专利名称：：摩擦焊接方法及摩擦焊接装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种摩擦焊接方法及一种摩擦焊接装置，所述摩擦焊接装置用于在使一对工件相对彼此旋转的同时压紧该对工件来摩擦焊接该对工件。
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：中，公知各种摩擦焊接方法，例如，公知LHI方法(参考日本特开专利公报No.2003-62676)和适合于铝合金的方法(参考日本特开专利公报No.H05-96385)等。根据该LHI方法，通过使一对工件相对彼此旋转的同时使该对工件靠紧产生摩擦热。进一步地，相对旋转持续到工件之间的结合面或表面的摩擦扭矩从初始最大值(摩擦步骤)变成稳定值为止。进一步地，将工件之间的相对旋转限制(制动)在摩擦扭矩达到该稳定值的状态，并在工件之间施加镦锻压力(镦锻步骤)。因此，根据该LHI方法，制动施加于摩擦焊接的初始阶段(亦即，摩擦扭矩四状态中的第二状态)。因此，在摩擦焊接中该对工件之间的缩进量(a卯roachmargin)比常规制动式摩擦焊接在靠后阶段(第四状态)制动的方法形成的小，所以，减少了毛刺的产生。本文所用的术语"缩进量"可与本领域中使用的诸如"摩擦镦锻距离(frictionupsetdistance)"和"摩擦变形量(burnofflength)，，之类的其他类似术语通用。所有上述术语均表示在推力施加于要进行摩擦焊接的工件之间的过程中工件缩短或损耗的长度。或者它们均表示有可能产生本领域公知的如毛刺这样的问题的两个工件之间的物理关系。根据另一个
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摩擦焊接方法，通过使包含铝合金的一对工件相对彼此旋转来使该对工件彼此接触，并在接触后的0.7秒之内施加制动。因此，摩擦焊接可在铝合金工件由于摩擦热而显著变形之前完成。然而，上述方法只是对应于铝合金的方法，而不是能够对应于一般摩擦焊接的方法。此外，
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的LHI方法及日本特开专利公报No.H05-96385中所述的方法是这种方法在使一对工件相对彼此旋转的同时压紧该对工件在该对工件之间产生缩进量，并在产生缩进量后对工件之间的相对旋转施加制动。因此，本领域需要一种摩擦焊接方法及一种摩擦焊接装置，其比
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的摩擦焊接方法和摩擦焊接装置产生的毛刺少并可应用于广泛范围的材料。
发明内容本发明的一个方面可包括一种摩擦焊接方法，其具有摩擦步骤，用于在使一对工件相对旋转的同时压紧该对工件产生摩擦热；以及镦锻步骤，其开始于在所述摩擦步骤在该对工件产生缩进量之前，限制该对工件相对彼此旋转并在该对工件之间施加镦锻压力。与现有系统或方法相比，根据本发明，在产生缩进量之前限制工件间的相对旋转。因此，在限制相对旋转之前在摩擦步骤中未产生缩进量，并且可以仅在镦锻步骤中产生缩进量。因此，在整个摩擦焊接中减少了缩进量，并且减少了可由此形成的毛刺。在结合权利要求书及附图阅读以下详细说明后将可容易地理解本发明另外的目标、特征和优点，其中图l是摩擦焊接装置的正视图2是摩擦焊接装置的左侧视图；并且图3是用于示出控制值和状态值的图表。具体实施例方式可单独利用上下文所揭示的各附加特征及教导内容或结合其它附加特征及教导内容来提供改进的摩擦焊接方法及摩擦焊接装置。现在将参考附图详细说明本发明的典型示例，这些示例既单独地又相互结合地利用了这些附加特征和教导内容的一些。该详细说明仅旨在教导本领域技术人员进一步的细节以便实践本教导内容优选的方面，并且无意限制本发明的范围。只有权利要求书限定本发明的范围。因此，以下详细说明所揭示的特征和步骤的组合在最广泛的意义上可能并不一定为实践本发明所必需，而教导目的只是具体说明本发明的典型示例。