专利名称：结构体的制作方法和结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过摩擦搅拌连接将挤压型材连接，来制作结构体例如车辆的方法。
背景技术：
如特开平9-309164号公开(EP-0797043A2)所示，摩擦搅拌连接方法是使插入连接部的圆棒(称作转动体)转动，并沿连接线移动，使连接部发热并软化，成塑性流动，冷却固化而连接的方法。转动体由插入连接部的小直径部和位于外部的大直径部构成。大小直径部同轴。对大直径部侧驱动使其作转动。小直径部和大直径部的边界局部插入到连接部内。由摩擦搅拌连接方法进行的连接适用于对接部、重叠部。
如上述现有技术的图7所示，在被连接部件的连接部处设计向转动体侧突出的突出部，而使该部分连接。
特公平6-45340号公报披露了铁路车辆的制作方法。在铁路车辆的制作中，通过焊接铝合金挤压型材来制作车体。挤压型材在其面板的一个表面上设有多个筋条，把没有筋条的那一面朝下地放置于操作台上，从筋条侧进行熔接。这种熔接会在内侧产生焊缝。
因为使没有筋条的一侧朝着车体的外侧，所以要对上述相反侧的焊缝切削使其光滑。其次，对上述外侧进行细磨(hairline)加工。若需要，还要进行透明喷漆。或者，切削焊缝后，涂抹腻子，进行喷漆。
在以熔接制作车体的方法中，由于必须对车体外侧的焊缝进行切削，所以加工步骤增多。另外，由于要进行焊接，因此，材料温度极高，车体会变形，装饰效果变差。在不向车体喷漆，以细磨加工方式最后完成加工时，肉眼能够观察到熔接部位的焊缝，装饰效果极差。该焊缝宽度不同，有时看上去呈弯曲状。如上理由导致装饰效果差。在细磨加工后进行透明喷漆的情况也一样。
本发明的目的在于利用摩擦搅拌连接方法制作装饰效果较好的车体等的结构体。
上述目的按如下方式完成使二个部件的面板的端部彼此对接，只从一个表面侧对面板的端部彼此进行摩擦搅拌连接，对进行了上述摩擦搅拌连接侧的相反侧的表面，进行抛光研磨或喷砂加工或涂漆，把该表面加工成结构体的外表面。
附图的简单说明
图1是本发明一实施例的摩擦搅拌连接接头的纵断面图。
图2是摩擦搅拌连接后的接头的纵断面图。
符号说明20-转动体，30-连接焊缝，40-操作台，100-挤压型材，101-面板，102-突出部，105-筋条。
实施本发明的最佳形式根据图1至图2说明本发明的一个实施例。该例是适用于铁路车辆的车体上的情况。被连接部件是金属部件，例如，铝合金制的挤压型材100。通过连接多个型材100，就能构成铁路车辆车体的车身侧面构件，车顶构件，端部构件和底盘构件。在形成车身侧面构件，车顶构件和底盘构件的情况下，型材100的最大长度是与车体长度相同。型材100的长度方向朝着车体的长度方向。端部构件构成车体长度方向的端部。
型材100由面板101和设在该板一侧的多个筋条105构成。在筋条105的前端上设置与面板平行的板106。将多个型材连接后，在板106上焊接柱、车身弯梁、机器安装座等。对于车体的车身侧面构件，车顶构件，端部构件的情况，筋条105侧是车内侧，另一面侧是车外侧。
在型材100和型材100连接的端部上具备向筋条105侧突出的突出部102。突出部102具有一定程度的宽度和厚度。突出部102可称作为厚壁部。端部是与面板101垂直的垂直面。
在进行摩擦搅拌连接时，把多个型材100、100以筋条105侧朝上地放置到操作台40上。使型材100的端部垂直面彼此接触。在该状态下，将型材100、100限制在操作台40上。操作台40位于端部垂直面的下方。当连接时，从上方用台钳和装置向下压，将型材100、100压住在操作台40上。型材100、100端部间的间隙被压小。放置在操作台40上的型材100的数量是2个或2个以上。
在此状态下进行摩擦搅拌连接。该装置具有滚子，当连接时，上述滚子随着摩擦搅拌连接用的转动体20的移动而移动。滚子位于转动体20的移动方向的前后位置上。滚子压住突出部102、102的左右或突出部的上面。
