JP5187886B2 - Protrusion formation by friction welding - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦圧接による突起部の形成に関するものである。 The present invention relates to the formation of protrusions by friction welding.
ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の軽量化を目的にアルミニウム合金やマグネシウム合金薄板が筐体などに用いられている。この筐体にはその組立や筺体に基板、モータなどの取付けるために突起部を設ける必要がある。従来、これらの突起部を形成する際には鍛造法が専ら採用されてきた。この方法は大型の機械を用いて材料の塑性加工の特性を利用するものであり、複雑な操作が必要とされる。例えば、特許文献1(特開平2−6034号公報)に記載されている凸部の形成では、ダイの凹部に対向する位置から偏心したパンチ側凸部により長さ方向及び板厚方向に塑性流動を与えて、素板材に所定形状の凸部を形成する。この方法によると、凸部の形成と同様に、凸部の反対側に必要としない凹部が必然的に形成されるという問題点があり、日経BP社刊「日経メカニカル」第2000.10.no.553号の第70〜71頁(非特許文献1)に記載によると、マグネシウム合金を押し出し鍛造すると、流れ模様が発生するなど、表面の外観品質に課題が残り、特に、高いボスを形成した場合、ボスの反対側がくぼんでしまうなどの問題点が指摘されている。
これらのことから形成すべき凸部の周囲の板材を押圧、又は更に形成すべき凸部の裏面に設けた突出部を押圧することにより、形成すべき凸部に向けて素板材の一部が塑性流動させて凸部を形成する(特許文献2、特開2002−273540号)、マグネシウム合金板材に、その厚さ方向の荷重を印加して、凸部を形成する工程を有するマグネシウム合金部品の製造方法において、前記板材表面の凸部を形成しようとする領域近傍における合金材料の流動性Aを、その裏面近傍における合金材料の流動性Bよりも、大きくなるように制御する(特許文献3 特開2004−337935)などの種々の操作が必要であることが指摘されている。
以上の方法では、塑性流動性を利用していることが理解できるが、塑性流動を利用するために種々の煩雑な細かい操作を必要とし、細かい操作をほどこしても、依然として問題点を完全に解決することが困難な状況にあり、従来の方法とは相違する突起部及び突起部の形成方法が必要とされている。
Aluminum alloy and magnesium alloy thin plates are used for housings and the like for the purpose of reducing the weight of mobile devices such as notebook computers and mobile phones. This casing needs to be provided with a protrusion for assembling or mounting a substrate, a motor, etc. on the housing. Conventionally, a forging method has been employed exclusively when forming these protrusions. This method uses the characteristics of plastic processing of a material using a large machine and requires a complicated operation. For example, in the formation of the convex portion described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-6034), the plastic flow in the length direction and the plate thickness direction is caused by the punch side convex portion eccentric from the position facing the concave portion of the die. And a convex portion having a predetermined shape is formed on the base plate material. According to this method, there is a problem that a concave portion that is not necessary is formed on the opposite side of the convex portion as in the case of the convex portion, and the Nikkei BP “Nikkei Mechanical” 2000.10. no. According to No. 553, pages 70-71 (Non-patent Document 1), when a magnesium alloy is extruded and forged, a flow pattern is generated, which causes problems in the appearance quality of the surface, especially when a high boss is formed. The problem is pointed out that the other side of the boss is recessed.
From these, by pressing the plate material around the convex portion to be formed, or by pressing the protrusion provided on the back surface of the convex portion to be further formed, a part of the base plate material is directed toward the convex portion to be formed. A projecting part is formed by plastic flow (Patent Document 2, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-273540). A magnesium alloy component having a step of forming a projecting part by applying a load in the thickness direction to a magnesium alloy sheet. In the manufacturing method, the fluidity A of the alloy material in the vicinity of the region where the projections on the surface of the plate material are to be formed is controlled to be larger than the fluidity B of the alloy material in the vicinity of the back surface (Patent Document 3) It has been pointed out that various operations such as open 2004-337935) are necessary.
Although it can be understood that plastic fluidity is used in the above method, various complicated fine operations are required to use plastic flow, and even if fine operations are performed, the problem is still completely solved. Therefore, there is a need for a protruding portion and a method for forming the protruding portion that are different from conventional methods.
前記の材料を用いる突起部の形成に際し材料の塑性流動性を利用して突起部を形成するうえで、鍛造法以外の方法としては以下の方法が候補として考えられる。
スタッド溶接を用いる場合については、筐体表面への凹みや熱影響などの問題があり、これを排除することが困難であると考えられ、現段階では有効な手段ではない。
摩擦圧接による方法では、摩擦圧接自体摩擦面の温度と回転速度の調節が必要とされ(特許文献5、特公昭52−11294号など)、板状態にフインなどを摩擦圧接により取付けようとすると、位置決めなどを考慮して振動手段を採用する(特許文献6 特開11−340392)、圧入の際の圧力調整が必要である(特許文献7 特開2006−255749号公報、特許文献8 特開2006−187778号公報、特許文献9 特開2007−105735号公報)など煩雑な操作が必要とされ、突起部の摩擦圧接により接合された部分の強度が単に一つの材料により形成されている突起部と同じレベルの強度を維持できるかどうかが問題となる。この点では有効な手段ではないと考えられる。
摩擦圧接処理は、通常、回転する中実円柱状体を板材に接触させて板材に凹み部分を形成し、凹み部分の周辺部の材料を溶融軟化させることを利用するために用いるものであり、突起部の形成に利用された事例はない。回転する中実円柱状体による凹みの周辺を溶融軟化させ、その結果により起こる塑性流動は、凹み部分の形成には有効に作用するが、この方法が直ちに突起部を形成するという適用例は考えられない。摩擦圧接処理は、回転するプローブを、板材表面を移動させることによる変形加工を行うものであり(特許文献10 特開2004−74255号公報、特許文献11 特開2005−118877号公報)、移動しない場合には単に材料中の特定部分を溶融状態に保つことにとどまる(特許文献12 特開2005−305480号公報)。
従来の方法では、単に金属板の摩擦圧接処理によって突起部を形成することは期待することはできない。
In the case of using stud welding, there are problems such as dents on the surface of the housing and thermal effects, and it is considered difficult to eliminate them, which is not an effective means at this stage.
In the friction welding method, it is necessary to adjust the temperature and rotational speed of the friction surface itself (
The friction welding process is usually used to utilize the fact that a rotating solid cylindrical body is brought into contact with a plate material to form a recessed portion in the plate material, and the material around the recessed portion is melted and softened. There is no example used for the formation of the protrusion. The plastic flow caused by melting and softening the periphery of the dent by the rotating solid cylindrical body works effectively on the formation of the dent, but there is an application example that this method forms a projection immediately. I can't. In the friction welding process, the rotating probe is deformed by moving the surface of the plate (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-74255, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-118877) and does not move. In some cases, the specific part of the material is simply kept in a molten state (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-305480).
In the conventional method, it cannot be expected that the protrusion is formed simply by the friction welding process of the metal plate.
本発明が解決しようとする課題は、摩擦圧接により得られる新規な形状の突起部及び新規な形状の突起部の新規な製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a novel shaped protrusion obtained by friction welding and a novel manufacturing method of the novel shaped protrusion.
