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Die
Priorität
der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-198457, eingereicht am 8. Juli 2002,
und der vorläufigen
U.S. Patentanmeldung Nr. 60/470,502, eingereicht am 15. Mai 2003,
wird beansprucht, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit
einbezogen ist.
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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Diese
Anmeldung ist eine Anmeldung, die gemäß 35 U.S.C. §111(a) unter
Inanspruchnahme des Vorteils gemäß 35 U.S.C. §119(e)(1)
des Anmeldedatums der vorläufigen
Anmeldung Nr. 60/470,502, eingereicht am 15. Mai 2003 gemäß 35 U.S.C. §111(b),
eingereicht ist.
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Stoßverbindung,
die bei einem metallischen Teil für die Verwendung bei Transportvorrichtungen,
elektrischen Haushaltsgeräten,
Industrieausrüstungen
oder dergleichen zu verwenden ist, und auch eine solche Stoßverbindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Reibrührfüge(schweiß)verfahren,
das vorzugsweise zur Herstellung der Stoßverbindung verwendet wird,
und ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Teils.
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Stand der Technik
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Die
folgende Beschreibung macht die Kenntnis des Erfinders über den
Stand der Technik und Probleme darin bekannt und soll nicht als
ein Zugeständnis
der Kenntnis im Stand der Technik ausgelegt werden.
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In
dieser Beschreibung wird für
den Zweck der Erläuterung
eine der Flächen
von Fügeteilen
in der Dickenrichtung, in welche eine Sonde eines Fügewerkzeugs
eingesetzt wird, als eine „obere
Fläche" bezeichnet.
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Das
Reibrührfügen gehört zu einer
Kategorie des Festkörperschweißens und
hat derartig überlegene Vorteile,
dass die Art von metallischen Teilen, die zusammenzufügen (zu
schweißen)
sind, nicht begrenzt ist und das Fügen (Schweißen) weniger Verzug infolge
thermischer Beanspruchung entsprechend dem Fügen verursacht. Daher wurde
in den letzten Jahren das Reibrührfügen als
ein Fügemittel
zur Herstellung verschiedener Strukturen verwendet.
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Das
Reibrührfügen wird
mit Bezug auf 6 erläutert.
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In 6 bezeichnet
das Bezugszeichen „51" ein flach geformtes,
metallisches erstes Fügeteil,
und „52" bezeichnet ein flach
geformtes metallisches zweites Fügeteil.
Das Material des ersten Fügeteils 51 unterscheidet
sich von dem des zweiten Fügeteils 52.
Die Dicke t1' des
ersten Fügeteils 51 ist
auf dieselbe wie die Dicke t2' des
zweiten Fügeteils 52 festgelegt
(d.h. t1' = t2').
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Die
folgende Beschreibung wird auf der Annahme vorgenommen, dass der
Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y2' des zweiten Fügeteils 2 höher als
der Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y1' des ersten Fügeteils 1 ist
(d.h. Y1'<Y2').
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Diese
beiden Fügeteile 51 und 52 sind
derart angeordnet, dass sie in einer Weise derart aneinander stoßen, dass
deren hintere und obere Fläche
jeweils zueinander fluchten. Die Stoßendfläche des ersten Fügeteils 51 ist
mit unebenen Abschnitten versehen, und daher sind Spalte 57 an
dem Stoßabschnitt
(Fügeabschnitt) 53 dieser
Fügeteile 51 und 52 in
einem Zustand ausgebildet, in dem die beiden Fügeteile 51 und 52 aneinander
stoßen.
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In 6 bezeichnet
das Bezugszeichen „60" ein Fügewerkzeug
für die
Verwendung beim Reibrührfügen. Das
Fügewerkzeug 60 ist
mit einem säulenartigen
Rotor 61 und einer zapfenförmigen Sonde 62 versehen,
die von der Endfläche 61a des
Rotors 61 vorsteht. Der Durchmesser der Endfläche 61a des
Rotors 61 ist auf größer als
der Durchmesser der Sonde 62 festgelegt.
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Um
den Stoßabschnitt 53 der
Fügeteile 51 und 52 unter
Verwendung des Fügewerkzeugs 60 zusammenzufügen, wird
anfangs die drehende Sonde 62 des Fügewerkzeugs 60 in
den Stoßabschnitt 53 eingesetzt. Dann
wird die Sonde 62 entlang des Stoßabschnitts 53 vorgerückt, wobei
die Sonde in den Stoßabschnitt 53 eingesetzt
ist. Dadurch wird der Stoßabschnitt 53 an
dem Sondeneinsetzabschnitt entsprechend der Vorlaufbewegung der
Sonde 62 zusammengefügt
(geschweißt).
In 6 bezeichnet das Bezugszeichen „53'" einen zusammengefügten Abschnitt
(geschweißten
Abschnitt), der mittels der Sonde 62 zusammengefügt (geschweißt) ist, „55" bezeichnet einen
Reibrührfügeabschnitt
(Reibrührschweißabschnitt),
der in dem zusammengefügten
Abschnitt 53' ausgebildet
ist. „JD'" bezeichnet die Zusammenfüge(schweiß)richtung,
welche dieselbe Richtung wie die Bewegungs(Vorlauf)richtung (MD') der Sonde 62 bei
diesem herkömmlichen
Beispiel ist.
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Bei
dem Reibführfügen wird
eine Seite der Fügeteile,
wo die Drehrichtung L der Sonde 62 mit der Fügerichtung
JD' übereinstimmt,
als eine „Vorlaufseite" bezeichnet, und
deren andere Seite wird als eine „Rücklaufseite" bezeichnet. An der Rücklaufseite
wird weniger Reibungswärme
erzeugt. Im Gegensatz dazu wird an der Vorlaufseite, da eine größere Reibungsmenge
in dem Fügeteil
erzeugt wird, ein unterschnittener Abschnitt (nicht gezeigt) an
der oberen Fläche
des Reibrührfügeabschnitts 55 an
dem Abschnitt des Fügeteils 51,
der an der Vorlaufseite liegt, erzeugt. In 6 bezeichnet „AD" die Vorlaufseite,
und „RE" bezeichnet die Rücklaufseite.
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Bei
dem Reibrührfügen treten,
wenn das Fügen
in einer derartigen Weise durchgeführt wird, dass die Drehrichtung
der Sonde 12 an der Rückseite
der Fügerichtung
JD' mit der Richtung
L übereinstimmt,
die von dem zweiten Fügeteil 52 zu
dem ersten Fügeteil 51 hin
verläuft,
die folgenden Probleme auf.