此外，典型示例和所附权利要求书的各种特征可采取未明确列举的方式结合以提供本教导内容附加的有用构造。如图1所示，摩擦焊接装置1包括机架9;第一固持基座2，其以可移动的方式附连于机架9;第二固持基座3，其以不可移动的方式附连于机架9的一个端部；以及马达固持基座6，其以不可移动的方式附连于基座9的另一个端部。如图1和图2所示，第一固持基座2包括导引部2b,其以可滑动的方式安装于形成在机架9的上部及下部的轨道9a。第一固持基座2的一个端部设有卡盘2a。卡盘2a与第一固持基座2的主体相连、可轴向旋转、并固持第一工件W1。第一固持基座2的另一个端部包括具有主轴马达(旋转装置)4a的主轴马达构件4。主轴马达4a可以是祠服马达等，并可通过控制设于机架9的控制装置7进行控制。控制装置7可以是CPU或CPU内的单独电路。在主轴马达构件4与第二固持基座3之间设有动力传输机构(未示出)。该传输机构将动力从主轴马达4a传输至卡盘2a，并使第一工件Wl与卡盘2a—起轴向旋转。如图l和图2所示，在第一固持基座2与马达固持基座6之间设有用于使第一固持基座2滑动的推力机构。该推力机构包括推力马达6a和设于马达固持基座6的滚珅、螺杆6e。推力马达6a可以是祠服马达等，并可由控制装置7控制。滚珠螺杆6e与位于图1左端的皮带轮6c相连。进一步地，用于在推力马达6a的输出轴与皮带轮6c之间传输动力的正时皮带6d套在它们之间。进一步地，滚珠螺杆6e相对于设于第一固持基座2的内螺紋进行螺紋连接。进一步地，滚珠螺杆6e通过被推力马达6a驱动而旋转使第一固持基座2相对于机架9滑动。进一步地，设有用于在第一工件和第二工件(Wl，W2)彼此接触时检测的接触检测传感器6b。例如，将主轴马达4a的扭矩传感器用作接触检测传感器6b，并通过检测压接扭矩的波动来检测工件Wl和工件W2的接触。如图l所示，第二固持基座3包括用于将第二工件W2固持于其一个端部的卡盘3a。卡盘3a由第二固持基座3的主体以可旋转的方式支撑。第二固持基座3的另一个端部设有具有马达5a的马达构件5。马达5a可以是祠服马达等，且可由控制装置7控制。动力传输机构设于马达构件5与第一固持基座2之间，其用于通过将动力从马达5a传输至卡盘3a相对于第二固持基座3的主体一起控制第二工件W2与卡盘3。进一步地，通过控制马达5a，可使第二工件W2处于不可相对于第二支撑基座3的主体旋转的位置固定状态、可旋转的自由状态、或强制旋转状态，从而被强制旋转。现在将说明通过摩擦焊接装置1摩擦焊接第一工件Wl和第二工件W2的程序。首先，将第一工件Wl和第二工件W2分别安装于卡盘2a和卡盘3a。接下来，通过控制马达5a使第二工件W2处于不可旋转的位置固定状态(固定)，马达5a由控制装置7控制。接下来，第一工件Wl经由主轴马达4a以较快的速度、即摩擦焊接转速Al旋转(参考图3)。例如，当工件W1和W2是钢材圆杆时，将摩擦焊接转速A1设在3300rpm至10000rpm或1500rpm至10000rpm。当转速过低时，在工件Wl和W2的外周部发生积屑或咬死，紧接着由于工件Wl和W2之间的相对旋转而发生扭裂，并且担心由于扭裂而使产生的热量快速增加并因而产生毛刺。进一步地，钢材可采用低碳钢(例如S15C等)、高碳钢(例如S55C等)。实心圆杆可采用4)3至cj)30mm的实心圆杆，优选(J)3至4)20mm的实心圆杆，或者采用截面面积尺寸对应于实心圆杆的截面面积尺寸的中空圆杆(等)。佐nr血名J士占4^血l趁^，立I74她AZL;士/:乂击楚阳娃A成，44动至第二固持基座3。这种情形下将推力P0设为可低速移动第一固持基座2的量级，例如，使得在工件Wl和W2彼此接触时的压力值变成l至3MPa(兆帕)。当工件W1和W2彼此接触时，在工件W1和W2之间产生摩擦热。进一步地，推力机构在工件W1和W2之间形成的压力变成P1(低压)。进一步地，压力保持在P1。当压力低至不会立即在工件Wl和W2产生缩进量的程度时将Pl设定在5至10MPa或5至40MPa，且工件Wl和W2为钢材圆杆。当Pl过低时，摩擦步骤中的摩擦热变得不足。进一步地，摩擦步骤在产生缩进量之前完成。如果Pl过高，将立即产生缩进量，并产生许多毛刺。因此，Pl的上限由材料或形状等决定。如图3所示，当摩擦步骤开始时，在工件W1和W2之间产生摩擦焊接扭矩，并在接触面之间产生摩擦热。这种情形下，工件W1和W2由于摩擦热而膨胀并伸长，且第一固持基座2沿着返回至原始位置的方向被移动。尽管第一固持基座2基本上保持在工件Wl和W2开始彼此接触的接触位置，但是第一固持基座2可能由于受力而回移。如果压紧力有