本発明者らは鋭意前記題を解決すべく、従来の方法では用いられなかった手段を適用することにより、以外にも前記課題を解決することができた。具体的には以下の通りである。
(1)摩擦圧接処理では前記の回転する中実のプローブにより、板材表面を移動させ、プローブの外側を摩擦により塑性変形させ、それにより溶接などの加工を行うものである。中実のプローブを一点で回転させて摩擦圧接処理を行い、板材中に侵入すると、プローブの外側に接する板を溶融させて板材に塑性流動を与えることができる。
本発明者らは中実ではなく、中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を回転させながら、板材の表面から内面に向かい圧力をかけて押し込むと、これら工具は回転しながら、徐々に板材の内部に侵入し、これら工具の外側の板は溶融を起す一方、これら工具の中空円筒部内の板も、溶融し、塑性流動を起こし、前記工具の中空円筒部内側では溶融した板を盛り上がった状態で取り込み、前記工具が底面に達したところで、回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、これら工具から引き離して冷却すると、従来技術では予想されなかった、新たな形状の突起部を形成することができる。
用いる板材が一枚であった場合には、突起部は中空であり、突起部外側の頂部は比較的に平坦であり、孔を開けることができる形状であり、側壁部を有する形状となる。底部は開放状態となる。
用いる板が二枚であった場合には、前記工具の侵入を上側の板の底面に達したところで終了させると、上側の板が頂部及び側壁部を形成している中空円柱状に変形し、下側の板に前記中空円柱状の形状物が前記摩擦圧接により固定されることにより、底部を有する新たな形状の突起部を形成することができる。
いずれの突起部の頂部も中空円筒状工具の内側にそって盛り上がる結果、頂部の外側部分は環状に盛りあがった部分が形成される。
この形状の突起部は絞り加工により成形加工した場合にはこのような部分は存在せず、突起部の形状としては従来知られていない形状となる。使用に際しては、外側の形状が使用に際して適切でないと思われるときには、滑らかな形状にすることができる。又、高さなどが適当でない場合には適当な長さに切断して使用することもできる。
用いる板が一枚による突起部は、頂部に孔を開け、ねじ山を付けることにより、ねじによる固定手段として用いることができる。
用いる板が二枚による突起部は、頂部に孔を開け、ねじ山を付けることにより、ねじによる固定手段として用いることができることの他、外側にねじ山をきることにより利用することができる。
この結果、この筐体にはその組立や筺体に器具を取付けるための突起部として利用できることができる。
(2)具体的には以下のようになる。
(a)摩擦圧接処理による新規な突起部の形成及び製造方法
板(マグネシウム合金板、アルミニウム合金板、及び銅板など)の表面を、高速回転する中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具により摩擦し、板の底面にまで侵入させることにより、前記工具の中空円筒部内側に板の部分を盛り上がらせ、前記工具が底面に達したところで、回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、これら工具から引き離して冷却すると、従来技術では予想されなかった、新たな形状の突起部(図4)を得ることができる。得られた突起部は、頂部は比較的に平坦であり、側壁部を有する中空円筒状の形状となる。
盛り上がる高さは中空円筒部内側の高さ以下であり、突起部の外径は中空円筒状工具の内径より僅かに短い。頂部の外側にそって環状に盛りあがった部分が存在する。絞り加工により成形加工した場合にはこのような部分は存在しない。
突起部の外部形状や断面形状は、用いる中空円筒状工具及び段つき中空円筒状工具の形状により相違するものとなる。
(b)摩擦圧接処理による新規な底部を有する突起部の形成及び製造方法
二枚に積み重ねられている上側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板材であり、下側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄板から選ばれる板材(材料については一枚目と相違するものを用いることができる。)であり、上側の板の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を高速回転させて摩擦圧接させて、侵入すると、中空円筒状工具の中空円筒部内に向かって、上側の板材の部分が盛り上がり、上側の板は下側の板に摩擦圧接された形状の新規な形状の突起部(図6から8)を得ることができる。得られた突起部は中空であり、頂部の外側部分は環状に盛りあがった部分が存在する。絞り加工により成形加工した場合にはこのような部分は存在せず、又、底部を有するものとなり、この形状の構造体は従来知られていないものである。使用に際しては、外側の形状が使用に際して適切でないと思われるときには、滑らかな形状にすることができる。又、高さなどが適当でない場合には適当な長さに切断して使用することもできる。
突起部の高さは円筒工具の内側の高さ以下であり、突起部の外径は中空円筒状工具の内径より僅かに短い。突起部の外部形状や断面形状は、用いる中空円筒状工具の切断面により相違する。
突起部の外部形状や断面形状は、用いる中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具の形状により相違するものとなる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have been able to solve the above-mentioned problems by applying means that have not been used in the conventional method. Specifically, it is as follows.
(1) In the friction welding process, the plate material surface is moved by the rotating solid probe, and the outside of the probe is plastically deformed by friction, thereby performing processing such as welding. When the solid probe is rotated at one point to perform friction welding processing and penetrates into the plate material, the plate in contact with the outside of the probe can be melted to give plastic flow to the plate material.
The present inventors are not solid. When the hollow cylindrical tool or the stepped hollow cylindrical tool is rotated while being pressed from the surface of the plate material toward the inner surface, the tool is gradually rotated and the plate material is gradually rotated. While the outer plates of these tools melted, the plates in the hollow cylindrical portion of these tools also melted and caused plastic flow, and the molten plate was raised inside the hollow cylindrical portion of the tool. When the tool reaches the bottom surface, the rotation is stopped, and the raised part inside the hollow cylindrical part is separated from these tools and cooled, so that a protrusion with a new shape that was not expected in the prior art Can be formed.
When a single plate material is used, the protrusion is hollow, the top on the outside of the protrusion is relatively flat, can be perforated, and has a side wall. The bottom is open.
If there are two plates to be used, when the penetration of the tool is terminated when it reaches the bottom surface of the upper plate, the upper plate is deformed into a hollow cylindrical shape forming the top and side walls, When the hollow cylindrical shape is fixed to the lower plate by the friction welding, a protrusion having a new shape having a bottom can be formed.
As a result of the top of any protrusion rising along the inner side of the hollow cylindrical tool, the outer portion of the top is formed as a ring-shaped portion.
When such a protruding portion is formed by drawing, such a portion does not exist, and the shape of the protruding portion is not conventionally known. In use, a smooth shape can be achieved when the outer shape is deemed inappropriate for use. If the height is not suitable, it can be cut into an appropriate length for use.
The protrusion part by one board to be used can be used as a fixing means by a screw by making a hole in the top part and attaching a screw thread.
The projecting portion with two plates used can be used as a fixing means by a screw by making a hole in the top and attaching a screw thread, and can also be used by cutting a screw thread on the outside.
As a result, this casing can be used as a projection for attaching the instrument to the assembly or the casing.
(2) Specifically, it is as follows.
(A) Formation and manufacturing method of new protrusions by friction welding process The surface of a plate (magnesium alloy plate, aluminum alloy plate, copper plate, etc.) is rubbed with a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool rotating at high speed. Then, by intruding to the bottom surface of the plate, the plate portion is raised inside the hollow cylindrical portion of the tool, and when the tool reaches the bottom surface, the rotation is stopped, and the raised portion inside the hollow cylindrical portion is When these are separated from the tool and cooled, a protrusion having a new shape (FIG. 4), which was not expected in the prior art, can be obtained. The obtained protrusion has a relatively flat top and a hollow cylindrical shape having a side wall.