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Wie
oben erläutert,
ist, da die Menge der an der Rücklaufseite
erzeugten Reibungswärme
geringer ist, das zweite Fügeteil 52,
das an der Rücklaufseite
liegt, stark zu erweichen. Ferner ist, da das zweite Fügeteil 52 einen
Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y2' hat, der höher als der Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y1' des ersten Fügeteils 51 ist,
das zweite Fügeteil 52 stärker zu
erweichen. Infolgedessen wird die Breite H' der hinteren Fläche des Rührbereichs (die Breite der
hinteren Fläche
des Reibfügeabschnitts 55)
enger, was ein Verbleiben der Spalte 57 an dem Stoßabschnitt 53 verursachen
kann. Wenn die Spalte 57 bleiben, verschlechtert sich die
Verbindungsfestigkeit (z.B. Biegefestigkeit, Zugfestigkeit) der
Stoßverbindung.
Dementsprechend kann in Fällen,
wo diese Stoßverbindung
zum Beispiel bei einem gebogenen Material verwendet wird, die Biegung
nicht wie beabsichtigt durchgeführt
werden.
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Die
Beschreibung von Vorteilen und Nachteilen der verschiedenen Merkmale,
Ausführungsformen, Verfahren
und Vorrichtungen hierin, die in anderen Veröffentlichungen offenbart sind,
ist in keiner Weise dazu vorgesehen, die vorliegende Erfindung zu
beschränken.
Stattdessen können
bestimmte Merkmale der Erfindung geeignet sein, bestimmte Nachteile
zu bewältigen,
während
noch einige oder alle Merkmale, Ausführungsformen, Verfahren und
Vorrichtungen, die hierin offenbart sind, beibehalten werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird in Anbetracht des zuvor genannten technischen
Hintergrundes vorgenommen.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
einer Stoßverbindung
zu schaffen, das geeignet ist, die Breite einer hinteren Fläche des
Rührbereichs
(die Breite einer hinteren Fläche eines
zusammengefügten
Abschnitts) und die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen.
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Es
ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Stoßverbindung,
die mit dem zuvor genannten Verfahren hergestellt wird, ein Verfahren
zur Herstellung eines gebogenen Teils unter Verwendung des Verfahrens
zur Herstellung der Stoßverbindung,
und ein Reibrührfügeverfahren
zu schaffen, das vorzugsweise zur Herstellung der Stoßverbindung
verwendet wird.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung
einer Stoßverbindung
auf:
Anordnen zweier Fügeteile
mit unterschiedlichem Hochtemperatur-Verformungswiderstand derart,
dass sie aneinander stoßen;
und
Durchführen
von Reibrührfügen durch
Vorrücken
einer rotierenden Sonde eines Fügewerkzeugs
entlang eines Stoßabschnitts
der Fügeteile,
wobei die rotierende Sonde in den Stoßabschnitt eingesetzt ist,
wobei
das Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem einen der Fügeteile
mit einem niedrigeren Hochtemperatur-Verformungswiderstand zu dem
anderen der Fügeteile
mit einem höheren
Hochtemperatur-Verformungswiderstand
verläuft.
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Bei
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich durch
Festlegen der Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs derart, dass sie
mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an der Rückseite
der Fügerichtung
von dem einen der Fügeteile
mit einem niedrigeren Hochtemperatur-Verformungswiderstand zu dem anderen
der Fügeteile
mit einem höheren
Hochtemperatur-Verformungswiderstand verläuft, das Fügeteil mit niedrigerem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
an der Rücklaufseite.
Daher wird das Fügeteil
leicht erweicht, woraus eine vergrößerte Breite der hinteren Fläche des
Rührbereichs
(d.h. die Breite der hinteren Fläche
des Stoßabschnitts)
resultiert. Infolgedessen können
selbst im Falle, wo Spalte in dem Stoßabschnitt der Fügeteile
ausgebildet sind, die Spalte sicher mit Materialien der Fügeteile
gefüllt
werden, welches dann wieder die Verbindungsfestigkeit der erreichten
Stoßverbindung
verbessern kann. Ferner kann, da sich die Breite der hinteren Fläche des
Rührbereichs
vergrößert, selbst
wenn die eingesetzte Sonde beim Fügen nicht genau an dem Stoßabschnitt
positioniert ist, der Stoßabschnitt
in einer passenden Weise zusammengefügt, woraus ein verbesserter
Fügevorgang
resultiert.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird der Vergleich des Hochtemperatur-Verformungswiderstandes
der Fügeteile
basierend auf dem Verformungswiderstand bei der Fügetemperatur
durchgeführt.
Konkret wird in Fällen,
wo die beiden Fügeteile
aus Aluminium oder dessen Legierung hergestellt sind, der Vergleich
vorzugsweise basierend auf dem durchschnittlichen Verformungswiderstand
innerhalb des Bereichs von 200 bis 600 °C, bevorzugter 400 bis 550 °C durchgeführt. In
diesem Falle kann die Breite der hinteren Fläche des Rührbereichs sicher vergrößert werden.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung können
als die Fügeteile
zum Beispiel metallische Teile verwendet werden. Besonders kann
Aluminium oder dessen Legierung, Kupfer oder dessen Legierung bevorzugt
verwendet werden.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung
einer Stoßverbindung
auf:
Anordnen zweier Fügeteile
aus demselben Material, jedoch mit unterschiedlicher Dicke derart,
dass sie aneinander stoßen,
wobei eine Stufe an oberen Flächenseiten
der Fügeteile
ausgebildet ist; und
Durchführen
von Reibrührfügen durch
Vorrücken
einer rotierenden Sonde eines Fügewerkzeugs
entlang eines Stoßabschnitts
der Fügeteile,
wobei die rotierende Sonde in den Stoßabschnitt eingesetzt ist,
wobei
das Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem einen der Fügeteile
mit einer geringeren Dicke zu dem anderen der Fügeteile mit einer größeren Dicke
verläuft.
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Bei
dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch Festlegen
der Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt, die an der Rückseite
der Fügerichtung
von dem einen der Fügeteile
mit einer geringeren Dicke zu dem anderen der Fügeteile mit einer größeren Dicke
verläuft,
das dünnere
Fügeteil
an der Rücklaufseite
positioniert, woraus eine vergrößerte Breite
der hinteren Fläche
des Rührbereichs
resultiert.
-
Dementsprechend
kann dieselbe Funktion wie bei dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung erreicht werden.
-
Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung
einer Stoßverbindung
auf:
Anfertigen eines ersten Fügeteils mit einem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y1 und einer Dicke t1 und eines zweiten Fügeteils mit einem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 und einer Dicke t2; und
Durchführen von Reibrührfügen durch
Vorrücken
einer rotierenden Sonde eines Fügewerkzeugs
entlang eines Stoßabschnitts
der Fügeteile,
wobei die rotierende Sonde in den Stoßabschnitt eingesetzt ist,
wobei
in Fällen,
wo die Fügeteile
in einer aneinander stoßenden
Weise in einem Zustand angeordnet sind, in welchem die Fügeteile
eine Beziehung von (Y1 × t1) > (Y2 × t2) erfüllen, das
Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem zweiten Fügeteil
zu dem ersten Fügeteil
verläuft,
und
wobei in Fällen,
wo die Fügeteile
in einer aneinander stoßenden
Weise in einem Zustand angeordnet sind, in welchem die Fügeteile
eine Beziehung von (Y1 × t1) < (Y2 × t2) erfüllen, das
Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem ersten Fügeteil
zu dem zweiten Fügeteil
verläuft.
