接。
3.按照权利要求1所述的结构体的制造方法，其特征在于，所述另一面板的所述端部与所述第二构件的所述端部的摩擦振颤接合位置位于所述桁架的顶点。
4.按照权利要求3所述的结构体的制造方法，其特征在于，在所述顶点附近，所述中空挤压成型框架构件具有支座，将所述第二构件重叠在所述中空挤压成型框架构件的所述支座上，然后，实施摩擦振颤接合。
5.一种结构体的制造方法，其特征在于，制备中空挤压成型框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，以及该构件具有支座，该支座位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近；制备第二中空挤压成型框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，以及该构件具有一个支座，该支座位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近；第一中空挤压成型框架构件的所述面板之一的所述端部与所述第二中空挤压成型框架构件的所述支座重叠；所述第一中空挤压成型框架构件的所述面板之一的所述端部与所述第二中空挤压成型框架构件的所述支座重叠；以及分别将所述重叠部分接合。
6.按照权利要求5所述的结构体的制造方法，其特征在于，所述接合是一种摩擦振颤接合。
7.按照权利要求6所述的结构体的制造方法，其特征在于，摩擦振颤接合是在所述第一中空挤压成型框架构件的面板之一的端部与第二构件的另一面板的端部的抵接部分实施的。
8.按照权利要求7所述的结构体的制造方法，其特征在于，摩擦振颤接合位置位于所述端部的桁架顶点。
9.一种结构体，其特征在于，中空挤压成型框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部一侧与所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，第二构件基本上位于所述另一面板的延长线方向上，以及所述第二构件端部与所述另一面板的端部的接合是摩擦振颤接合。
10.按照权利要求9所述的结构体，其特征在于，所述面板之一的端部与所述第二构件的端部的抵接部分的接合是摩擦振颤接合。
11.按照权利要求9所述的结构体，其特征在于，所述另一面板的端部和所述第二构件的端部位置位于所述桁架的顶点处。
12.一种结构体的制造方法，其特征在于，制备第一中空挤压成型框架构件，该构件中的两个薄面板由多个筋板连接成桁架，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，所述面板之一的端部与所述另一面板的端部的连接是将所述第一中空挤压成型框架构件的面板之一的端部与所述第二中空挤压成型框架构件的支座重叠而实现；所述第二中空挤压成型框架构件的面板之一的端部与所述第一中空挤压成型框架构件的支座重叠，有助于构成桁架的多个筋板，其具有在所述桁架附近并且在所述另一面板端部处的支座；制备第二中空挤压成型框架构件，该构件中的两个薄面板通过多个筋板连接成桁架型，所述面板之一的端部从另一面板的端部朝所述端部的一侧伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通过构成所述桁架的所述多个筋板连接，以及该构件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座。所述第一中空挤压成型框架构件的所述面板之一的端部与所述第二中空挤压成型框架构件的所述支座重叠；以及分别将所述重叠部分接合。
13.按照权利要求12所述的结构体，其特征在于，所述接合是一种摩擦振颤接合。
14.按照权利要求13所述的结构体，其特征在于，摩擦振颤接合是在所述第一中空挤压成型框架构件的面板之一端部与所述第二中空挤压成型框架构件的另一面板的端部抵接部分进行的。
15.按照权利要求15所述的结构体，其特征在于，摩擦振颤接合位于所述端部的所述桁架的顶点。
16.一种使用摩擦振颤接合的中空挤压成型框架构件，其特征在于，两个薄面板由多个筋板连接成桁架型；所述面板之一的一端部从所述另一面板的一端部朝所述端部一侧伸出；以及所述面板之一的端部与所述另一面板的端部由构成桁架的筋板连接。
17.按照权利要求16所述的使用摩擦振颤接合的中空挤压成型框架构件，其特征在于，所述中空挤压成型框架构件的另一面板端部的所述桁架的顶点附近具有升高部分；所述升高部分分别朝着沿着另一面板的表面和另一面板端部的一侧开口；以及所述升高部分由沿着另一面板的表面和沿着另一面板的厚度方向的表面构成。
18.按照权利要求17所述的使用摩擦振颤接合的中空挤压成型框架构件，其特征在于，沿着另一面板厚度方向的所述表面是一条沿着所述中空挤压成型框架构件的厚度方向的直线，并且处于从穿过所述顶点的直线的所述中空框架构件的另一面板的一侧。
19.一种使用摩擦振颤接合的中空挤压成型框架构件，其特征在于，两个薄面板由多个筋板连接成桁架型；所述面板之一的一个端部从另一面板的一个端部朝着中空挤压成型框架构件的端部一侧伸出；以及所述面板之一的所述端部与所述面板之一的中部由构成桁架的筋板连接。
20.按照权利要求19所述的使用摩擦振颤接合的中空挤压成型框架构件，其特征在于，在所述另一面板的所述端部之间由多个筋板构成的连接部分的附近，具有升高部分；所述升高部分分别朝着沿另一面板的表面和另一面板侧端部的一侧开口；以及所述升高部分由沿着另一面板的表面和沿着所述中空挤压成型框架构件的厚度方向的表面构成。
21.按照权利要求19所述的使用摩擦振颤接合的中空挤压成型框架构件，其特征在于，沿着所述中空挤压成型框架构件厚度方向的所述表面是一条沿着所述中空挤压成型框架构件厚度方向的直线，并且处于从穿过所述顶点的直线的所述中空挤压成型框架构件的另一端部的一侧。
全文摘要
中空挤压成型框架构件通过在两个面板11、12(21、22)之间由筋板13、13A、13B(23、23A、23B)接合成桁架构成。中空挤压成型框架构件10之一的端部由构成桁架的筋板13A连接。另一中空挤压成型框架构件20的面板21接合在中空挤压成型框架构件10的桁架顶点附近。中空框架构件10的面板接合在另一中空挤压成型框架构件20的桁架顶点附近。摩擦振颤接合期间的负载由筋板13A、13B(13A、23B)承受。桁架结构整体形成,可获得重量轻、刚性佳的结构。
文档编号B61D17/04GK1275452SQ0010895
公开日2000年12月6日 申请日期2000年5月24日 优先权日1999年5月28日
发明者中村英之, 川崎健, 牧野俊昭, 佐川年旦 申请人:株式会社日立制作所