The rising height is equal to or less than the height inside the hollow cylindrical portion, and the outer diameter of the protrusion is slightly shorter than the inner diameter of the hollow cylindrical tool. There is an annularly raised portion along the outside of the top. Such a portion does not exist when molding is performed by drawing.
The external shape and cross-sectional shape of the protrusions differ depending on the shape of the hollow cylindrical tool used and the stepped hollow cylindrical tool.
(B) Method of forming and manufacturing protrusion having novel bottom by friction welding process The upper plate stacked in two sheets is a plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate, and the lower plate Is a plate material selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate, a copper plate, an aluminum plate or an iron plate (a material different from the first one can be used), and the surface of the upper plate is formed in a hollow cylindrical shape. When a tool or a stepped hollow cylindrical tool is rotated at high speed and friction-welded and enters, the upper plate part rises into the hollow cylindrical part of the hollow cylindrical tool, and the upper plate turns into the lower plate. A novel shape protrusion (FIGS. 6 to 8) having a friction welded shape can be obtained. The obtained protrusion part is hollow, and the outer part of the top part has an annularly raised part. In the case of forming by drawing, such a portion does not exist and has a bottom portion, and a structure of this shape is not conventionally known. In use, a smooth shape can be achieved when the outer shape is deemed inappropriate for use. If the height is not suitable, it can be cut into an appropriate length for use.
The height of the protrusion is equal to or less than the inner height of the cylindrical tool, and the outer diameter of the protrusion is slightly shorter than the inner diameter of the hollow cylindrical tool. The external shape and cross-sectional shape of the protrusions differ depending on the cut surface of the hollow cylindrical tool used.
The external shape and cross-sectional shape of the protrusions differ depending on the shape of the hollow cylindrical tool or stepped hollow cylindrical tool used.
本発明によれば、(1)一枚の板(マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる)の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を高速回転で摩擦圧接すると、前記工具の中空円筒部内に板が盛り上がり、新規な形状の突起部を得ることができる。この突起部形状は中空であり、頂部は比較的に平坦であり、孔を明けることができる形状である。
又、本発明によれば、二枚板(上側はマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれ、下側はマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄板から選ばれる)の上側の板の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を高速回転で摩擦圧接すると、前記工具の中空円筒部内に板の部分が盛り上がり、新規な形状の突起部を形成する。この突起部形状は中空であり、頂部は比較的に平坦であり、下側の板が底部に圧接された新規な形状の突起部を得ることができる。
前記突起部はねじ止めが可能な固定手段を提供する。
According to the present invention, (1) when the surface of a single plate (selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate) is friction-welded with a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool at high speed rotation, A plate rises in the hollow cylindrical portion of the tool, and a projection having a novel shape can be obtained. The shape of this protrusion is hollow, the top is relatively flat, and a hole can be drilled.
Further, according to the present invention, the upper side of a two-plate (the upper side is selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate, and the lower side is selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate, a copper plate, an aluminum plate or an iron plate) When a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool is friction-welded at a high speed on the surface of the plate, the plate portion rises in the hollow cylindrical portion of the tool to form a protrusion having a new shape. The shape of this protrusion is hollow, the top is relatively flat, and a new shape of protrusion with the lower plate pressed against the bottom can be obtained.
The protrusion provides a fixing means that can be screwed.
(a)摩擦圧接処理による形成される突起部及びその製造方法
マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる一枚板の表面を高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接処理し、中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を前記板内に侵入させることにより、前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、前記工具を板の底面に達したところで、その回転を止めて、中空円筒部内側の盛り上がった部分を、これら工具から引き離して冷却することにより、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる板が盛り上げられて側壁部及び頂部が形成され、中空円柱状である突起部を得ることができる。
(A) Protrusions formed by friction welding process and manufacturing method thereof Friction by a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool rotating at a high speed on the surface of a single plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate Pressure-treating, by allowing a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool to enter the plate, the plate inside the hollow cylindrical portion of the tool is in a molten state and raised to the inside of the hollow cylindrical portion, When the tool reaches the bottom surface of the plate, the rotation is stopped, and the raised part inside the hollow cylindrical portion is separated from these tools and cooled, so that a plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate and a copper plate is obtained. It is raised and a side wall part and a top part are formed, and the projection part which is a hollow cylinder shape can be obtained.
本発明の突起部の形成装置は以下の通りである。
回転しつつ推進する方向に移動可能となる回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を取り付け、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板の表面を、高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接し、板内に侵入させ、板内に侵入させることにより、前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより、前記工具から引き離して突起部を形成する突起部の形成装置である。
図1は本発明の中空円筒状工具による摩擦圧接処理Aを行う装置の全体図である。
摩擦攪拌処理装置の支持台8にはコラム7が上方へ延びるように設けられている。支持台8の上面には図示しないクランプ手段により板材4が固定されている。板材は、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる。コラム7には、回転可能に且つ推進する方向に移動可能となる圧接推進・回転駆動用モータ1が設けられている。主軸9の先端には取付け手段5であるチャックが設けられている。
回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段となる摩擦圧接・移動用モータ1の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具が取り付け、板材4の表面を中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具3により摩擦圧接し、板4中に侵入させ、前記工具の中空円筒部内側の板材を溶融させる。前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱6を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより目的とする、一枚のマグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる材料が盛り上げられて側壁部及び頂部が形成され、中空円柱状である前記板による突起部を得ることができる。
The projection forming apparatus of the present invention is as follows.
A hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylinder via an attachment means at the tip of the main shaft of the friction welding / moving means by a rotational drive that can move in the propulsion direction while being rotatable and can move in the propulsion direction while rotating A plate-shaped tool is attached, and the surface of the plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate is friction-welded with a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool that rotates at high speed, and penetrates into the plate. By intruding, the plate inside the hollow cylindrical portion of the tool is in a state of rising in the hollow cylindrical portion inside in a molten state, forming a hollow column having a top portion and a side wall portion, and when the tool reaches the bottom surface, The apparatus is a projection forming device that forms a projection by separating the hollow cylinder from the tool by stopping the rotation of the tool and cooling the hollow cylinder from the tool.
FIG. 1 is an overall view of an apparatus for performing a friction welding process A with a hollow cylindrical tool of the present invention.
A
A hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool via a mounting means at the tip of the main shaft of the friction welding / moving
用いる板材4は、マグネシウム合金板、アルミニウム合金板、又は銅板から選ばれる。板材4は、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を構成する材料よりも融点が低く、且つ熱膨張率が大きい。板材の厚みは適宜決定することができる。一般に薄板であればよく、通常0.3mm以上であり、2mm程度の範囲のものが使用される。実施例では、1.4mmのものを挙げている。 The plate material 4 to be used is selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate, or a copper plate. The plate 4 has a lower melting point and a higher coefficient of thermal expansion than the material constituting the hollow cylindrical tool or the stepped hollow cylindrical tool. The thickness of the plate material can be determined as appropriate. In general, it may be a thin plate, and is usually 0.3 mm or more, and those in the range of about 2 mm are used. In the embodiment, the one of 1.4 mm is cited.