-
Bei
dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Festlegen
der Drehrichtung der Sonde unter Berücksichtigung sowohl des Hochtemperatur- Verformungswiderstandes
als auch der Dicke der Fügeteile
die Breite der hinteren Fläche
des Rührbereichs
vergrößert werden.
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Bei
dem ersten bis dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es
bevorzugt, dass die Stoßverbindung
ein Teil ist, das als ein Biegebearbeitungsmaterial zu verwenden
ist.
-
Ferner
ist es bei dem ersten bis dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
bevorzugt, dass die Stoßverbindung
ein Teil ist, das als ein zugeschnittenes Rohteil für die Herstellung
von Kraftfahrzeugteilen zu verwenden ist.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Stoßverbindung eine ausgezeichnete Biegbarkeit
und wird durch das Herstellungsverfahren erreicht, das in einem
der zuvor genannten ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden
Erfindung aufgeführt
ist.
-
Mit
dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei der Stoßverbindung,
die durch das Verfahren zur Herstellung der Stoßverbindung gemäß einem
der ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden Erfindung erreicht
wird, die Spalte, die in dem Stoßabschnitt ausgebildet sind,
sicher mit Materialien der Fügeteile gefüllt. Daher
ist die Stoßverbindung
ausgezeichnet in der Biegbarkeit. Infolgedessen kann beim Durchführen eines
Biegevorgangs an der Stoßverbindung
die Erzeugung von Biegebearbeitungsfehlern verhindert werden, woraus
ein hochqualitatives Biegeteil resultiert.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung führt
ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Teils einen Biegevorgang
an der Stoßverbindung
durch, die durch das Herstellungsverfahren erreicht wird, das in
einem der zuvor genannten ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden
Erfindung aufgeführt
ist.
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Mit
diesem Herstellungsverfahren kann ein gebogenes Teil mit hoher Qualität aus denselben
Gründen wie
bei dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
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Bei
dem fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Art der Biegebearbeitung
nicht auf eine spezielle begrenzt, und die Biegebearbeitung kann
eine Pressbiegebearbeitung oder verschiedenartige Biegebearbeitung
unter Verwendung von Pressformen, Gesenken oder Walzen sein.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stoßverbindung eine Verbindung, die
durch einstöckiges
Zusammenfügen
zweier aneinander stoßender
Fügeteile
mit einem Reibrührfügeverfahren
gebildet wird,
wobei das eine der Fügeteile einen Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y1 und eine Dicke t1 hat und das andere der Fügeteile einen Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 und eine Dicke t2 hat, und
wobei ein unterschnittener Abschnitt
an einer Fläche
eines Reibrührfügeabschnitts
an einer Seite des einen der Fügeteile
mit einem größeren Wert
von (Y1 × t1)
oder (Y2 × t2)
ausgebildet ist.
-
Mit
dieser Stoßverbindung
wird, da der unterschnittene Abschnitt an der Fläche des Reibrührfügeabschnitts
an einer Seite des einen der Fügeteile
mit einem größeren Wert
von (Y1 × t1)
oder (Y2 × t2)
ausgebildet ist, weniger Einfluss auf die Verbindungsfestigkeit
durch den unterschnittenen Abschnitt ausgeübt, was fast keine Verschlechterung
der Verbindungsfestigkeit verursacht. Dementsprechend ist die Stoßverbindung
ausgezeichnet in der Verbindungsfestigkeit.
-
Die
Stoßverbindung
gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch das Verfahren zur Herstellung
einer Stoßverbindung
gemäß einem
der ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden Erfindung sicher
erreicht werden. Ferner kann die Stoßverbindung gemäß dem sechsten Aspekt
der vorliegenden Erfindung durch das Reibrührfügen gemäß einem der siebten bis neunten
Aspekte der vorliegenden Erfindung sicher erreicht werden.
-
Bei
dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in Fällen, wo
unterschnittene Abschnitte an der Fläche des Reibrührfügeabschnitts
an beiden Seiten des Fügeteils
mit einem größeren Wert
von (Y2 × t2)
und des Fügeteils
mit einem kleineren Wert von (Y1 × t1) ausgebildet sind, bevorzugt,
dass der unterschnittene Abschnitt, der an der Fläche des
Reibrührfügeabschnitts
an der Seite des Fügeteils
mit dem größeren Wert
ausgebildet ist, relativ größer als
der unterschnittene Abschnitt ist, der an der Fläche des Reibrührfügeabschnitts
an der Seite des Fügeteils
mit dem kleineren Wert ausgebildet ist.
-
Bei
dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt,
dass die Stoßverbindung
ein Teil ist, das als ein Biegebearbeitungsmaterial zu verwenden
ist.
-
Bei
dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt,
dass die Stoßverbindung
ein Teil ist, das als ein zugeschnittenes Rohteil für die Herstellung
von Kraftfahrzeugteilen zu verwenden ist.
-
Gemäß dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Reibrührfügeverfahren
auf:
Anordnen zweier Fügeteile
mit unterschiedlichem Hochtemperatur-Verformungswiderstand derart,
dass sie aneinander stoßen;
und
Durchführen
von Reibrührfügen durch
Vorrücken
einer rotierenden Sonde eines Fügewerkzeugs
entlang eines Stoßabschnitts
der Fügeteile,
wobei die rotierende Sonde in den Stoßabschnitt eingesetzt ist,
wobei
das Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem einen der Fügeteile
mit einem niedrigeren Hochtemperatur-Verformungswiderstand zu dem
anderen der Fügeteile
mit einem höheren
Hochtemperatur-Verformungswiderstand
verläuft.
-
Bei
dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dieselbe Funktion
wie bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
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Gemäß dem achten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Reibrührfügeverfahren
auf:
Anordnen zweier Fügeteile
aus demselben Material, jedoch mit unterschiedlicher Dicke derart,
dass sie aneinander stoßen,
wobei eine Stufe an oberen Flächenseiten
der Fügeteile
ausgebildet ist; und
Durchführen
von Reibrührfügen durch
Vorrücken
einer rotierenden Sonde eines Fügewerkzeugs
entlang eines Stoßabschnitts
der Fügeteile,
wobei die rotierende Sonde in den Stoßabschnitt eingesetzt ist,
wobei
das Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem einen der Fügeteile
mit einer geringeren Dicke zu dem anderen der Fügeteile mit einer größeren Dicke
verläuft.