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中那么大，或者在工件Wl和W2之间进一步施加压紧力，则接触面被摩擦热软化，并且通过沿彼此相向的方向移动工件Wl和W2而可能产生缩进量(摩擦余量)。同时，在本实施方式中工件保持在如上所述的低压紧力P1、如上所述的高摩擦焊接转速A1，因此加热结合面以便在摩擦步骤中不产生缩进量。进一步地，当摩擦步骤完成时，限制工件W1旋转。亦即，在
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的摩擦焊接的第一状态的中途限制工件W1的旋转。因此，在产生最大摩擦扭矩前(初始扭矩)之前限制旋转。起到限制旋转定时作用的定时器由控制装置7基于来自接触检测传感器6b的检测信号操作。在操作定时器之后，将定时设为时间T1。进一步地，控制装置7通过在时间段Tl过去之后的时间操作制动减慢第一工件W1的转速。进一步地，根据本实施方式，与
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的方法相比，将摩擦焊接转速Al设为快并将压力Pl设为低。因此，在摩擦步骤难以产生缩进量，并因此可宽范围地选择Tl的值。例如，当工件Wl和W2是钢材圆杆时，可将Tl设在0.05至1秒，或者0.05至2秒。进一步地，优选的是将速度相当高的摩擦焊接转速Al设在不会在工件Wl和W2的外周部产生积屑或咬死的程度。进一步地，在时间段Tl过去之后，控制装置7发送信号至推力马达6a在工件Wl和W2之间产生镦锻压力P2，在该时间段限制旋转。优选的是镦锻压力P2等于或大于摩擦步骤的压力Pl，例如，是压力Pl的1.5倍或更大，或者压力Pl的2至4倍或更大。当工件Wl和W2是钢材圓杆时，优选的是将P2设为10至30MPa或10至40MPa。进一步地，在时间段T1过去之后，控制装置7发送信号至马达5a允许第二工件W2处于可自由轴向旋转的状态。从而，第二工件W2开始沿着与第一工件wi相同的方向旋转(通过摩擦)，因此工件W2在时间段Tl+T2过去后以与第一工件Wl相同的转速A2旋转，并且这些工件在时间段T1+T2+T3(镦锻步骤)过去后停止。例如，在工件W1和W2为钢材圆杆的情况下，将T2和T3均设为0.5至1秒。如图3所示，缩进量产生于第一工件W1和第二工件W2的相对旋转变为零前后的时间段T4期间。例如，当工件W1和W2为钢材圓杆时，在约为0.05秒的时间段T4产生0.05至0.2mm或0.1至lmm的缩进量B。虽然在时间段T4期间会产生缩进量，但是该时间段很短，因此与
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所述的方法相比减少或消除了产生毛刺的可能性。如上所述，该摩擦焊接方法包括摩擦步骤和镦锻步骤。在镦锻步骤，限制该对工件Wl和W2的相对旋转，并在该对工件Wl和Wl之间施加镦锻压力P2。因此，在限制相对旋转之前在摩擦步骤未产生缩进量，且缩进量仅在镦锻步骤产生。因此，在整个摩擦焊接程序期间产生的缩进量变小，且形成毛刺的可能性变小。进一步地，根据该摩擦焊接方法，在镦锻步骤，对旋转的第一工件Wl侧施加制动，且固定的第二工件W2侧变成可自由旋转的状态。因此，随着第一工件Wl开始减速，第二工件W2开始与第一工件Wl—起旋转，并且此后工件Wl和W2之间的相对旋转变为零。