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3には前記の板材を用いる場合であれば、SUS304ステンレス鋼製のものを用いることができる。使用する材料に応じて決定すればよい。これら工具3は板材4よりも融点が高く且つ熱膨張率が小さい材料であれば、使用することができる。
中空円筒状工具及び段付中空円筒状工具は図3に示されている。
中空円筒状工具の内径は形成しようとする突起部の外径に応じて適宜決定することができる。具体的には、外径15mm、内径10mm、外径8mm、内径5mm;外径6mm、内径3mm;外径6mm、内径3mmなど多くの形状のものを使用しており、適宜選択して使用できる。外径としては最大で、20mm程度、内径15mm程度のものを使用できる。又、外径としては最小で、5mm程度、内径3mm程度のものを使用できる。
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3の端部は種々の形状のものを使用できる(図2)。この形状に応じて形成される突起部6の形状も変化する。
加工(摩擦圧接処理)の条件は、前記中空円筒状工具の形状、回転数、板材にかかる圧力及び加工時間により定まる。
If the above plate material is used for the hollow cylindrical tool or the stepped hollow
A hollow cylindrical tool and a stepped hollow cylindrical tool are shown in FIG.
The inner diameter of the hollow cylindrical tool can be appropriately determined according to the outer diameter of the protrusion to be formed. Specifically, those having many shapes such as an outer diameter of 15 mm, an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 8 mm, an inner diameter of 5 mm; an outer diameter of 6 mm, an inner diameter of 3 mm; an outer diameter of 6 mm, and an inner diameter of 3 mm can be appropriately selected and used. . The maximum outer diameter is about 20 mm and the inner diameter is about 15 mm. The minimum outer diameter is about 5 mm and the inner diameter is about 3 mm.
The end of the hollow cylindrical tool or the stepped hollow
The processing (friction welding process) conditions are determined by the shape of the hollow cylindrical tool, the number of revolutions, the pressure applied to the plate material, and the processing time.
中空円筒状工具3の回転数は、5000rpm以上であればよく、8000から10000rpmが採用される。勿論、10000rpm以上でもよく、使用する装置により定まる。発明者らの実験によれば、50000rpm程度を確認している。
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3による板材にかかる摩擦圧力は、15MPa以上で十分であり、実施例では30MPaの場合を挙げている。上限は使用する装置により定まる。不必要に高くする必要はない。
周速度は150m/min程度あればよい。
The rotational speed of the hollow
The friction pressure applied to the plate material by the hollow cylindrical tool or the stepped hollow
The peripheral speed may be about 150 m / min.
一枚板の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具3を高速回転で板を摩擦圧接し、前記工具3を板中に侵入させると、これら工具の中空円筒部内側に板が盛り上がった状態で入り込み、中空円筒部内に盛り上がる高さは、一般的に5mmから7mm程度である(7mm程度については確認している。)。中空円筒状工具の中空円筒部の高さは、この高さ以上の高さのものを使用することが必要である。これよりも短い高さとすると、盛り上がる状態の後、出ていくところがなく、トラブルが発生する。得られる突起部の高さは突起部が冷却されるので、この高さより低い。
When the surface of a single plate is friction-welded with a hollow cylindrical tool or a stepped hollow
突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったと同じような形状となり、突起部外周には中空回転工具による擦過痕が残存する。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められる(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められる。)。突起部内部は板材が内部に取り込まれた形状をしており中空円柱状であり、底面では中空であることが観察される。
図4示されるように、中空円柱状の突起部外径はほぼ10mmに近く、突起部高さは7mmに近い。突起部外径に対して突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。同じく図6にも中空円柱状の図を示している。
頂部には平坦部があり、孔を明けることができる。ねじきりを設けることができ、筐体などのねじ止めするために用いることができる。
得られる突起部の圧縮強度は、ねじ止めに耐えることができる。筐体をねじ止めする手段として広範囲の利用が考えられる。
The outer shape of the protruding portion is the same shape as when a hollow cylindrical tool is copied, and the rubbing trace from the hollow rotating tool remains on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging by the flash is recognized (a portion swelled in an annular shape is recognized along the outer side of the top). It is observed that the inside of the protrusion has a shape in which a plate material is taken into the inside, is a hollow cylindrical shape, and is hollow at the bottom.
As shown in FIG. 4, the outer diameter of the projecting portion of the hollow cylindrical shape is approximately 10 mm, and the height of the projecting portion is close to 7 mm. The height of the outer shape of the protrusion is high with respect to the outer diameter of the protrusion, and the shape is abrupt (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top. Similarly, FIG. 6 shows a hollow cylindrical shape.
There is a flat part at the top, and a hole can be made. A screw thread can be provided and can be used to screw a housing or the like.
The resulting compressive strength of the protrusion can withstand screwing. A wide range of uses can be considered as means for screwing the housing.
(b)摩擦圧接処理による新規な突起部及びその製造方法
二枚に積み重ねられている上側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板であり、下側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄から選ばれる板(板の材料については上側の板と相違するものを用いることができる。)を用いる。
マグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる上側の板の表面を高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接処理し、中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を前記板内に侵入させる。前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融し、中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、上側の板材により頂部及び側面部を形成している中空円柱を形成する。
前記工具が上側の板の底面に達したところで、その回転を止めて、変形された中空円柱に、摩擦圧接により下側の板による底部を形成し、上側の板による中空円柱状に、下側の板による底部を摩擦圧接した新規な形状の突起部を得ることができる。
これらを工具から引き離して冷却することにより、独立した形状の新規な形状の突起部を完成することができる。
(B) Novel protrusion by friction welding and manufacturing method thereof The upper plate stacked in two is a plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate, and the lower plate is a magnesium alloy plate , An aluminum alloy plate, a copper plate, an aluminum plate, or a plate selected from iron (a plate material different from the upper plate can be used).
The surface of the upper plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate is subjected to friction welding with a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool that rotates at a high speed, and a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool is obtained. It penetrates into the plate. The plate inside the hollow cylindrical portion of the tool is melted and raised to the inside of the hollow cylindrical portion, and a hollow cylinder forming a top portion and a side portion is formed by the upper plate material.
When the tool reaches the bottom surface of the upper plate, the rotation is stopped and the bottom of the lower hollow plate is formed by friction welding on the deformed hollow cylinder. Thus, it is possible to obtain a projection having a novel shape in which the bottom of the plate is friction welded.
By pulling them away from the tool and cooling them, it is possible to complete a new-shaped protrusion having an independent shape.