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Bei
dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dieselbe Funktion
wie bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
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Gemäß dem neunten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Reibrührfügeverfahren
auf:
Anfertigen eines ersten Fügeteils mit einem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y1 und einer Dicke t1 und eines zweiten Fügeteils mit einem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 und einer Dicke t2; und
Durchführen von Reibrührfügen durch
Vorrücken
einer rotierenden Sonde eines Fügewerkzeugs
entlang eines Stoßabschnitts
der Fügeteile,
wobei die rotierende Sonde in den Stoßabschnitt eingesetzt ist,
wobei
in Fällen,
wo die Fügeteile
in einer aneinander stoßenden
Weise in einem Zustand angeordnet sind, in welchem die Fügeteile
eine Beziehung von (Y1 × t1) > (Y2 × t2) erfüllen, das
Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem zweiten Fügeteil
zu dem ersten Fügeteil
verläuft,
und
wobei in Fällen,
wo die Fügeteile
in einer aneinander stoßenden
Weise in einem Zustand angeordnet sind, in welchem die Fügeteile
eine Beziehung von (Y1 × t1) < (Y2 × t2) erfüllen, das
Reibrührfügen in einem
Zustand durchgeführt
wird, in welchem eine Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
derart festgelegt ist, dass sie mit einer Drehrichtung übereinstimmt,
die an einer Rückseite
einer Fügerichtung
von dem ersten Fügeteil
zu dem zweiten Fügeteil
verläuft.
-
Bei
dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dieselbe Funktion
wie bei dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
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Die
obigen und/oder andere Aspekte, Merkmale und/oder Vorteile von verschiedenen
Ausführungsformen
werden im Hinblick auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit
den begleitenden Figuren weiter gewürdigt. Verschiedene Ausführungsformen
können
unterschiedliche Aspekte, Merkmale und/oder Vorteile einschließen und/oder
ausschließen,
wo es anwendbar ist. Außerdem
können
verschiedene Ausführungsformen ein
oder mehrere Aspekte oder Merkmale von anderen Ausführungsformen
kombinieren, wo es anwendbar ist. Die Beschreibungen von Aspekten,
Merkmalen und/oder Vorteilen von besonderen Ausführungsformen sollten nicht
als andere Ausführungsformen
oder die Ansprüche
begrenzend ausgelegt werden.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Stoßverbindung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die den Zustand zeigt, in welchem ein
Fügevorgang
abläuft;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in welchem
eine Biegebearbeitung an der Stoßverbindung ausgeführt wird,
die durch das Herstellungsverfahren erreicht wird;
-
3 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Stoßverbindung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die den Zustand zeigt, in welchem ein
Fügevorgang
abläuft;
-
4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang der Linie A-A in 3 betrachtet;
-
5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang der Linie B-B in 3 betrachtet; und
-
6 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Stoßverbindung
gemäß einem
herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung einer Stoßverbindung, die den Zustand
zeigt, in welchem ein Fügevorgang
abläuft.
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Beste
Art zur Ausführung
der Erfindung Bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine erläuternde
Ansicht, die das Verfahren zur Herstellung einer Stoßverbindung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen „1" ein plattenartiges
erstes Fügeteil, „2" bezeichnet ein plattenartiges
zweites Fügeteil.
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Es
wird nachfolgend angenommen, dass der Hochtemperatur-Verformungswiderstand
des ersten Fügeteils 1 „Y1" ist und die Dicke „t1" ist. Es wird auch
angenommen, dass der Hochtemperatur-Verformungswiderstand des zweiten
Fügeteils 2 „Y2" ist und die Dicke „t2" ist.
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Bei
der ersten Ausführungsform
sind die Dicke t1 des ersten Fügeteils 1 und
die Dicke t2 des zweiten Fügeteils 2 auf
dieselbe festgelegt sind (d.h. t1 = t2).
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Andererseits
sind das Material des ersten Fügeteils 1 und
das des zweiten Fügeteils 2 voneinander verschieden.
Dementsprechend sind der Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y1
des ersten Fügeteils 1 und
der Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 des zweiten Fügeteils 2 voneinander
verschieden (d.h. Y1 ≠ Y2).
Im Einzelnen ist der Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y2 des
zweiten Fügeteils 2 auf
höher als
der Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y1 des ersten Fügeteils 1 festgelegt
(d.h. Y1 < Y2).
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Infolgedessen
ist, wenn das Produkt (Y1 × t1)
aus dem Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y1 des ersten Fügeteils 1 und
der Dicke t1 mit dem Produkt (Y2 × t2) aus dem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 des zweiten Fügeteils 2 und
der Dicke t2 verglichen wird, der Wert von (Y2 × t2) größer als der von (Y1 × t1) (d.h.
(Y1 × t1) < (Y2 × t2)).
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Bei
der ersten Ausführungsform
sind das erste Fügeteil 1 und
das zweite Fügeteil 2 aus
Aluminium oder dessen Legierung hergestellt, die sich im Material
voneinander unterscheiden.
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Diese
beiden Fügeteile 1 und 2 sind
in einer solchen Weise angeordnet, dass entsprechende Endflächen der
Fügeteile 1 und 2 jeweils
mit ihren hinteren Flächen
und oberen Flächen
zueinander fluchtend aneinander stoßen. In diesem Stoßzustand
werden die beiden Fügeteile 1 und 2 durch
ein Stützteil
(nicht gezeigt) von ihren hinteren Flächen abgestützt. Ferner ist an der hinteren
Fläche
des Stoßabschnitts 3 dieser
Fügeteile 1 und 2 ein
Verstärkungsteil
(nicht gezeigt) angebracht.
-
Wenigstens
eines der Fügeteile 1 und 2 (das
erste Fügeteil 1 in
der in 1 gezeigten Ausführungsform) hat eine unebene
Stoßendfläche, die
durch den Schneidvorgang oder dergleichen erzeugt wird. Daher werden
in dem Zustand, in welchem die beiden Fügeteile 1 und 2 aneinander
stoßen,
Spalte 7 infolge der unebenen Stoßendfläche an dem Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 gebildet.
In 1 ist bitte zu beachten, dass die Spalte 7 für den Zweck
der Erläuterung übertrieben
gezeigt sind.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen „10" ein Fügewerkzeug
zum Reibrührfügen. Dieses
Werkzeug 10 ist mit einem säulenartigen Rotor 11 und
einer zapfenförmigen
Sonde 12 versehen, die von der Endfläche 11a des Rotors 11 vorsteht.