因此，工件Wl和W2之间的相对旋转在短时间段内变为零。由于这种构造，在该对工件Wl和W2之间产生的扭力减少，且由于扭力而产生毛刺的可能性变小。进一步地，由于毛刺变小，消除或减少了后期加工(削去毛刺)。进一步地，由于缩进量小，节省了材料，并且还提高了总长度的精确性。at—"fe"JJtiBiS^亡膝拔+罝ii士,A士J、羊J》吝娃去'士、i士AA4jtBE1此还有望提高同轴度的精确性。进一步地，当该对工件Wl和W2由钢材制成时，将该对工件Wl和W2在摩擦步骤的相对转速设为3300至10000rpm或1500至10000rpm。进一步地，将在摩擦步骤压紧该对工件Wl和W2的压力Pl设为5至lOMPa或5至40MPa。因此，与
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相比，该对工件Wl和W2高速相对旋转并被较弱的力压紧。因此，在包含钢材的工件Wl和W2之间稳定地产生摩擦热而不会产生缩进量。由此，该对包含钢材的工件Wl和W2可牢固地结合。进一步地，在镦锻步骤，将镦锻压力P2设为10至30MPa或10至40MPa。因此，在摩擦步骤以较弱的力压紧该对工件Wl和W2之后，在镦锻步骤以强力压紧该对工件Wl和W2。因此，包含钢材的工件Wl和W2可牢固地结合。进一步地，摩擦焊接装置1包括旋转装置(主轴马达4a)、推力机构、接触检测传感器6b和控制装置7，所述控制装置7用于基于来自接触检测传感器6b的检测信号在工件Wl和W2彼此接触后在设定时间段Tl过去后限制第一工件Wl和第二工件W2的相对旋转，并通过推力机构控制第一工件Wl和第二工件W2之间的镦锻压力P2。进一步地，在第一工件Wl和第二工件W2之间产生缩进量之前将时间设为时间段Tl。因此，在整个摩擦焊接程序期间的缩进量变小，且产生毛刺的可能性变小。接下来将解释判断摩擦焊接的可接受性(或可接受的结合标准)的质量控制步骤。工件Wl和W2之间的界面结合失败的一个示例是在工件Wl和W2进行拉伸试验时裂开。进一步地，在拉伸试验期间可接受的结合标准的一个示例是工件的任意一部分而不是界面首先裂开。按照该质量控制步骤，可接受的结合标准也可通过缩进量的尺寸判断而不执行拉伸试验。同时，在
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中，可通过充分冷却工件Wl和W2之后测量工件Wl和W2在摩擦焊接前后的长度精确测量缩进量。然而，这种情况下，需控制冷却时间等，并且这会使其操作变复杂。进一步地，根据本实施方式的摩擦焊接方法，缩进量很小，因此缩进量不易测量。因此，根据本实施方式，通过以下方法容易并精确地测量缩进量，并可由缩进量的尺寸判断可接受的结合标准。首先，将第一工件Wl和第二工件W2安装于卡盘2a和3a。进一步地，第一工件W1以摩擦焊接转速A1旋转，并且第一固持基座2移动至第二固持基座3。这种状况下，通过用于检测第一固持基座2的位置检测构件和定时器测量第一固持基座2的位置和时间，并且测量数据由存储构件(诸如磁盘驱动器或闪存等)连续存储。随后，通过压紧工件Wl和W2执行摩擦步骤，在时间段T1过去后，第一工件Wl侧被限制旋转。同时，第二工件W2侧变成自由状态(参考图3)。这种情形下，检测第二工件W2转速的传感器测量工件W2的转速，并且测量数据由存储装置连续存储。第二工件W2在时间段T2期间加速，在转速变成与第一工件Wl相同的转速(A2)之后开始减速，并在时间段T2+T3过去后停止。接下来，控制装置7指定牢固结合时间。牢固结合时间是工件W2加速后减速的时间点。通过控制装置7从存储在存储构件中的工件W2的转速和时间数据计算出牢固结合时间。进一步地，控制装置7从固持基座2的位置和时间数据(存储在存储构件中)计算出在时间段T4(在牢固结合时间前后)移动固持基座2的量，并且该移动量可用来判断缩进量。进一步地，如图3所示，缩进量产生于牢固结合时间前后，且缩进量为判断工件W1和W2的结合的真实值。