摩擦搅拌接合用工具的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具备探头(13)与保持架(16)的摩擦搅拌接合用工具(10)。在前端具有销部(11)的探头(13)在基部具有探头侧凸部(24)以及探头侧凹部(25)。保持架(16)在前端具有与探头侧凸部(24)嵌合的保持架侧凹部(27)以及与探头侧凹部(25)嵌合的保持架侧凸部(28)。对探头(13)施加的外力从探头侧凸部(24)向保持架侧凹部(27)传递并且从探头侧凹部(25)向保持架侧凸部(28)传递。
【专利说明】摩擦搅拌接合用工具
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于摩擦搅拌接合的工具的改良。
【背景技术】
[0002]作为接合法的一种存在有摩擦搅拌接合法。摩擦搅拌接合法为使销部以高速旋转而通过产生的摩擦热使被接合件塑性流动从而实现均匀化的接合法。在该接合中使用由具有销部的探头、将该探头保持的保持架构成的工具。由于探头消耗导致探头的更换频率提高，因此期望容易相对于保持架更换探头。
[0003]作为使探头可拆装地安装在保持架中的摩擦搅拌接合用工具，例如，已知专利文献I中公开的摩擦搅拌接合用工具。图8示出了专利文献I中公开的摩擦搅拌接合用工具的剖面。
[0004]参照图8，工具100由如下的构件构成，即，具有纵向孔101的保持架102、从下插入纵向孔101的探头103、为了固定该探头103而拧入保持架102并以前端面按压探头103的固定螺栓104。
[0005]当以高速旋转保 持架102时,探头103以高速旋转,从而实施摩擦搅拌接合。接合作业中，由于对探头103施加有微小振动等外力，因此固定螺栓104松弛。因此，需要频繁地加固固定螺栓104。其结果为，作业效率下降，对生产性造成影响。而且，在接合作业中对探头103施加有过负荷时，反而固定螺栓104过度紧固，有时也会发生在更换作业时难以拆卸的情况。
[0006]因此，在要求生产性提高的情况下，期望一种如能够防止固定螺栓的松弛、过度紧固的摩擦搅拌接合用工具。
[0007]【在先技术文献】
[0008]【专利文献】
[0009]专利文献1:日本特开2008-36664号公报
【发明内容】
[0010]【发明要解决的课题】
[0011]本发明的课题为提供一种能够防止固定螺栓的松弛、过度紧固的摩擦搅拌接合用工具。
[0012]【用于解决课题的手段】
[0013]根据权利要求1所涉及的发明，提供一种摩擦搅拌接合用工具，其为通过使销部以高速旋转而产生的摩擦热使被接合件塑性流动而接合的摩擦搅拌接合用工具，所述摩擦搅拌接合用工具的特征在于，具备:探头，其在前端具有所述销部，在基部具有探头侧凸部以及探头侧凹部且具有内螺纹部；柱状的保持架，其在前端具有与所述探头侧凸部嵌合的保持架侧凹部以及与所述探头侧凹部嵌合的保持架侧凸部，且在轴中心具有贯通孔；螺栓，其穿过所述贯通孔，且在前端具有拧入所述内螺纹的外螺纹部，并且，该螺栓将所述探头保持在所述保持架的前部。
[0014]在权利要求2所涉及的发明中，优选采取如下的方式，即，所述摩擦搅拌接合用工具还具备夹设于所述保持架的前端与所述探头的基部之间的中空状的顶销，所述探头的轴中心通过所述顶销与所述保持架的轴中心重合。
[0015]在权利要求3所涉及的发明中，优选采取如下的方式，即，所述探头由比所述保持架的回火温度高的材料构成。
[0016]在权利要求4所涉及的发明中，优选采取如下的方式，即，所述回火温度高的材料由镍基合金构成。
[0017]【发明效果】
[0018]在权利要求1所涉及的发明中，对探头施加的外力从探头侧凸部向保持架侧凹部传递并且从探头侧凹部向保持架侧凸部传递。即，对探头施加的外力几乎不向螺栓传递。其结果为，无需担心螺纹结合松弛或过度紧固。
[0019]在权利要求2所涉及的发明中，通过顶销使探头的轴中心与保持架的轴中心重合。在对保持架实施探头更换时，由于由顶销进行定心，因此探头的更换作业变得容易，而能够提高作业性。
[0020]在权利要求3所涉及的发明中，由比保持架的回火温度高的材料制作探头。探头变得高温，然而通过由比探头的回火温度高的材料制作，能够延长寿命进而能够减少更换频率因此能够提高生产性。另一方面，保持架不会变得像探头那样高温。因此，由回火温度较低的材料制作保持架 。从而能够降低保持架的材料费。
[0021]在权利要求4所涉及的发明中，回火温度高的材料采用镍基合金。回火温度高的材料也可以采用钴基合金，然而镍基合金的寿命更长。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明所涉及的摩擦搅拌接合用工具的分解图。
[0023]图2是将图1所示出的摩擦搅拌接合用工具的前端部分放大的立体图。