Der Durchmesser der Endfläche 11a des
Rotors 11 ist auf größer als
der Durchmesser der Sonde 12 festgelegt. Der Rotor 11 und
die Sonde 12 sind aus wärmebeständigem Material hergestellt,
welches härter
als. die beiden Fügeteile 1 und 2 ist
und geeignet ist, der Reibungswärme
zu widerstehen, welche während
der Fügebearbeitung
erzeugt wird. An der Außenfläche der
Sonde 12 sind Rührvorsprünge (nicht
gezeigt) zum Rühren
des Materials der Fügeteile 1 und 2,
die durch Reibungswärme
erweicht werden, in einer spiralförmigen Weise ausgebildet.
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Bei
diesem Fügewerkzeug 10 existiert
wenigstens der äußere Umfangsendabschnitt
des Rotors 11 in der Ebene senkrecht zu der Drehachse P.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Endfläche 11a des
Rotors 11 in einer flachen Form ausgebildet. Bei der vorliegenden
Erfindung kann jedoch die Endfläche 11a des
Rotors 11 in einer konkaven Form von dem äußeren Endumfang
zu dem Drehmittelabschnitt nach innen ausgebuchtet ausgebildet sein.
-
Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Fügen
des Stoßabschnitts 3 der
Fügeteile 1 und 2 unter
Verwendung des Fügewerkzeugs 10 erläutert. Bei
dieser Ausführungsform
wird eine Stoßverbindung 20,
die durch dieses Verfahren zu erreichen ist, einer Biegebearbeitung
unterzogen (siehe 2). Konkret kann die Stoßverbindung 20 als
ein zugeschnittenes Rohteil für
die Herstellung verschiedener Kraftfahrzeugteile (z.B. Türinnenpaneele,
Rahmen, Säulen,
Kraftfahrzeugkarosserien) verwendet werden. Bei der vorliegenden
Erfindung ist jedoch die Stoßverbindung 20 nicht
auf ein Teil begrenzt, das als ein Biegebearbeitungsmaterial oder
ein zugeschnittenes Rohmaterial verwendet wird.
-
Zunächst werden,
wie in 1 gezeigt, der Rotor 11 und die Sonde 12 des
Fügewerkzeugs 10 um
die Mitte der Drehachse P in der vorbestimmten Drehrichtung (diese
Drehrichtung wird später
ausführlich
beschrieben) gedreht. Dann wird die rotierende Sonde 12 in
den Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 von
deren oberen Flächenseiten
eingesetzt. Ferner wird die Endfläche 11a des Rotors 11 derart
angeordnet, dass sie an die Endfläche der Fügeteile 1 und 2 gedrückt wird.
Das Einsetzen der Sonde 12 in den Stoßabschnitt 3 kann von
dem einen Längsende
der Fügeteile 1 und 2 durchgeführt werden.
-
Aus
diesem Zustand wird die Sonde 12 entlang des Stoßabschnitts 3 der
Fügeteile 1 und 2 vorgerückt. Entsprechend
dieser Verrückbewegung
wird der Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 an
dem Sondeneinsetzabschnitt entlang des Stoßabschnitts 3 folgend
durch die Sonde 12 zusammengefügt (geschweißt). In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen „3'" einen Stoßabschnitt,
der mittels der Sonde 12 zusammengefügt (geschweißt) ist,
und „5" bezeichnet einen
Reibrührfüge(schweiß)abschnitt,
der an dem Stoßabschnitt 3' ausgebildet
ist. „MD" bezeichnet die Bewegungs(Lauf)richtung
der Sonde 12. Bei dieser Ausführungsform stimmt die Bewegungsrichtung
MD der Sonde 12 mit der Fügerichtung „JD" überein.
-
Nun
wird die Drehrichtung der Sonde 12 des Fügewerkzeugs 10 erläutert.
-
Bei
dieser Ausführungsform
sind, wie oben erwähnt,
die Fügeteile 1 und 2 in
einer aneinander stoßenden
Weise in dem Zustand angeordnet, in welchem der Beziehungsausdruck
von (Y1 × t1) < (Y2 × t2) erfüllt ist.
Daher wird die Drehrichtung der Sonde 12 an der Rückseite
der Fügerichtung
JD auf die Drehrichtung festgelegt, die von dem ersten Fügeteil 1 zu
dem zweiten Fügeteil 2 hin
verläuft.
Dann wird während
der Drehung des Rotors 11 und der Sonde 12 in
der Drehrichtung R die Sonde 12 in den Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 eingesetzt.
Anschließend
wird die Sonde 12 entlang des Stoßabschnitts 3 vorgerückt.
-
Als
Ergebnis werden durch die Reibungswärme, die infolge der Drehung
der Sonde 12 erzeugt wird, und die Reibungswärme, die
durch die Reibung zwischen der Endfläche 11a des Rotors 11 und
den oberen Flächen
der Fügeteile 1 und 2 erzeugt
wird, die Fügeteile 1 und 2 in
dem Sondeneinsetzabschnitt und dessen Nähe erweicht. Das erweichte
Material der Fügeteile 1 und 2 wird
durch die Drehkraft der Sonde 12 verrührt. Dann läuft das erweichte Material
um die Sonde 12 herum, um die Fuge zu füllen, die durch die vorrückende Sonde 12 gebildet
wird, und erstarrt schnell durch Entweichen der Reibungswärme. Diese
Erscheinung wird entsprechend der Vorrückbewegung der Sonde 12 aufeinanderfolgend
wiederholt, wodurch die Fügeteile 1 und 2 entlang
des Sondenlaufabschnitts zusammengefügt werden, welches eine einstöckige Verbindung
der Fügeteile 1 und 2 bewirkt.
-
Bei
dem zuvor genannten Reibrührfügeverfahren
ist das erste Fügeteil 1 an
der Rücklaufseite
RE angeordnet, und der Wert von (Y1 × t1) des ersten Fügeteils 1 ist
kleiner als der Wert von (Y2 × t2)
des zweiten Fügeteils 2 (d.h.
(Y1 × t1) < (Y2 × t2)),
wie oben erwähnt
ist. Dementsprechend kann das erste Fügeteil 1 leichter
als das zweite Fügeteil 2 erweicht
werden. Infolgedessen vergrößert sich
die Breite H der hinteren Fläche des
Rührbereichs
(d.h. die Breite der hinteren Fläche
des Fügeabschnitts 5).
Daher können
die Spalte 7, die an dem Stoßabschnitt 3 der Fügeteile 1 und 2 erzeugt
werden, sicher mit den Materialien der Fügeteile 1 und 2 gefüllt werden.