本発明の二枚の板により形成されている突起部の形成装置は以下の通りである。
回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段の主軸の先端部に取付け手段を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具を取り付け、二枚に積み重ねられている上側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板であり、下側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄板から選ばれる板であり、上側の板を、高速回転する中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具により摩擦圧接し、上側の板中に前記工具を侵入させ、前記工具の中空円筒部の内側の板を溶融し、盛り上げられた状態で頂部及び側壁部を有する中空円柱に形成し、前記工具が上側の板材の底面に達したところで、工具の回転を止めて、形成された中空円柱に、摩擦圧接により下側の板材による底部を形成し、これを工具から引き離すことによる、二枚の板による突起部の形成装置である。
図5は本発明の中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3による摩擦圧接処理Bを行う装置の全体図である。
摩擦攪拌処理装置の支持台8にはコラム7が上方へ延びるように設けられている。支持台8の上面には図示しないクランプ手段により板4が固定されている。
板4は、二枚に積み重ねられている上側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板であり、下側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄から選ばれる板(板の材料については上側の板と相違するものを用いることができる。)を用いる。
コラム7には、回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段である摩擦圧接・移動用モータ1が設けられている。主軸9の先端には取付け手段であるチャック3が設けられている。
回転可能に且つ推進する方向に移動可能な回転駆動による摩擦圧接・移動手段となる摩擦圧接・移動用モータ1の主軸の先端部に取付け手段であるチャック5を介して中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3を取り付け、板材4の表面を中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具により摩擦圧接し、板中に侵入させ、前記工具の中空円筒部内側の板材を溶融させる。前記工具の中空円筒部内側の前記板を溶融状態で中空円筒部内側に盛り上がった状態とし、頂部及び側壁部を有する中空円柱を形成し、前記工具が底面に達したところで、前記工具の回転を止めて、中空円柱をこれら工具から引き離して冷却することにより目的とする、上側の板であるマグネシウム合金板、アルミニウム合金板及び銅板から選ばれる材料が盛り上げられて側壁部及び頂部が形成され、前記工具が上側の板の底面に達したところで、その回転を止めて、変形された中空円柱6に、摩擦圧接により下側の板による底部10を形成し、上側の板による中空円柱状に、下側の板による底部を摩擦圧接した新規な形状の突起部を製造する。
An apparatus for forming a protrusion formed by two plates of the present invention is as follows.
A hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool is attached to the tip of the main shaft of the friction welding / moving means by a rotational drive that can rotate and move in the propulsion direction, and is stacked in two. The upper plate member is a plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate, and the lower plate is a plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate, a copper plate, an aluminum plate or an iron plate, and the upper plate Is in a state of friction welding with a hollow cylindrical tool rotating at a high speed or a stepped hollow cylindrical tool, allowing the tool to enter the upper plate, melting the plate inside the hollow cylindrical portion of the tool, and raising the plate And when the tool reaches the bottom surface of the upper plate, the rotation of the tool is stopped, and the formed hollow cylinder is subjected to friction welding. It forms the bottom by the side of the plate material, which due to be released from the tool, a forming device of the projecting portion by two plate.
FIG. 5 is an overall view of an apparatus for performing the friction welding process B with the hollow cylindrical tool or the stepped hollow
A
The plate 4 is a plate in which the upper plate stacked in two is selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate, and the lower plate is a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate, a copper plate, an aluminum plate or iron. (A material different from that of the upper plate can be used for the material of the plate).
The
A hollow cylindrical tool or stepped through a
二枚に積み重ねられている上側の板がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板又は銅板から選ばれる板材であり、下側の板材がマグネシウム合金板、アルミニウム合金板、銅板、アルミニウム板又は鉄から選ばれる板材料については一枚目と相違するものを用いることができる。)である。
上側の板は、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を構成する材料よりも融点が低く、且つ熱膨張率が大きいものを選択する。
板材の厚みは適宜決定することができる。上側の板材は一般に薄板であればよく、通常0.3mm以上であり、2mm程度の範囲のものが使用される。実施例では、1.4mmのものを挙げている。下側の板材は底部を形成するものであるから、格別限定されない。上側の板材以下の厚さのものでも、裏面に凹みなどの生じても、かまわないなどの場合には問題ない。同じ程度の厚さのものを用いておけば凹みなどが生ずる問題はない。
The upper plate stacked in two sheets is a plate selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate or a copper plate, and the lower plate is selected from a magnesium alloy plate, an aluminum alloy plate, a copper plate, an aluminum plate or iron A material different from the first sheet can be used. ).
The upper plate is selected to have a lower melting point and a higher coefficient of thermal expansion than the material constituting the hollow cylindrical tool or the stepped hollow cylindrical tool.
The thickness of the plate material can be determined as appropriate. In general, the upper plate may be a thin plate, and is usually 0.3 mm or more, and those having a range of about 2 mm are used. In the embodiment, the one of 1.4 mm is cited. Since the lower plate material forms the bottom, it is not particularly limited. There is no problem in cases where the thickness is equal to or less than that of the upper plate, or even if a dent or the like is generated on the back surface. If the same thickness is used, there will be no problem of dents.
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3には前記の板材を用いる場合あれば、SUS304ステンレス鋼製のものを用いることができる。使用する材料に応じて決定すればよい。これら工具3は板材4よりも融点が高く且つ熱膨張率が小さい材料であれば、使用することができる。
中空円筒状工具及び段付中空円筒状工具は図3に示されている。
中空円筒状工具の内径は形成しようとする突起部の外径に応じて適宜決定することができる。具体的には、外径15mm、内径10mm、外径8mm、内径5mm;外径6mm、内径3mm;外径6mm、内径3mmなど多くの形状のものを使用しており、適宜選択して使用できる。外径としては最大で、20mm程度、内径15mm程度のものを使用できる。又、外径としては最小で、5mm程度、内径3mm程度のものを使用できる。
中空円筒状工具3の端部は種々の形状のものを使用できる(図2)。この形状に応じて形成される突起部6の形状も変化する。
加工(摩擦圧接処理)の条件は、前記中空円筒状工具の形状、回転数、板材にかかる圧力及び加工時間により定まる。
If the plate material is used for the hollow cylindrical tool or the stepped hollow
A hollow cylindrical tool and a stepped hollow cylindrical tool are shown in FIG.
The inner diameter of the hollow cylindrical tool can be appropriately determined according to the outer diameter of the protrusion to be formed. Specifically, those having many shapes such as an outer diameter of 15 mm, an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 8 mm, an inner diameter of 5 mm; an outer diameter of 6 mm, an inner diameter of 3 mm; an outer diameter of 6 mm, and an inner diameter of 3 mm can be appropriately selected and used. . The maximum outer diameter is about 20 mm and the inner diameter is about 15 mm. The minimum outer diameter is about 5 mm and the inner diameter is about 3 mm.
The end of the hollow
The processing (friction welding process) conditions are determined by the shape of the hollow cylindrical tool, the number of revolutions, the pressure applied to the plate material, and the processing time.
中空円筒状工具3の回転数は、前記の場合と同じであり、同様に操作してよい。回転数は5000rpm以上であればよく、8000から10000rpmが採用される。勿論、10000rpm以上でもよく、使用する装置により定まる。発明者らの実験によれば、50000rpm程度を確認している。
The number of rotations of the hollow
中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具3による板材にかかる摩擦圧力は、15MPa以上で十分であり、実施例では30MPaの場合を挙げている。上限は使用する装置により定まる。不必要に高くする必要はない。
周速度は150m/min程度あればよい。
The friction pressure applied to the plate material by the hollow cylindrical tool or the stepped hollow
The peripheral speed may be about 150 m / min.