[0024]图3 (a)是沿着图2的3a_3a线的向视图，图3(b)为沿着图2的3b_3b线的向视图。
[0025]图4是图1所示的摩擦搅拌接合用工具的剖视图。
[0026]图5是摩擦搅拌接合用工具的作用图。
[0027]图6是表示探头的更换顺序的图。
[0028]图7是比较由实验得到的接合长度的坐标图。
[0029]图8是以往的摩擦搅拌接合用工具的剖视图。
【具体实施方式】
[0030]以下，根据附上的附图详细说明本发明的优选的实施例。
[0031]实施例
[0032]如图1所示，摩擦搅拌接合用工具10由如下的构件构成，即，在前端具有销部11在基部具有内螺纹部12的探头13、在轴中心具有贯通孔15的柱状的保持架16、穿过贯通孔15且在前端具有拧入内螺纹部12的外螺纹部17的螺栓18、夹设于保持架16的前端与探头13的基部之间的中空状的顶销19。
[0033]顶销19的外径被精加工。在保持架16的前端设置有保持架侧销收纳部21，而该保持架侧销收纳部21与顶销19的外径相对应而被精加工。在探头13的基部也设置有探头侧销收纳部22，该探头侧销收纳部22与顶销19的外径相对应而被精加工。
[0034]当顶销19嵌入保持架侧销收纳部21时，顶销19的轴中心与保持架16的轴中心良好地重合。当探头侧销收纳部22嵌在该顶销19上时，探头13的轴中心与顶销19的轴中心良好地重合。即,通过顶销19，使得探头13的轴中心与顶销19的轴中心良好地重合。
[0035]探头13、保持架16、螺栓18、顶销19互为分体部件。因此，能够相互自由地选择它们的材质。其中，由于探头13的销部11与被接合件32 (参照图5)接触而变得高温，因此必须要求高回火温度。其理由如下文所述。
[0036]回火为用于对脆钢赋予韧性等而进行的热处理的一种。每种材质的最佳的回火温度固定。当以最佳的回火温度以外的温度实施回火时，引发回火脆性，从而导致脆性破坏的危险性增加。
[0037]铝合金彼此的接合部的温度为400?500°C。但是，在销部被插入时，推断可以暂时达到这以上的温度。假设探头的最佳的回火温度为560°C。另外，当销部被插入时探头可能暂时超过560°C。于是，存在探头不理想的温度而被回火的可能性。其结果为，增大了探头机械地破坏的危险性。
[0038]若以550°C优选如超过560°C的高回火温度的材料制作探头，则不会引起回火，也不必担心因不理想的温度而被回火。因此，优选由比保持架的回火温度高的材料制作探头。
[0039]由于保持架16与顶销19相对低温，因此能够以较低品级的材料制作。
[0040]要求高回火温度的探头13适合使用镍基合金、钴基合金。但是，根据后述的实验，从寿命角度出发镍基合金较为优良。而不要求高回火温度的保持架16适合使用合金工具钢。而且，螺栓18适合使用富于耐热性的奥氏体系不锈钢。顶销19适合使用马氏体系不锈钢。
[0041]如图2所示，在前端具有销部11的探头13在基部(后部、后端)具有多个探头侧凸部24以及多个探头侧凹部25。保持架16在前端具有与探头侧凸部24嵌合的多个保持架侧凹部27以及与探头侧凹部25嵌合的多个保持架侧凸部28。
[0042]如图3 (a)所示，保持架16具有三个直线状的保持架侧凸部28，并且具有三个扇形的保持架侧凹部27。即，保持架侧凸部28以120°间距等间隔地设置。保持架侧凹部27设置在相邻的保持架侧凸部28、28之间。
[0043]如图3 (b)所示，探头13具有三个直线状的探头侧凹部25，并且具有三个扇形的探头侧凸部24。S卩，探头侧凹部25以120°间距等间隔地设置。探头侧凸部24设置在相邻的探头侧凹部25、25之间。直线状的保持架侧凸部28与直线状的探头侧凹部25嵌合，扇形的保持架侧凹部27与扇形的保持架侧凸部28嵌合。
[0044]在本实施例中将个数设置为3个,也可以为2个或4个以上。但是,为了避免伴随着旋转的共振，而期望采用如3、5、7之类的奇数。3个为奇数(除了 I以外。)的最小值。由于机械加工成本受到凹凸的数量的影响，因此三个为最佳。而且，也可以使凹凸颠倒地进行设置，即，将保持架侧凸部28变更为凹部，将探头侧凹部25变更为凸部。
[0045]如图2所示，在将探头13安装在保持架16上后，施加于探头13的旋转力通过探头侧凸部24的侧面24a与保持架侧凹部27的侧壁27a的抵接而受到支承。而且，施加于探头13的轴向力通过探头侧凸部24的前表面24b与保持架侧凹部27的底27b的抵接而受到支承。
[0046]在将探头侧凸部24嵌合在保持架侧凹部27，将探头侧凹部25嵌合在保持架侧凸部28上后，如图4所示，使螺栓18通过贯通孔15，并将前端的外螺纹部17拧入内螺纹部
12。螺栓18的螺栓头18a抵靠在保持架16的后端。由此不用担心探头13从保持架16脱落。
[0047]接下来，根据图5说明摩擦搅拌接合法的原理。