Daher hat die Stoßverbindung 20,
die durch das zuvor genannte Herstellungsverfahren erreicht wird,
eine hohe Verbindungsfestigkeit.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Stoßverbindung 20 zeigt,
an welcher ein U-Formpressen (oder V-Formpressen) unter Verwendung
einer bekannten Pressmaschine durchgeführt wurde. Bei dieser Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist, wird die Stoßverbindung 20 in
einen U-förmigen
Querschnitt (oder V-förmigen
Querschnitt) entlang des Reibrührfügeabschnitts 5 derart
gebogen, dass die hintere Fläche des
Fügeabschnitts 5 nach
außen
hin ausgerichtet ist. Wie oben erwähnt, werden bei der Stoßverbindung 20 die
Spalte 7, die in dem Stoßabschnitt 3 erzeugt
werden, sicher mit den Materialien der Fügteile 1 und 2 gefüllt, und
daher hat die Stoßverbindung
eine hohe Verbindungsfestigkeit. Infolgedessen werden in Fällen, wo
die U-Formpressbiegung an der Stoßverbindung 20 durchgeführt wird,
keine Biegefehler, wie Sprünge,
in dem Fügeabschnitt 5 erzeugt,
welches ermöglicht,
ein hochqualitatives Biegeteil zu erreichen. Daher kann die Stoßverbindung 20 besonders
als ein zugeschnittenes Rohteil für Kraftfahrzeuge verwendet
werden.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung ist das Biegen nicht auf U-Formbiegen
(oder V-Formbiegen) begrenzt, und verschiedenes Biegen kann angewendet
werden.
-
Gemäß dem Verfahren
zur Herstellung dieser Stoßverbindung
kann, da die Breite H der hinteren Fläche des Rührbereichs vergrößert ist,
das Fügen
des Stoßabschnitts 3 in
einem guten Zustand durchgeführt werden,
ohne die Einsetzposition der Sonde 12 an dem Stoßabschnitt 3 genau
festzulegen. Dies ermöglicht einen
effizienten Fügevorgang.
-
3 bis 5 veranschaulichen
ein Verfahren zur Herstellung einer Stoßverbindung gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In diesen Figuren werden den entsprechenden
Teilen dieselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform
zugeteilt. Nachfolgend werden hauptsächlich die Unterschiede zwischen
der zweiten Ausführungsform
und der ersten Ausführungsform
erläutert.
-
Bei
dieser zweiten Ausführungsform
sind die Dicke t1 des ersten Fügeteils 1 und
die Dicke t2 des zweiten Fügeteils 2 voneinander
verschieden (d.h. t1 ≠ t2).
Im Einzelnen ist die Dicke t2 des zweiten Fügeteils 2 auf größer als
die Dicke t1 des ersten Fügeteils 1 festgelegt
(d.h. t1 < t2).
-
Andererseits
sind das Material des ersten Fügeteils 1 und
das des zweiten Fügeteils 2 dieselben
(d.h. Y1 = Y2).
-
Infolgedessen
ist, wenn das Produkt (Y1 × t1)
aus dem Hochtemperatur-Verformungswiderstand Y1 des ersten Fügeteils 1 und
der Dicke t1 mit dem Produkt (Y2 × t2) aus dem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 des zweiten Fügeteils 2 und
der Dicke t2 verglichen wird, der Wert von (Y2 × t2) größer als der von (Y1 × t1) (d.h.
(Y1 × t1) < (Y2 × t2)).
-
Bei
dieser zweiten Ausführungsform
sind das erste Fügeteil 1 und
das zweite Fügeteil 2 aus
Aluminium oder dessen Legierung aus demselben Material hergestellt.
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Diese
beiden Fügeteile 1 und 2 sind
in einer solchen Weise angeordnet, dass entsprechende Endflächen der
Fügeteile 1 und 2 mit
ihren hinteren Flächen
zueinander fluchtend aneinander stoßen. Daher wird ein Stufenabschnitt
entsprechend der Differenz der Dicke an den oberen Flächenseiten
der Fügeteile 1 und 2 gebildet.
In 4 bezeichnet das Bezugszeichen „4" den Stufenabschnitt,
und „4a" bezeichnet den Eckenabschnitt
des Stufenabschnitts 4.
-
Die übrige Struktur
dieser Fügeteile 1 und 2 ist
dieselbe wie die der ersten Ausführungsform.
Das heißt,
in 3 und 4 bezeichnet das Bezugszeichen „7" einen Spalt, der
an dem Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 ausgebildet
ist.
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Die
Struktur des Fügewerkzeugs 10 ist
dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform,
und daher wird die überschneidende
Erläuterung
weggelassen.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Fügen
des Stoßabschnitts 3 der
Fügeteile 1 und 2 unter
Verwendung des Fügewerkzeugs 10 erläutert.
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Zunächst werden
der Rotor 11 und die Sonde 12 des Fügewerkzeugs 10 um
die Mitte der Drehachse P in der vorbestimmten Drehrichtung (diese
Drehrichtung wird später
ausführlich
beschrieben) gedreht. Dann wird die rotierende Sonde 12 in
den Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 von
deren oberen Flächenseiten eingesetzt,
wobei die rotierende Sonde 12 zu der Seite des ersten Fügeteils
hin geneigt ist. Ferner wird die Endfläche 11a des Rotors 11 derart angeordnet,
dass sie an die Fläche
der Fügeteile 1 und 2 gedrückt wird. Bei
dieser zweiten Ausführungsform
ist die Endfläche 11a des
Rotors 11 derart angeordnet, dass sie auf den Schulterabschnitt
(siehe 4, „2a") gedrückt wird,
der von dem Stoßabschnitt 3 nach
oben vorsteht. Das Einsetzen der Sonde 12 in den Stoßabschnitt 3 kann
von dem einen Längsende
der Fügeteile 1 und 2 durchgeführt werden.
Ferner kann nach dem Einsetzen der Sonde 12 in den Stoßabschnitt 3 die
Drehachse P zu der Seite des ersten Stoßabschnitts hin geneigt werden.
Alternativ kann ohne Neigung der Drehachse P der zuvor genannte
Neigungszustand durch Neigung der Fügeteile 1 und 2 realisiert
werden.
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Aus
diesem Zustand wird die Sonde 12 entlang des Stoßabschnitts 3 der
Fügeteile 1 und 2 vorgerückt. Entsprechend
dieser Verrückbewegung
wird der Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 an
dem Sondeneinsetzabschnitt entlang des Stoßabschnitts 3 folgend
durch die Sonde 12 zusammengefügt (geschweißt).
-
Als
Ergebnis werden durch die Reibungswärme, die infolge der Drehung
der Sonde 12 erzeugt wird, und die Reibungswärme, die
durch die Reibung zwischen der Endfläche 11a des Rotors 11 und
dem Schulterabschnitt 2a des zweiten Fügeteils 2 erzeugt
wird, die Fügeteile 1 und 2 in
dem Sondeneinsetzabschnitt und dessen Nähe erweicht. Ferner wird der
Schulterabschnitt 2a des zweiten Fügeteils 2 mittels
der Endfläche 11a des
Rotors 11 gedrückt,
und daher wird die Fläche
des Schulterabschnitts 2a zu einer geneigten Fläche plastisch
verformt. Infolge der plastischen Verformung des Schulterabschnitts 2a füllt ein
Teil des Materials des Schulterabschnitts 2a den Eckenabschnitt 4a des
Stufenabschnitts 4.