上側の板の表面を、中空円筒状工具又は段つき中空円筒状工具を高速回転で摩擦侵入すると、これら工具の中空円筒部内側に板材が盛り上がった状態で入り込み、中空円筒部内に盛り上がる高さは、一般的に5mmから7mm程度である(7mm程度については確認している。)。中空円筒状工具の中空円筒部の高さは、この高さ以上の高さのものを使用することが必要である。これよりも短い高さとすると、盛り上がる状態の後、出ていくところがなく、トラブルが発生する。得られる突起部の高さは突起部が冷却されるので、この高さより低い。 When a hollow cylindrical tool or a stepped hollow cylindrical tool is rubbed into the surface of the upper plate at a high speed, the plate material enters the hollow cylindrical part of the tool in a raised state, and the height rising into the hollow cylindrical part is Generally, it is about 5 mm to 7 mm (about 7 mm has been confirmed). The height of the hollow cylindrical part of the hollow cylindrical tool needs to be higher than this height. If the height is shorter than this, there will be no place to go out after the climax, and trouble will occur. The height of the resulting protrusion is lower than this height because the protrusion is cooled.
突起部の形状は図7から図11に示すとおりである。
突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったと同じような形状となり、突起部外周には中空回転工具による擦過痕が残存する。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められる(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められる。)。突起部内部は板材が内部に取り込まれた形状をしており中空円柱であり、底面には下側の板に底部が形成されている。又底部には凹みを有していない。
図7から10に示されるように、中空円柱の突起部外径は中空円筒状工具の内径に近く、突起部高さは5から7mmに近い。突起部外径に対して突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
頂部に孔を明けることにより、ねじをきることができる。又、突起部の外側にもねじ山を設けることができる。筐体などのねじ止めするために用いることができる。
得られる突起部の圧縮強度は、ねじ止めに耐えることができる。筐体をねじ止めする手段として広範囲の利用できる。
また、突起部中央部横断面の巨視的組織は図12に示される。得られる高さの一例を示すと、図13に示すとおりである。高さは円筒工具の内側の高さ以下であり、用いる中空円筒状工具の切断面により相違する。
得られる突起部の圧縮強度は、端部の形状に応じて変化する(図14)。階段型(Step型(d))の場合が最も強い強度を示している。
突起部破断面の状態は図15に示すとおりである。
以下に具体例を実施例として示す。
The shape of the protrusion is as shown in FIGS.
The outer shape of the protruding portion is the same shape as when a hollow cylindrical tool is copied, and the rubbing trace from the hollow rotating tool remains on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging by the flash is recognized (a portion swelled in an annular shape is recognized along the outer side of the top). The inside of the projecting portion has a shape in which a plate material is taken in, and is a hollow cylinder, and the bottom is formed on the bottom plate on the bottom surface. Also, there is no recess at the bottom.
As shown in FIGS. 7 to 10, the outer diameter of the protrusion of the hollow cylinder is close to the inner diameter of the hollow cylindrical tool, and the height of the protrusion is close to 5 to 7 mm. The height of the outer shape of the protrusion is high with respect to the outer diameter of the protrusion, and the shape is abrupt (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top.
By making a hole in the top, the screw can be unscrewed. Moreover, a screw thread can also be provided in the outer side of a projection part. It can be used to screw a housing or the like.
The resulting compressive strength of the protrusion can withstand screwing. It can be used in a wide range as a means for screwing the housing.
A macroscopic structure of the central cross section of the protrusion is shown in FIG. An example of the obtained height is as shown in FIG. The height is equal to or less than the inner height of the cylindrical tool, and differs depending on the cut surface of the hollow cylindrical tool used.
The compressive strength of the resulting protrusion varies depending on the shape of the end (FIG. 14). The staircase type (Step type (d)) shows the strongest strength.
The state of the fracture surface of the protrusion is as shown in FIG.
Specific examples are shown below as examples.
市販のアルミニウム合金薄板(板厚1.4mm)を、□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。中空円筒状工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、工具外径15mm、内径10mmのものを用いた。
加工時には冶具により前記アルミニウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9550rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.4mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図4に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱状であり、底面では中空であることが観察された。
中空円柱状の突起部外径はほぼ10mmに近く、突起部高さは7mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
A commercially available aluminum alloy thin plate (plate thickness 1.4 mm) was machined to □ 30 mm, and then the processed surface was degreased and washed. The hollow cylindrical tool was made of cylindrical SUS304 stainless steel, and had a tool outer diameter of 15 mm and an inner diameter of 10 mm.
At the time of processing, the aluminum alloy thin plate was fixed with a jig. At the time of processing, the hollow cylindrical tool rotation speed was 9550 rpm and the friction pressure was 30 MPa from the results of preliminary experiments. The process was completed with the hollow cylindrical tool being pushed in by 1.4 mm, the same as the plate thickness. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion were performed at room temperature (threaded into the protrusion to obtain a test piece).
The external shape of the protrusion is as shown in FIG. The outside of the protruding portion was in a state as if a hollow cylindrical tool was copied, and the rubbing trace by the rotating tool remained on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging due to flashing was observed (a part that swelled in an annular shape was recognized along the outer side of the top). It was observed that the inside of the protrusion was taken in and was a hollow cylinder and hollow at the bottom.
The hollow cylindrical protrusion has an outer diameter of approximately 10 mm and a protrusion height of approximately 7 mm.
The height of the outer shape of the protruding portion is high with respect to the outer diameter of the protruding portion, and the shape is steep (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top.
市販のAZ31マグネシウム合金薄板(板厚1.0mm)を、板として用いた。□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。段付中空円筒状工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、外形8mm、内径4mmの中空中空円筒状工具により、予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9600rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図6に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱である。裏面より中空円柱内部が観察できる。
中央部に穴を開けた。
中空円柱の突起部外径はほぼ4mmに近く、突起部高さは6mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
A commercially available AZ31 magnesium alloy thin plate (plate thickness: 1.0 mm) was used as the plate. □ After machining to 30 mm, the machined surface was degreased and washed. The stepped hollow cylindrical tool was made of cylindrical SUS304 stainless steel, and was a hollow hollow cylindrical tool having an outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 4 mm. From the results of preliminary experiments, the hollow cylindrical tool rotation speed was 9600 rpm and the friction pressure was 30 MPa. The process was completed with the hollow cylindrical tool being pushed in by 1.0 mm, which is the same as the plate thickness. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion were performed at room temperature (threaded into the protrusion to obtain a test piece).
The external shape of the protrusion is as shown in FIG. The outside of the protruding portion was in a state as if a hollow cylindrical tool was copied, and the rubbing trace by the rotating tool remained on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging due to flashing was observed (a part that swelled in an annular shape was recognized along the outer side of the top). The inside of the protrusion is a hollow cylinder with the shape taken in. The inside of the hollow cylinder can be observed from the back side.
A hole was made in the center.
The outer diameter of the protrusion of the hollow cylinder is approximately 4 mm, and the height of the protrusion is close to 6 mm.
The height of the outer shape of the protruding portion is high with respect to the outer diameter of the protruding portion, and the shape is steep (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top.
市販のAZマグネシウム合金薄板(板厚1.0mm)を上下2枚の板として用いた。□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。段付中空円筒状工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、工具外径8mm、内径5mmのものを用いた。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数10000rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図7に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は中空円柱であり、下側の板による底部が観察された。
中空円柱状の突起部外径はほぼ5mmに近く、突起部高さは7mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
裏側には僅かな跡が観察された。
Commercially available AZ magnesium alloy thin plates (thickness 1.0 mm) were used as two upper and lower plates. □ After machining to 30 mm, the machined surface was degreased and washed. The stepped hollow cylindrical tool was made of cylindrical SUS304 stainless steel, and had a tool outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 5 mm.