进一步地，通过工件W1和W2的尺寸和材料确定T4，并且控制装置7基于预先存储于存储装置的T4计算出缩进量。接下来,控制装置7判断计算出的缩进量是否落在预定值的范围内。例如，判断缩进量是否落在0.1至lmm或0.05至lmm的范围内。当缩进量大于最小预定值(例如0.1或0.05mm)时，判断工件W1和W2充分结合，当缩进量小于最大预定值(例如lmm)时，判断摩擦焊接中毛刺相当小。从而，控制装置7判断摩擦焊接的可接受性。如上所述，(通过控制装置7)判断牢固地附接或结合该对工件Wl和W2的牢固结合时间(例如T4)前后的缩进量大于预定值，从而确定工件Wl和W2可接受的结合标准(质量控制步骤)。同时，在
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中，公知一种控制缩进量以充分执行工件之间结合的方法(参考日本特开专利公报No.H03-268884)。这种情形下，缩进量通过移动工件的量来控制，工件由于发热而热膨胀，因此，要通过增加校正量来执行控制。另一方面，根据本实施方式的摩擦焊接方法，缩进量很小，因此不易测量缩进量。然而，虽然可通过测量在摩擦焊接中移动工件Wl的量提供缩进量，但是工件W1和W2由于摩擦焊接中的压紧力而弹性变形，进一步由于摩擦热而热膨胀。因此，不易测量缩进量。与此相反，发明人已发现在根据本实施方式的摩擦焊接方法的情况下，结合工件Wl和W2所需的实际缩进量在工件Wl和W2的牢固结合时间前后的短时间段T4内产生。进一步地，根据该实施方式，在牢固结合时间前后的时间段T4测量缩进量。因此，可在较短时间内测量缩进量，从而摩擦焊接中工件Wl和W2的弹性变形和热膨胀导致的影响可忽略不计，并且可精确地测量缩进量。这样，可精确地判断工件Wl和W2之间摩擦焊接的可接受性。进一步地，无需冷却工件W1和W2或执行断裂试验就可得出工件Wl和W2结合的判断，因此可迅速而简单地判断结合工件Wl和W2的可接受性。进一步地，在镦锻步骤，限制工件W1的旋转，并使工件W2进入可自由旋转的状态。进一步地，控制装置7指定工件W2从加速变成减速的时间点作为牢固结合时间(基于来自测量处于自由状态的工件W2的转速的传感器的检测信号)。因此，牢固结合时间可通过位于自由状态侧的工件W2的速度变化指定。因此，可简单且稳定地提供牢固结合时间。进一步地，可从实验结果预测牢固结合时间为以上指定的时间。将利用以下表格解释本发明的示例。通过在表l的试验条件所示的条件下执行摩擦焊接形成试件。进一步地，第一工件W1的结合部分的直径和第二工件W2保持相同，并且所有材料均为实心柱体的S15C。进一步地，"LHI"表示LHI方法，"制动"表示普通制动式摩擦焊接方法。(表l)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>对各试件的拉伸强度和缩进量进行评价。评价结果在表2中示出。进一步地，"HAZ部分"为受集中在结合面上的热影响的部分。进一步地，表2的缩进量为图3的时间段T1至T3之间的缩进量，并且不像稍后解释的表3的缩进量那样只是图3的时间段T4内的缩进量。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>从表2推测序号1和2中镦锻压力P2不足。进一步地，推测序号3中摩擦步骤时间段Tl不足并且加热不充分。在其它试件中，可知摩擦焊接完成并且缩进量小(亦即，出现的毛刺可忽略不计)同时强度与LHI方法、制动式摩擦方法的那些相当。进一步地，在所有序号1至9中，在摩擦步骤的缩进量大致为零或者很小。另一方面，采用LHI方法和制动式摩擦方法时在摩擦步骤的缩进量分别为0.8mm、4.0mm。进一步地，从表l可知序号9的圆周速度为2.9m/s,序号1至8的圆周速度为4.4m/s，而在2m/s至5m/s的圆周速度的范围内结合是可接受的。从上述结果可确认，观察用本方法进行摩擦焊接的工件，则可发现毛刺比用