-
Das
durch die Reibungswärme
erweichte Material der Fügeteile 1 und 2 wird
durch die Drehkraft der Sonde 12 verrührt, wobei der Schulterabschnitt 2a verformt
wird. Dann läuft
das erweichte Material um die Sonde 12 herum, um die Fuge
zu füllen,
die durch die vorrückende
Sonde 12 gebildet wird, und erstarrt schnell durch Entweichen
der Reibungswärme.
Diese Erscheinung wird entsprechend der Vorrückbewegung der Sonde 12 aufeinanderfolgend
wiederholt, wodurch die Fügeteile 1 und 2 entlang
des Sondenlaufabschnitts zusammengefügt werden, welches eine einstöckige Verbindung
der Fügeteile 1 und 2 bewirkt.
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Nun
wird die Drehrichtung der Sonde 12 des Rotors 11 erläutert.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden, wie oben erwähnt,
die Fügeteile 1 und 2 in
einer aneinander stoßenden
Weise in dem Zustand angeordnet, in welchem der Beziehungsausdruck
von (Y1 × t1) < (Y2 × t2) erfüllt ist.
Daher wird die Drehrichtung der Sonde 12 an der Rückseite
der Fügerichtung
JD auf die Drehrichtung festgelegt, die von dem ersten Fügeteil 1 zu
dem zweiten Fügeteil 2 hin
verläuft.
Dann wird während
der Drehung des Rotors 11 und der Sonde 12 in
der Drehrichtung R die Sonde 12 entlang des Stoßabschnitts 3 vorgerückt, um
das zuvor genannte Reibrührfügen durchzuführen.
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Bei
dem Reibrührfügeverfahren
ist das erste Fügeteil 1 an
der Rücklaufseite
RE angeordnet, und der Wert von (Y1 × t1) des ersten Fügeteils 1 ist
kleiner als der Wert von (Y2 × t2)
des zweiten Fügeteils 2 (d.h. (Y1 × t1) < (Y2 × t2)).
Dementsprechend kann das erste Fügeteil 1 leichter
als das zweite Fügeteil 2 erweicht werden.
Infolgedessen vergrößert sich
die Breite H der hinteren Fläche
des Rührbereichs.
Daher können
die Spalte 7, die an dem Stoßabschnitt 3 der Fügeteile 1 und 2 erzeugt
werden, sicher mit den Materialien der Fügeteile 1 und 2 gefüllt werden.
Daher hat die Stoßverbindung 20,
die durch das zuvor genannte Herstellungsverfahren erreicht wird,
eine hohe Verbindungsfestigkeit in derselben Weise wie bei der ersten
Ausführungsform.
Ferner werden selbst in Fällen,
wo U-Formpressbiegen
(oder V-Formpressbiegen) unter Verwendung einer bekannten Pressmaschine
an der Stoßverbindung
durchgeführt
wird, fast keine Formungsmängel an
dem Fügeabschnitt 5 erzeugt,
welches ein hochqualitatives Biegeteil ermöglicht.
-
Besonders
hat dieses Verfahren zur Herstellung der Stoßverbindung die folgenden überlegenen
Vorteile. Das heißt,
wie oben erwähnt,
wird die Endfläche 11a des
Rotors 11 des Fügewerkzeugs 10 mit
der Endfläche
zu dem ersten Fügeteil 1 geneigt
angeordnet, und die Endfläche 11a des
Rotors 11 wird derart angeordnet, dass sie an den Schulterabschnitt 2a des
zweiten Fügeteils 2 gedrückt werden
kann. Daher wird die Fläche
des Fügeabschnitts 5 zu
einer geneigten Fläche
ausgebildet, welche die obere Fläche
des ersten Fügeteils 1 und
die des zweiten Fügeteils 2 überbrückt. Als
Ergebnis kann selbst in Fällen,
wo ein Biegevorgang an dieser Stoßverbindung durchgeführt wird,
die Spannungskonzentration, welche dazu tendiert, in dem Stufenabschnitt
(siehe 4, „4") beim Biegen erzeugt
zu werden, verringert werden. Dementsprechend ist die Stoßverbindung
extrem hervorragend bei der Biegebearbeitung. Daher kann in Fällen, wo
das Biegen an dieser Stoßverbindung
durchgeführt
wird, ein Biegeteil mit extrem hoher Qualität erreicht werden.
-
Ferner
wird, wie in 5 gezeigt, bei dieser Stoßverbindung
ein unterschnittener Abschnitt 8 an einem Abschnitt benachbart
zu dem zweiten Fügeteil 2 an
der Fläche
des Fügeabschnitts 5 gebildet.
Jedoch übt,
da der Wert von (Y2 × t2)
des zweiten Fügeteils 2 größer als
der Wert von (Y1 × t1)
des ersten Fügeteils 1 ist,
bei dieser Stoßverbindung
der unterschnittene Abschnitt 8 einen geringen Einfluss
auf die Verbindungsfestigkeit auf, woraus fast keine Verschlechterung
der Verbindungsfestigkeit resultiert. Daher behält diese Stoßverbindung
die hervorragende Verbindungsfestigkeit. In 5 ist der
unterschnittene Abschnitt 8 für den Zweck der Erläuterung übertrieben
dargestellt.
-
Die
anderen Vorteile des Verfahren zur Herstellung der Stoßverbindung
dieser zweiten Ausführungsform
sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform, und daher wird
die Erläuterung
weggelassen.
-
Bei
den zuvor genannten Herstellungsverfahren der ersten und zweiten
Ausführungsform
sind die beiden Fügeteile 1 und 2 in
einem Zustand angeordnet, dass der Beziehungsausdruck von (Y1 × t1) < (Y2 × t2) erfüllt ist.
Im Gegensatz dazu ist jedoch in Fällen, wo die Fügeteile 1 und 2 in
einem Zustand angeordnet sind, dass der Beziehungsausdruck von (Y1 × t1) > (Y2 × t2) erfüllt ist,
die Drehrichtung der Sonde 12 an der Rückseite der Fügerichtung
JD derart festgelegt, dass sie mit der Drehrichtung übereinstimmt,
die von dem zweiten Fügeteil 2 zu
dem ersten Fügeteil 1 hin
verläuft.
Dies ermöglicht,
die zuvor genannten Wirkungen zu erreichen. Das Fügeverfahren
in diesem Falle ist dasselbe wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform,
und daher wird die überschneidende
Erläuterung
weggelassen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor genannten Ausführungsformen
begrenzt und kann in verschiedenen Weisen verändert werden.