At the time of processing, the magnesium alloy thin plate was fixed with a jig. At the time of processing, the hollow cylindrical tool rotation speed was 10000 rpm and the friction pressure was 30 MPa from the results of preliminary experiments. The process was completed with the hollow cylindrical tool being pushed in by 1.0 mm, which is the same as the plate thickness. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion were performed at room temperature (threaded into the protrusion to obtain a test piece).
The external shape of the protrusion is as shown in FIG. The outside of the protruding portion was in a state as if a hollow cylindrical tool was copied, and the rubbing trace by the rotating tool remained on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging due to flashing was observed (a part that swelled in an annular shape was recognized along the outer side of the top). The inside of the protrusion was a hollow cylinder, and the bottom due to the lower plate was observed.
The hollow cylindrical protrusion has an outer diameter close to 5 mm and a protrusion height close to 7 mm.
The height of the outer shape of the protruding portion is high with respect to the outer diameter of the protruding portion, and the shape is steep (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top.
A slight trace was observed on the back side.
市販のAZ31マグネシウム合金薄板(板厚1.0mm)を上下2枚の板として用いた。□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。中空円筒状工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、工具外径8mm、内径5mmのものを用いた。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数10000rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図8に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱であり、下側の板による底部が摩擦圧接により形成されていることが観察された。
中空円柱状の突起部外径は、5mmに近く、突起部高さは7mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が
A commercially available AZ31 magnesium alloy thin plate (plate thickness: 1.0 mm) was used as two upper and lower plates. □ After machining to 30 mm, the machined surface was degreased and washed. The hollow cylindrical tool was made of cylindrical SUS304 stainless steel, and the tool had an outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 5 mm.
At the time of processing, the magnesium alloy thin plate was fixed with a jig. At the time of processing, the hollow cylindrical tool rotation speed was 10000 rpm and the friction pressure was 30 MPa from the results of preliminary experiments. The process was completed with the hollow cylindrical tool being pushed in by 1.0 mm, which is the same as the plate thickness. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion were performed at room temperature (threaded into the protrusion to obtain a test piece).
The external shape of the protrusion is as shown in FIG. The outside of the protruding portion was in a state as if a hollow cylindrical tool was copied, and the rubbing trace by the rotating tool remained on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging due to flashing was observed (a part that swelled in an annular shape was recognized along the outer side of the top). It was observed that the inside of the protruding part was a hollow cylinder with the shape taken in, and the bottom part by the lower plate was formed by friction welding.
The hollow cylindrical protrusion has an outer diameter close to 5 mm and a protrusion height close to 7 mm.
The height of the outer shape of the protruding portion is high with respect to the outer diameter of the protruding portion, and the shape is steep (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). There is a flat part at the top
市販のAZ31マグネシウム合金薄板(板厚1.0mm)を、上下2枚の板として用いた。□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。段付中空円筒状工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、工具外径8mm、内径3mmのものを用いた。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9600rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が上側の板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図9に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱状であり、下側の板による底部が摩擦圧接により形成されていることが観察された。裏面に跡が観察される。
中空円柱の突起部外径はほぼ5mmに近く、突起部高さは6mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
A commercially available AZ31 magnesium alloy thin plate (plate thickness: 1.0 mm) was used as two upper and lower plates. □ After machining to 30 mm, the machined surface was degreased and washed. The stepped hollow cylindrical tool is made of cylindrical SUS304 stainless steel, and has a tool outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 3 mm.
At the time of processing, the magnesium alloy thin plate was fixed with a jig. In processing, the hollow cylindrical tool rotation speed was 9600 rpm and the friction pressure was 30 MPa from the results of preliminary experiments. The process was completed with the hollow cylindrical tool being pushed in by 1.0 mm, the same as the upper plate thickness. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion were performed at room temperature (threaded into the protrusion to obtain a test piece).
The appearance of the protrusion is as shown in FIG. The outside of the protruding portion was in a state as if a hollow cylindrical tool was copied, and the rubbing trace by the rotating tool remained on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging due to flashing was observed (a part that swelled in an annular shape was recognized along the outer side of the top). It was observed that the inside of the protrusion was taken in and was a hollow cylinder, and the bottom of the lower plate was formed by friction welding. Traces are observed on the back side.
The outer diameter of the protrusion of the hollow cylinder is close to about 5 mm, and the height of the protrusion is close to 6 mm.
The height of the outer shape of the protruding portion is high with respect to the outer diameter of the protruding portion, and the shape is steep (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top.
市販のAZ31マグネシウム合金薄板(板厚1.0mm)を、上下2枚の板として用いた。□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。段付中空円筒状工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、工具外径8mm、内径5mmのものを用いた。
加工時には冶具により前記マグネシウム合金薄板を固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9600rpm、摩擦圧力が30MPaとした。中空円筒状工具が上側の板厚と同一の1.0mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
突起部の外観形状は図10に示すとおりである。突起部形状の外側は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存していた。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた(頂部の外側部にそって、環状に盛りあがった部分が認められた。)。突起部内部は取り込まれた形状で中空円柱状であり、下側の板による底部が摩擦圧接により形成されていることが観察された。裏面に跡が観察される。
中空円柱の突起部外径はほぼ5mmに近く、突起部高さは6mmに近い。
突起部外径の割には突起部外形の高さは高く、形状は急俊である(深絞り加工などではこのような形状を成形加工することはできないものと考えられる。)。頂部には平坦部が見られる。
A commercially available AZ31 magnesium alloy thin plate (plate thickness: 1.0 mm) was used as two upper and lower plates. □ After machining to 30 mm, the machined surface was degreased and washed. The stepped hollow cylindrical tool was made of cylindrical SUS304 stainless steel, and had a tool outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 5 mm.
At the time of processing, the magnesium alloy thin plate was fixed with a jig. In processing, the hollow cylindrical tool rotation speed was 9600 rpm and the friction pressure was 30 MPa from the results of preliminary experiments. The process was completed with the hollow cylindrical tool being pushed in by 1.0 mm, the same as the upper plate thickness. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion were performed at room temperature (threaded into the protrusion to obtain a test piece).
The external shape of the protrusion is as shown in FIG. The outside of the protruding portion was in a state as if a hollow cylindrical tool was copied, and the rubbing trace by the rotating tool remained on the outer periphery of the protruding portion. On the outer periphery of the tip of the protrusion, bulging due to flashing was observed (a part that swelled in an annular shape was recognized along the outer side of the top). It was observed that the inside of the protrusion was taken in and was a hollow cylinder, and the bottom of the lower plate was formed by friction welding. Traces are observed on the back side.
The outer diameter of the protrusion of the hollow cylinder is close to about 5 mm, and the height of the protrusion is close to 6 mm.
The height of the outer shape of the protruding portion is high with respect to the outer diameter of the protruding portion, and the shape is steep (it is considered that such a shape cannot be formed by deep drawing or the like). A flat part is seen at the top.