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的方法进行焊接的毛刺小。进一步地，执行拉伸试验,则可确认工件已充分结合。进一步地，准备好表3所示的试件，并且也在表3所示的试验条件下执行摩擦焊接。工件Wl和W2(其为试件)的材料为S15C或S55C。工件Wl和W2结合部分的形状保持相同，并且是实心圆杆或中空圆杆，序号12、15的中空试件的外径为24mm，壁厚为3.5mm。表3的T0是从工件Wl和W2互相接触的时间至开始施加推力P0的时间段。Tl是开始施加压紧力Pl至开始施加镦锻压力P2的时间段。表3中的C.S.代表试件的圆周速度。表中的R.E.代表评价结果。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>对于各试件，测量缩进量u,即测量在牢固结合时间前后的时间段T4的缩进量U,并汇总于表3中。接下来，在摩擦焊接后，对各试件进行拉伸试验，并通过断裂部分评价结合的可接受性。评价结合时，如果断裂部分暴露于HAZ部分，则结合是不可接受的，如果断裂部分位于基座构件的部分而非HAZ部分，则判定结合是可接受的。从缩进量U和结合的评价结果可知，当缩进量U等于或大于O.lmm时，优选地等于或大于1.3mm时，结合是可接受的。进一步地，本摩擦焊接方法是一种减少缩进量从而减少毛刺的方法。因此，优选地确定缩进量U的上限，例如确定上限值为lmm，并且在大于上限时判定生产故障。进一步地，可确认根据表3的各试件，所有缩进量U的上限值等于或小于lmm，并且毛刺也相当小。进一步可知，优选的是，在表1和表3所示的试件中，从减少毛刺出现的角度看，如果为实心圆杆，则摩擦焊接中优选的速度为等于或大于2m/s，如果为中空圓杆，则优选的速度为等于或大于8m/s。尽管已参考特定构造说明本发明，然而对本领域的技术人员而言显而易见的是，在不偏离本发明范围的前提下可作出各种替代、改型和变型。相应地，本发明旨在涵盖所有此类落在所附权利要求书的精神和范围之内的替代、改型和变型。例如，本发明不应限于其典型构造，而可寸务改如下。上述构造中，在限制第一工件Wl旋转的同时通过控制马达(伺服马达)5a将第二工件W2设为进入可自由旋转的状态。然而，可在限制旋转的同时通过控制马达5a使第二工件W2沿着与第一工件Wl相同的方向旋转，从而强制旋转第二工件W2。其结果是，第一工件W1开始减速，第二工件W2开始随第一工件Wl主动旋转，此后，工件W1和W2之间的相对旋转变为零。因此，工件Wl和W2之间的相对旋转在短时间内变为零。这样，在该对工件Wl和W2之间产生的扭力变小，并且扭力引起的毛刺变小。上述构造中，摩擦焊接装置具有用于旋转第一工件Wl的主轴马达4a作为在摩擦步骤使工件Wl和W2相对旋转的旋转装置。然而，该摩擦焊接装置可具有用于旋转第二工件W2的马达(或类似物)作为旋转装置，或者用于在摩擦步骤使第一工件Wl和第二工件W2靠着彼此旋转的马达(或类似物)。上述构造中，在限制旋转的同时施加镦锻压力P2。然而，也可在限制旋转之后、在预定的时间段过去后并在第一工件Wl和第二工件W2的相对旋转变为零之前施加镦锻压力P2。上述构造中，将第二工件W2从加速改为减速的时间点指定为牢固结合时间。然而，牢固结合时间也可由以下时间指定从通过控制装置限制第一工件Wl侧的旋转并使第二工件W2进入自由状态的时间开始经过的预定的时间段。进一步地，该预定的时间段可预先存储在存储构件中。上述构造中，可增加质量控制步骤以便在缩进量u小于下限值(例如0.03mm)时设定为生产故障。进一步地，对于下限值来说，优选的是当缩进量U小于特定值时，将该特定值设为缩进量的下限值，该特定值是通过实验等计算出工件Wl和W2非充分结合时的值。可增加质量控制步骤以便当开始限制工件的旋转后在预定时间内的缩进量U大于零或者大于预定值时设定为生产故障。设定开始限制后的预定时间以构成从开始限制的时间点至预计出现实际缩进量的时间点的时间范围。其原因在于，当缩进量在产生实际缩进量之前产生时，预计缩进量变得过大并出现过多毛刺。