[0048]如图5所示，使被接合件32与被接合件31重叠。然后，使保持架16以及探头13以高速向例如X方向旋转。因销部11与被接合件31、32的摩擦热使得被接合件31、32的一部分熔化。其结果为，销部11被插入被接合件32，通过该销部11将熔融金属搅拌而使其均匀化。通过使保持架16以及探头13 —边旋转一边向Y方向移动，能够将被接合件31与被接合件32接合。
[0049]在该接合作业中，如图2所说明的那样，施加于探头13的旋转力通过探头侧凸部24的侧面24a与保持架侧凹部27的侧壁27a的抵接而受到支承。而且，施加于探头13的轴向力通过探头侧凸部24的前表面24b与保持架侧凹部27的底27b的抵接而受到支承。外力(轴向力以及旋转力)几乎不作用于图3所示的螺栓18。
[0050]如图5所示，探头13在高温下与被接合件31、32接触，因此发生磨损。从而，寿命终结的探头13需要更换成新的探头13。根据图6在下文中说明其更换顺序。
[0051]如图6 (a)所示，从保持架16拆卸螺栓18。接下来，从保持架16拆卸使用完的探头13。由于仅使图3所示的探头侧凸部24嵌入保持架侧凹部27，使保持架侧凸部28嵌入探头侧凹部25，因此，在图6 (a)中，能够容易从保持架16分离使用完的探头13。
[0052]接下来，如图6(b)所示，使新的探头13与保持架16对合。由于仅使图3所示的探头侧凸部24嵌入保持架侧凹部27，使保持架侧凸部28嵌入探头侧凹部25，因此，在图6 (b)中，能够容易将新的探头13安装在保持架16。接下来，如图6(c)所示，通过螺栓18使探头13不能从保持架16脱落。
[0053]在图6(b)中，仅通过使探头13嵌入顶销19，便能够使探头13的轴心与保持架16的轴心重合。通过在保持架16的前端一体形成圆筒突起，能够省略顶销19。但是，在考虑到想要使圆筒突起的材质与保持架16不同时，建议像本实施例那样使用顶销19。
[0054]接着，在下面叙述本发明的实验例。本发明并不限定于实验例。
[0055](实验例)
[0056]通用备件:
[0057]试样:重叠长度300mmX宽度IOOmm的3mm厚的铝合金(JIS ADC3相当品)与2mm厚的270MPa级镀镓钢板(JIS G3302)，并按照以下的条件进行焊接。
[0058]探头的旋转速度:每分钟1000转
[0059]探头的进给速度:每分钟500mm
[0060]探头的加压力:1000~I5OOkN[0061]保持架的材质:日立金属工具(株)生产DAC55(JIS_SKD61(合金工具钢)改良品° )[0062]紧固件:SUS304螺栓
[0063]顶销的材质:SUS420
[0064]援头:
[0065]销部的尺寸:直径7mmX长度3.2mm
[0066]材质:用于实验01，由高硬度的高速工具钢制作探头。
[0067]用于实验02，由可以期待耐热性、高温强度的钴基合金制作探头。用于实验03，由耐热性、耐蠕变性高的镍基合金制作探头。详细的组成(质量％ )如表1所示。
[0068]实骀项目:
[0069]直到销部磨损相当于10%的长度为止的接合长度或直到销部缺损为止的接合长度。
[0070]以较短方作为评价对象，结果如表1所示。
【权利要求】
1.一种摩擦搅拌接合用工具，其为通过使销部以高速旋转而产生的摩擦热使被接合件塑性流动而接合的摩擦搅拌接合用工具，所述摩擦搅拌接合用工具的特征在于，具备: 探头，其在前端具有所述销部，在基部具有探头侧凸部以及探头侧凹部且具有内螺纹部; 柱状的保持架，其在前端具有与所述探头侧凸部嵌合的保持架侧凹部以及与所述探头侧凹部嵌合的保持架侧凸部，且在轴中心具有贯通孔； 螺栓，其穿过所述贯通孔，且在前端具有拧入所述内螺纹的外螺纹部，并且，该螺栓将所述探头保持在所述保持架的前部。
2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合用工具，其中， 所述摩擦搅拌接合用工具还具备夹设于所述保持架的前端与所述探头的基部之间的中空状的顶销，所述探头的轴中心通过所述顶销与所述保持架的轴中心重合。
3.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合用工具，其中， 所述探头由比所述保持架的回火温度高的材料构成。
4.如权利要求3所述的摩擦搅拌接合用工具，其中， 所述回火温度高的材料由镍基合金构成。
【文档编号】B23K20/12GK103764333SQ201280040971
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2011年8月21日
【发明者】宫原哲也, 佐山满, 大浜彰介, 福永大辅, 松藤裕之 申请人:本田技研工业株式会社, 株式会社佐贺铁工所