市販のAZ31マグネシウム合金薄板(板厚1.0mm,σB=13.6%,50.3HK0.05)を、□30mmに機械加工した後、加工面を脱脂洗浄したものを用いた。工具は円筒状SUS304ステンレス鋼製とし、図2に示される機械加工したものを使用した。工具内径は生成した突起内部にM4のねじ加工することを想定して6mmとした。
加工時には上板と下板との重ね代が25mmとなるように冶具により固定した。加工に際しては予備実験の結果より中空円筒状工具回転数9550rpm、摩擦圧力が30MPaとし、中空円筒状工具が上板の板厚と同一の1.4mm押込まれた状態で終了した。得られた突起部の外観観察、組織観察、引張試験(突起部内にM4のねじ加工を行い試験片とした。)を室温で行なった。
A commercially available AZ31 magnesium alloy thin plate (plate thickness 1.0 mm, σ B = 13.6%, 50.3 HK 0.05) was machined to □ 30 mm, and then the processed surface was degreased and washed. The tool was made of cylindrical SUS304 stainless steel, and the machined one shown in FIG. 2 was used. The inner diameter of the tool was set to 6 mm on the assumption that an M4 screw was machined inside the generated protrusion.
At the time of processing, the upper plate and the lower plate were fixed with a jig so that a margin of overlap was 25 mm. In the processing, the hollow cylindrical tool was rotated at 9550 rpm and the friction pressure was 30 MPa from the results of the preliminary experiment, and the hollow cylindrical tool was finished in a state where it was pushed in by 1.4 mm, which is the same as the plate thickness of the upper plate. Appearance observation, structure observation, and tensile test of the obtained protrusion (M4 screw processing was performed in the protrusion to obtain a test piece) were performed at room temperature.
試験結果は以下の通りであった。
突起部の外観形状は図11に示すとおりである。突起部形状は中空円筒状工具を写し取ったような状態となり、突起部外周には回転工具による擦過痕が残存している。突起部先端部外周には、ばりによる盛り上がりが認められた。Taperでは、ばりが突起部先端を覆うような状態となった。Straightでは突起部側面に螺旋状の模様が観察された。
下板裏面には熱影響による変色や変形は、Taper,Chamferingでは認められなかったが、Straight,Stepで僅かに変色が観察された。図には示されていないが、分離した上板は中空円筒状工具により打ちぬかれた状態であり、打抜かれた穴の周囲に、僅かに、ばりが観察された。
突起部中央部横断面の巨視的組織を示す図12では、中空円筒状工具の端部の形状の相違に関わらず、突起部内部には中空(空洞)であることが示されている。突起部の肉厚は突起部頂部では母材(板材)と同程度であったが、突起部側面では突起部頂部から底部にかけて徐々に肉厚は減少した。Straightでは他の中空円筒状工具の形状と比較して空洞は大きく、突起部底部は肉厚の減少が明瞭であった。突起部底部と下板との接合界面には、スタッド溶接に見られるナゲットの生成は観察されなかった。また、中空円筒状工具の形状には関係なく下板の変形は認められなかった。
The test results were as follows.
The appearance of the protrusion is as shown in FIG. The shape of the protrusion is as if a hollow cylindrical tool was copied, and scratch marks from the rotating tool remain on the outer periphery of the protrusion. Swelling due to flash was observed on the outer periphery of the tip of the protrusion. In Taper, the flash was in a state of covering the tip of the protrusion. In Straight, a spiral pattern was observed on the side surface of the protrusion.
Although no discoloration or deformation due to heat effects was observed on the back surface of the lower plate in Taper and Champfering, slight discoloration was observed in Straight and Step. Although not shown in the drawing, the separated upper plate was punched by a hollow cylindrical tool, and a slight flash was observed around the punched hole.
In FIG. 12, which shows a macroscopic structure of the cross section of the central portion of the protrusion, it is shown that the protrusion is hollow (cavity) regardless of the difference in the shape of the end of the hollow cylindrical tool. The thickness of the protrusion was about the same as that of the base material (plate material) at the top of the protrusion, but on the side of the protrusion, the thickness gradually decreased from the top of the protrusion to the bottom. In Straight, the cavity was larger than the shape of other hollow cylindrical tools, and the thickness of the bottom of the protrusion was clearly reduced. Nugget formation observed in stud welding was not observed at the joint interface between the bottom of the protrusion and the lower plate. Further, no deformation of the lower plate was observed regardless of the shape of the hollow cylindrical tool.
突起部中心の底部から頂部までの高さを突起高さとし、測定した結果を図13として示した。図中に示した理論値は突起部が母材と同じ肉厚で、ばりなどによる損失がない理想的な状態で成形されたとして算出した値である。突起部高さはStraightが最も高く、次いでStep,Chamferingとなり、Taperは最も低く、理論値との差も大きかった。このことは
外部観察で明らかなようにTaperでは突起部先端を覆うような状態のばりが発生するためと考える。Straightでは巨視的組織で観察されたように,突起部の底部の肉厚が薄くなるために突起部の高さが理論値より大きくなった。
The height from the bottom to the top at the center of the protrusion was defined as the protrusion height, and the measurement results are shown in FIG. The theoretical value shown in the figure is a value calculated on the assumption that the protrusion has the same thickness as the base material and is molded in an ideal state without loss due to flash or the like. The height of the protrusion was highest at Straight, followed by Step and Chamfering, the Taper was the lowest, and the difference from the theoretical value was also large. This is considered to be due to the occurrence of flash in a state that covers the tip of the protrusion in Taper, as is apparent from external observation. In Straight, as observed in the macroscopic structure, the thickness of the bottom of the protrusion became thinner, so that the height of the protrusion became larger than the theoretical value.
引張試験の結果(図14)によれば、突起部の引張荷重はStep,Chamferingが高く、約650Nの値を示し、次いでTaperであり、突起部底部に薄肉部が存在するStraightは低い値となった。
突起部の引張試験後の断面の状態を示す結果(図15)によれば、破断位置は最も強度の高いChamfering,Stepでは突起部底部より破断したが、Taperは上板と下板との接合部から剥離した。Straightでは薄肉部から破断した。
According to the result of the tensile test (FIG. 14), the tensile load of the protrusion is high in Step and Champfering, shows a value of about 650 N, and then is Taper, and the Straight where the thin part exists at the bottom of the protrusion is low. became.
According to the result (FIG. 15) showing the state of the cross section after the tensile test of the protrusion, the fracture position was broken from the bottom of the protrusion at the highest strength of Champing and Step, but the taper was joined to the upper and lower plates. It peeled from the part. In Straight, it broke from the thin part.
A:摩擦圧接処理装置
B:摩擦圧接処理装置
1:摩擦圧接・移動用モータ
2:摩擦圧接・移動用モータ支持部
3:中空円筒状工具又は段付中空円筒状工具
4:板材
5:チャック
6:突起部
7:コラム
8:支持台
9:主軸
10:底部
A: Friction welding equipment
B: Friction welding processing device 1: Friction welding / moving motor 2: Friction welding / moving motor support part 3: Hollow cylindrical tool or stepped hollow cylindrical tool 4: Plate material 5: Chuck 6: Protruding part 7: Column 8: Support base 9: Spindle 10: Bottom
Claims (3)
The shape of the end of the hollow cylindrical tool or stepped hollow cylindrical tool is straight type (Stright type (a)), inclined type (Taper type (b)), annular steeply inclined type (Chamfering type (c)). Or a step type (Step type (d)). 3. A method of forming a projection formed by two plate members.
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