可增加质量控制步骤以便当从开始限制工件旋转至牢固结合工件的时间段超过预定时间时设定为生产故障。据此，判定不合格的原因在于，当未在预测的时间段内形成牢固结合时，预计在加工中未按预期进行充分摩擦。可增加质量控制步骤以便当停止主轴之前(停止旋转第一工件Wl之前)预定时间内的缩进量大于上限值时设定为生产故障。其原因在于如果缩进量大于上限值，则毛刺更大。上述构造中，牢固结合工件Wl和W2的牢固结合时间是指定的，并且判断缩进量(在牢固结合时间前后的预定时间内)是否大于预定值。然而，也可在不计算出牢固结合时间的情况下设定预计牢固结合或连接的时间前后的预定时间，并且当在该预定时间的缩进量大于上限值时判定生产故障。根据上述构造，第二工件W2在镦锻步骤进入自由状态。然而，第二工件W2也可在镦锻步骤保持在不可旋转的状态(简单ML方法)。、JU丄±_、r~r~jMt敏—+htT(ll.人iri*t,，坊、、t^AA厶n_Ufcjf^<近7TT'IT'Air，祖市'J承且/丞T7T照「WJ矛一J~TTVY1々尺^tf、JH,j|_|,K、，工件Wl停止旋转的时间点计算并指定牢固结合时间。例如，计算出旋转限制时间和旋转停止时间中间的时间点并将其指定为牢固结合时间。因此，可通过位于旋转侧的工件Wl的状态指定牢固结合时间，从而可简单并稳定地提供牢固结合时间。进一步地，可从实验结果预测牢固结合时间可构成所述指定时间。由以下方法构成而替代上述方法构造开始限制工件旋转后经过的预定时间段的方法。进一步地，所述预定时间可预先存储在存储构件中。在简单ML方法中指定牢固结合时间的方法可由以下方法构成而替代上述方法通过工件Wl和W2之间的扭矩指定牢固结合时间的方法。例如，可构成这样一种方法由扭矩传感器测量旋转第一工件Wl的扭矩，将扭矩值连续存储在存储构件中，并由控制装置指定扭矩峰值的时间作为牢固结合时间。简单ML方法中指定牢固结合时间的方法可由以下方法构成而替代上述方法通过测量在固定侧的工件(上述构造中为W2)的传输扭矩指定牢固结合时间的方法。例如，可构成这样一种方法由扭矩传感器测量传输至第二工件W2的扭矩，由存储构件连续存储扭矩值，并由控制装置指定扭矩峰值的时间作为牢固结合时间。权利要求1.一种摩擦焊接方法，在使一对工件(W1，W2)相对彼此旋转的同时压紧该对工件(W1，W2)，包括摩擦步骤，用于在使该对工件(W1，W2)相对旋转的同时通过压紧该对工件(W1，W2)产生摩擦热；以及镦锻步骤，其开始于在所述摩擦步骤中该对工件(W1，W2)产生缩进量之前，限制该对工件(W1，W2)相对彼此旋转，并在该对工件(W1，W2)之间施加镦锻压力。2.如权利要求l所述的摩擦焊接方法，其中，通过相对旋转速度执行所述摩擦步骤以便至少在工件外周部不产生积屑。3.如权利要求1或2中任一项所述的摩擦焊接方法，其中，一侧的所述工件(Wl)旋转，而另一侧的所述工件(W2)保持在不可旋转的状态，并且在所述镦锻步骤，对所述一侧的所述旋转的工件(Wl)施加制动，并且使所述另一侧的所述工件(W2)进入能够自由旋转的状态。4.如权利要求1或2中任一项所述的摩擦焊接方法，其中，一侧的所述工件(Wl)旋转，而另一侧的所述工件(W2)保持在不可旋转的状态，并且在所述镦锻步骤，对所述一侧的所述旋转的工件(Wl)施加制动，所述另一侧的所述工件(W2)沿着与所述一侧的所述工件(Wl)相同的方向旋转。5.如权利要求1或2中任一项所述的摩擦焊接方法，其中，将该对工件(Wl，W2)在所述摩擦步骤的相对旋转速度设在3300至1000rpm，并且将在所述摩擦步骤压紧该对工件(Wl,W2)的压力设在5至10MPa。6.如权利要求5所述的摩擦焊接方法，其中，在所述镦锻步骤将镦锻压力设在10至30MPa。7.如权利要求1或2中任一项所述的摩擦焊接方法，其中，将该对工件(W1，W2)在所述摩擦步骤的相对圆周速度设在2至9m/s,并且将在所述摩擦步骤压紧该对工件(Wl，W2)的压力设在5至40MPa。8.如权利要求7所述的摩擦焊接方法，其中，在所述镦锻步骤将镦锻压力设在10至30MPa。