转动体20是在一大直径圆棒的前端上设置有小直径的小直径部21的部件。转动体20的大直径部20A和小直径部21的边界20B成为向大直径部20A侧凹入的圆弧状。小直径部21是螺子。连接是这样进行的使转动体20转动，小直径部21插入部件100、100内，并沿连接线移动。转动体20的轴心相对于转动体20的移动方向，应使大直径部20A侧向后方倾斜。因此，边界20B的后端嵌入部件100、100内，而其前端位于突出部102、102上表面(图1上方)的外侧上(上方)。边界20B的后端位于突出部102、102和非突出部的面板101的外表面101C(筋条105侧的面，图1中上方)之间。上述[后端]、[前端]等以转动体20的移动方向为基准。小直径部21的前端不贯通型材100、100。小直径部21的前端位于操作台40的附近。
2个突出部102、102的上表面总宽度大于转动体20的大直径部20A的直径。2个突出部的宽度相同。转动体20的转动轴心与2个突出部的宽度中心相吻合。
虽然型材100、100的端部彼此接触着，但因型材100很长，仍存在不接触的部分。金属从突出部102、102流出填入间隙内。突出部侧102、102侧的连接焊缝30的外表面(在图2的上面)从周围的突出部102、102向内凹。连接焊缝30的外表面是接近于圆弧状，中央凹进。连接后，对通过连接得到的结构体进一步用摩擦搅拌连接或通常的焊接方式进行连接制成车体。构成车体后，对车体的外面侧的必要部位，例如，车身侧面构件，端部构件的外面进行细磨加工完成。特别，能够获得表面装饰美观的车身侧面构件。
对于摩擦搅拌连接，虽然小直径部21的前端不与操作台40接触，但小直径部21产生的影响将影响到小直径部21前端下方。金属流向2个型材100、100间的间隙。该间隙应该变小。因此，2个型材100、100在板厚方向被实质性地连接在一起。由于型材100的外表面侧(突出部102的相反侧的面，筋条105的相反侧的面，图1中下面侧)通过细磨加工，而被切削掉若干，即使有若干未连接部，但肉眼已不能察觉。即使少许金属从型材100、100的对接面的间隙处流出到面板101的外表面侧，通过细磨加工而能将它们切削掉。通过相应的作业管理，即不发生上述未连接部，上述金属不流出，在对接部的外表面侧不产生台阶，就可以不必要用其它手段进行切削。因而，能够提供通过从筋条侧进行摩擦搅拌连接，只做细磨加工的车体。
对通常焊接的情况，即使切削突出的焊缝，但因焊条材质焊缝会变色，如果进行细磨加工，焊缝就容易看见，装饰效果不好。即使焊条的材质与母材相同，焊缝也容易看见。但是由于摩擦搅拌连接不增加其它材料，且温度低，这种变色情况不易发生，连接部难以看见，可提高装饰效果。
摩擦搅拌连接形成的连接缝的宽度保持一定，且为直线，与通常的焊缝相比，其装饰效果极好。
由于摩擦搅拌连接不是融化型材，因此温度较低，可以减小连接部附近的面板的平整度变形。
由于突出部102不是作为外面侧，因此，可不对该突出部102切削，价格可更便宜。在通常焊接的情况下，由于在下面会产生焊缝(反焊缝)，必须要对进行切削。但是，若按上述实施例所示方式连接，则不需要对焊缝切削，可降低价格。
根据具体情况，之后进行透明喷漆。
细磨加工是这样的一种加工方法，即如使外表面上绕设了金刚砂布片的圆住转动，来切削面板，接着，使绕有多根线的圆柱转动再次对面板进行切削的方法。因此，这可以说是抛光研磨中的一种。也可以用抛光研磨来代替细磨加工。也可以用喷砂加工来代替。例如。可以利用玻璃钢珠进行亚光处理。
如上所述，通过摩擦搅拌连接制作车身侧面构件，端部构件，再将它们组装构成车体，在车体外面上进行抛光研磨或喷砂加工，能够提供装饰良好，价格便宜的车体。特别，易看得见的车身侧面构件应用更好。
在不需要进行透明喷漆的情况下，就不必切削焊缝，从而，可大幅度减少制作工序。这是如果与把突出部102、102侧作为车辆外表面侧的情况相比，能够非常容易理解的。
可以使从型材100的端部(突出部102)到其相邻的筋条105处的面板101的整个板厚比其它部分(例如，筋长105和筋条105之间)的面板101厚。
若摩擦搅拌连接，则连接焊缝处的板厚变薄，但如果强度足够，也可适用于无突出部的部件。当然，摩擦搅拌连接是从非外表面(例如筋条侧)处进行。
可以使2个型材100、100的对接部向筋条侧扩大方向倾斜而呈V状，但必须增大来自突出部102、102的金属移动量。另外，还可以使对接部的面板101、101的外表面侧(图1的下面侧)局部呈反V字状。
上述实施例虽然以细磨加工为前提，但也可以不采用细磨加工，而是进行通常的喷漆加工。
本实施例也适用于连接中空挤压型材，制作结构体和车体的场合。中空挤压型材如上述特开平9-309164号公报(EP0797043A2)所示，是由2块平行面板和连接两者的多个筋条构成。如现有技术的图7所示，在对接部上具有向型材外表面侧突出的突出部。突出部位于型材双方的外表面。如上述实施例，从突出部侧通过摩擦搅拌连接方式连接。连接焊缝的外表面侧位于非突出部的外侧。连接后，对成为车体外表面侧的那一突出部进行切削。切削到与面板处于同一平面内。因此，在车体的外表面侧上不存在凹凸。之后，对该表面进行细磨加工直到完成。
在这种情况下，要切削由摩擦搅拌连接形成的连接部。根据上述理由，因摩擦搅拌连接部几乎不变色，所以切削连接部后作为外表面，其装饰仍很好。
如上述特开平9-300164(EP0797043A2)号公报的图9所示，也可适用于从一侧摩擦搅拌连接中空挤压型材的场合。这种场合应使中空押出型的一个面板向相邻的中空挤压型材侧突出。从另一面板侧按上述图1及图2所示方式对该突出的面板彼此进行摩擦搅拌连接。接着，借助于第3板通过摩擦搅拌连接使另一方的面板彼此连接。对上述突出的面板的外表面侧(与进行摩擦搅拌连接的面相反的面)进行细磨加工。突出的面板的外面侧成为如上述图2所示的平坦面。
本发明的技术范围不限于专利申请范围的各权利要求记载的文字或解决问题的手段所记载的文字，而是还涉及从业者根据该构思容易变换的范围内。
本发明能够提供利用摩擦搅拌连接方法装饰效果很好的结构体。
权利要求
1．一种结构体的制造方法，其特征在于将2个部件的面板端部彼此对接，只从一个表面对上述面板的端部彼此进行摩擦搅拌连接，对与进行上述摩擦搅拌连接侧的相反侧表面进行抛光研磨或喷砂加工，将该表面做成结构体外表面。
2．根据权利要求1所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
3．根据权利要求1所述的结构体的制造方法，其特征在于上述面板在上述端部具有向上述一个表面侧突出的厚壁部，并将该厚壁部彼此对接，从上述厚壁部进行上述摩擦搅拌连接。
4．一种结构体的制造方法，其特征在于将面板的一个面上具有多个筋条的2个部件以没有上述筋条的面向下地放置到操作台上，且使上述面板的端部彼此对接，只从上述筋条侧对上述面板的端部彼此进行摩擦搅拌连接，该摩擦搅拌连接以金属不会流出到没有上述筋条的侧面下方的方式进行，对没有上述筋条的表面进行抛光研磨或喷砂加工，把该面加工成结构体的外表面。
5．根据权利要求4所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
6．一种结构体的制造方法，其特征在于将第一部件的面板的端部的突出部和第二部件的面板的端部的突出部对接，从上述突出部侧进行摩擦搅拌连接，切削上述突出部，使其与其它部位的上述面板实质上处于同一平面上，和对具有上述突出部的那侧的表面进行研磨或抛光加工，把该面加工成结构体的外表面。
7．根据权利要求6所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
8．一种结构体的制造方法，其特征在于准备好用多根筋条连接在2块面板之间的一个面板比另一面板的端部更为突出的2个部件，把上述一个面板的端部彼此对接，从上述另一面板侧对上述对接部进行摩擦搅拌连接，通过第3板连接2块上述另一侧的面板，对上述一个面板的外面侧进行抛光研磨或喷砂加工，把该外表面侧加工成结构体的外表面。