9.如权利要求1或2中任一项所述的摩擦焊接方法，进一步包括经由控制装置(7)判断该对工件(Wl,W2)在牢固结合时间前后的缩进量是否大于所述控制装置设定的值的质量控制步骤。10.如权利要求9所述的摩擦焊接方法，其中，一侧的所述工件(Wl)旋转，而另一侧的所述工件(W2)保持在不可旋转的状态，并且在所述镦锻步骤，对所述一侧的所述旋转的工件(Wl)施加制动，并且使所述另一侧的所述工件(W2)进入能够自由旋转的状态，并且所述控制装置(7)基于来自测量进入所述自由状态的所述工件(W2)的转速的传感器的检测信号将所述另一侧的所述工件(W2)从加速开始减速的时间点设为牢固结合时间。11.如权利要求9所述的摩擦焊接方法，其中，一侧的所述工件(Wl)旋转，而另一侧的所述工件(W2)保持在不可旋转的状态，并且在所述镦锻步骤，对所述一侧的所述旋转的工件(Wl)施加制动，并且使所述另一侧的所述工件(W2)保持在不可旋转的状态，并且所述控制装置(7)基于限制旋转的时间点和所述旋转的工件(Wl)停止旋转的时间点来计算和设定牢固结合时间。12.—种摩擦焊接装置(1)，包括旋转装置(4)，其能够使第一工件(Wl)和第二工件(W2)相对旋转；推力机构(6a)，其能够沿彼此相向的方向进给所述第一工件和所述第二工件(wi,W2);以及控制装置(7);其中所述控制装置(7)能够在所述第一工件和所述第二工件(Wl，W2)彼此接触后的设定时间后限制所述第一工件和所述第二工件(Wl,W2)之间的相对旋转，并且所述控制装置(7)能够通过所述推力机构(6a)在所述第一工件和所述第二工件(Wl，W2)之间施加镦锻压力，并且所述设定时间设为在所述第一工件和所述第二工件(Wl,W2)之间产生缩进量之前的时间。13.如权利要求12所述的摩擦焊接装置(1)，进一步包括第一固持基座(2)，其能够以可旋转的方式固持所述第一工件(Wl);第二固持基座(3)，其能够以可旋转的方式固持所述第二工件(W2);以及伺服马达(5a)，其能够相对于所述第二固持基座(3)以可释放的方式固持所述第二工件(W2);其中所述旋转装置(4)能够使所述第一工件(Wl)相对于所述第一固持基座(2)旋转，所述第一工件(Wl)的旋转能够由所述控制装置(7)限制，并且在限制所述第一工件(Wl)旋转的过程中，所述第二工件(W2)处于可由所述伺服马达(5a)自由旋转的状态。14.如权利要求12所述的摩擦焊接装置(1)，进一步包括第一固持基座(2)，其能够以可旋转的方式固持所述第一工件(Wl);第二固持基座(3),其能够以可旋转的方式固持所述第二工件(W2);以及伺服马达(5a)，其能够相对于所述第二固持基座(3)旋转所述第二工件(W2);其中所述旋转装置(4)能够使所述第一工件(Wl)相对于所述第一固持基座(2)旋转，所述第一工件(Wl)的旋转能够由所述控制装置(7)限制，并且在限制所述第一工件(Wl)旋转的过程中，通过控制所述伺服马达(5a)沿与所述第一工件(Wl)相同的方向施加力强行使所述第二工件(W2)从保持其位置的状态旋转。15.如权利要求12至14中任一项所述的摩擦焊接装置(1)，其中所述控制装置(7)设定牢固结合时间以使所述第一工件和所述第二工件(W1，W2)牢固结合，并判断在所述牢固结合前后的预定时间所述第一工件和所述第二工件(Wl，W2)之间的缩进量是否大于预定值。全文摘要本发明的一个方面包括一种摩擦焊接方法，其具有摩擦步骤，用于在使一对工件(W1，W2)相对旋转的同时通过压紧该对工件(W1，W2)产生摩擦热；以及镦锻步骤，其开始于在摩擦步骤在该对工件(W1，W2)产生缩进量之前，限制该对工件(W1，W2)相对彼此旋转并在该对工件(W1，W2)之间施加镦锻压力。文档编号B23K20/12GK101524783SQ20091012637公开日2009年9月9日申请日期2009年3月5日优先权日2008年3月5日发明者川浦广一,松林哲也,水谷明申请人:株式会社丰田自动织机;泉美工业株式会社