9．根据权利要求8所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
10．一种车体的制造方法，其特征在于将2个部件的面板端部彼此对接，只从一个表面对上述面板的端部彼此进行摩擦搅拌连接，对与进行上述摩擦搅拌连接侧的相反侧表面进行抛光研磨或喷砂加工，将该表面做成结构体外表面。
11．根据权利要求10所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
12．一种车体的制造方法，其特征在于将第一部件的面板的端部的突出部和第二部件的面板的端部的突出部对接，从上述突出部侧进行摩擦搅拌连接，切削上述突出部，使其与其它部位的上述面板实质上处于同一平面上，和对具有上述突出部的那侧的表面进行研磨或抛光加工，把该面加工成结构体的外表面。
13．根据权利要求12所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
14．一种车体的制造方法，其特征在于准备好用多根筋条连接在2块面板之间的一个面板比另一面板的端部更为突出的2个部件，把上述一个面板的端部彼此对接，从上述另一面板侧对上述对接部进行摩擦搅拌连接，通过第3板连接2块上述另一侧的面板，对上述一个面板的外面侧进行抛光研磨或喷砂加工，把该外表面侧加工成结构体的外表面。
15．根据权利要求14所述的结构体的制造方法，其特征在于上述抛光研磨或喷砂加工是细磨加工。
16．一种车体，其特征在于2个部件端部彼此通过摩擦搅拌连接方式连接，对由上述摩擦搅拌连接的连接部的一个表面进行抛光研磨或喷砂加工处理，该表面是结构体的外表面。
17．一种结构体，该结构体以权利要求16所述的车体为基础，上述连接部是面板和面板的对接部，上述摩擦搅拌连接从另一面侧进行。
18．一种结构体，其特征在于第一部件和第二部件是通过摩擦搅拌连接方式将第一部件和第二部件的2个面双方连接起来，上述一部件的面的连接焊缝和非连接缝是在同一平面内，该另一部件的面经抛光研磨或喷砂加工，该面是结构体的外表面。
19．一种结构体，其特征在于具有用多根筋条连接在2块面板之间的一个面板比另一面板的端部更为突出的2个部件，从面板的另一侧通过摩擦搅拌连接方式连接上述一侧的两块面板，通过第3板连接上述另一侧的2块面板，对上述一个面板的外面侧进行抛光研磨或喷砂加工，把该外表面侧加工成结构体的外表面。
20．一种车体，其特征在于2个部件端部彼此通过摩擦搅拌连接方式连接，对由上述摩擦搅拌连接的连接部的一个表面进行抛光研磨或喷砂加工处理，该表面是结构体的外表面。
21．一种车体，其特征在于第一部件和第二部件是通过摩擦搅拌连接方式将该第一部件和第二部件的2个面双方连接起来，上述一部件的面的连接焊缝和非连接缝是在同一平面内，该另一部件的面经抛光研磨或喷砂加工，该面是结构体的外表面。
22．一种结构体，其特征在于具有用多根筋条连接在2块面板之间的一个面板比另一面板的端部更为突出的2个部件，从面板的另一侧通过摩擦搅拌连接方式连接上述一侧的两块面板，通过第3板连接上述另一侧的2块面板，对上述一个面板的外面侧进行抛光研磨或喷砂加工，把该外表面侧加工成结构体的外表面。
全文摘要
本发明的目的在于在通过摩擦搅拌连接方式连接在面板的一个表面上具有筋条的车体的情况下能够提高车的装饰性能降低制作成本。具体地说,将在面板101的一侧上具有多个筋条105的多块挤压型材100以没有筋条105的表面朝下地放置在操作台40上,并使型材100,100的端部彼此对接,接着,从上方由转动体20对型材100的端部彼此进行摩擦搅拌连接,然后,对没有筋条105的那一侧进行细磨加工,制作成车体外表面。实质上,这种车体不需要对连接缝进行切削加工,可以降低成本的同时提高车体的装饰效果。
文档编号B23K20/12GK1297391SQ9980514
公开日2001年5月30日 申请日期1999年6月15日 优先权日1998年6月16日
发明者江角昌邦, 佐藤章弘, 福寄一成 申请人:株式会社日立制作所