-
Zum
Beispiel wird bei den zuvor genannten Ausführungsformen das Fügen des
Stoßabschnitts 3 des ersten
und zweiten Fügeteils 1 und 2 durch
Vorrücken
der rotierenden Sonde 12 durchgeführt, die von der oberen Flächenseite
der Fügeteile 1 und 2 in
den Stoßabschnitt 3 eingesetzt
wird, wobei das erste und zweite Fügeteil 1 und 2 fixiert
sind. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedoch das Fügen des Stoßabschnitts 3 des ersten
und zweiten Fügeteils 1 und 2 durch
Vorrücken
des ersten und zweiten Fügeteils 1 und 2 gegen
die rotierende Sonde 12 durchgeführt werden, wobei die rotierende
Sonde 12, die von der oberen Flächenseite der Fügeteile 1 und 2 in
den Stoßabschnitt 3 eingesetzt
ist, fixiert ist. In diesem Falle ist die Richtung entgegengesetzt
zu der Vorlaufrichtung der Fügeteile 1 und 2 die
Fügerichtung.
-
Als
nächstes
werden konkrete Beispiele und Bezugsbeispiele erläutert.
-
Beispiel 1
-
Ein
flaches, plattenförmiges
erstes Fügeteil
aus Aluminiumlegierung (JIS-A6061-T6, Dicke t1 = 2mm) und ein flaches,
plattenförmiges
zweites Fügeteil
aus Aluminiumlegierung (JIS-A5083-0, Dicke t2 = 2mm) wurden angefertigt.
-
Es
ist allgemein bekannt, dass der durchschnittliche Verformungswiderstand
von A6061-T6 in dem Temperaturbereich von 400 bis 550 °C geringer
als der von A5083-0 in demselben Temperaturbereich ist. Demzufolge
ist in dem zuvor genannten Temperaturbereich das Produkt aus dem
Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y1 und der Dicke t1 des ersten Fügeteils 1,
d.h. der Wert (Y1 × t1)
kleiner als das Produkt aus dem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
Y2 und der Dicke t2 des zweiten Fügeteils 2, d.h. der
Wert (Y2 × t2)
(d.h. (Y1 × t1) < (Y2 × t2)).
-
Andererseits
wurde als ein Fügewerkzeug 10 ein
Fügewerkzeug
angefertigt, das eine Endfläche 11a eines
Rotors 11, deren Durchmesser 12 mm ist, und eine Sonde 12 mit
einem Durchmesser von 5 mm aufweist.
-
Die
zuvor genannten Fügeteile 1 und 2 wurden
in einer aneinander stoßenden
Weise mit deren hinteren Flächen
und deren oberen Flächen
jeweils zueinander fluchtend angeordnet.
-
Dann
wurden die Drehrichtung des Rotors 11 des Fügewerkzeugs 10 und
die der Sonde 12 derart festgelegt, dass sie mit der Drehrichtung
R übereinstimmen,
die an der Rückseite
der Fügerichtung
JD von dem ersten Fügeteil 1 zu
dem zweiten Fügeteil 2 verläuft. Dann
wurde entsprechend den Fügevorgängen, die
bei der ersten Ausführungsform
gezeigt sind, der Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 zusammengefügt.
-
Dementsprechend
wurde bei diesem Beispiel 1 das erste Fügeteil 1 an der Rücklaufseite
RE angeordnet, und das zweite Fügeteil 2 wurde
an der Vorlaufseite angeordnet.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Die
Drehrichtung des Rotors 11 des Fügewerkzeugs 10 und
die der Sonde 12 wurden derart festgelegt, dass sie mit
der Drehrichtung übereinstimmen,
die an der Rückseite
der Fügerichtung
JD von dem zweiten Fügeteil 2 zu
dem ersten Fügeteil 1 verläuft, und
der Stoßabschnitt 3 des
ersten Fügeteils 1 und
des zweiten Fügeteils 2 wurde
zusammengefügt.
-
Die
anderen Fügebedingungen
waren dieselben wie bei dem Beispiel 1.
-
Dementsprechend
wurde bei diesem Vergleichsbeispiel 1 das zweite Fügeteil 2 an
der Rücklaufseite RE
angeordnet, und das erste Fügeteil 1 wurde
an der Vorlaufseite angeordnet.
-
Beispiel 2
-
Ein
flaches, plattenförmiges
erstes Fügeteil
aus Aluminiumlegierung (JIS-A5052-0, Dicke t1 = 1mm) und ein flaches,
plattenförmiges
zweites Fügeteil
aus Aluminiumlegierung (JIS-A5052-0, Dicke t2 = 2mm) wurden angefertigt.
-
Da
das Material des ersten Fügeteils 1 und
das des zweiten Fügeteils 2 dieselben
sind, war der Wert (Y1 × t1)
des ersten Fügeteils 1 kleiner
als der Wert von (Y2 × t2)
(d.h. (Y1 × t1) < (Y2 × t2)).
-
Die
zuvor genannten Fügeteile 1 und 2 wurden
in einer aneinander stoßenden
Weise mit deren hinteren Flächen
zueinander fluchtend angeordnet. Dann wurden die Drehrichtung des
Rotors 11 des Fügewerkzeugs 10 und
die der Sonde 12 derart festgelegt, dass sie mit der Drehrichtung
R übereinstimmen,
die an der Rückseite
der Fügerichtung
JD von dem ersten Fügeteil 1 zu
dem zweiten Fügeteil 2 verläuft. Dann
wurde entsprechend den Fügevorgängen, die
bei der zweiten Ausführungsform
gezeigt sind, der Stoßabschnitt 3 der
Fügeteile 1 und 2 zusammengefügt. Als
das Fügewerkzeug
wurde dasselbe Fügewerkzeug
wie bei der ersten Ausführungsform
verwendet.
-
Dementsprechend
wurde bei diesem zweiten Beispiel 2 das erste Fügeteil 1 an der Rücklaufseite
RE angeordnet, und das zweite Fügeteil 2 wurde
an der Vorlaufseite angeordnet.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
Die
Drehrichtung des Rotors 11 des Fügewerkzeugs 10 und
die der Sonde 12 wurden derart festgelegt, dass sie mit
der Drehrichtung übereinstimmen,
die an der Rückseite
der Fügerichtung
JD von dem zweiten Fügeteil 2 zu
dem ersten Fügeteil 1 verläuft, und
der Stoßabschnitt 3 des
ersten Fügeteils 1 und
des zweiten Fügeteils 2 wurde
zusammengefügt.
Die anderen Fügebedingungen
waren dieselben wie bei dem Beispiel 2.
-
Dementsprechend
wurde bei diesem Vergleichsbeispiel 2 das zweite Fügeteil 2 an
der Rücklaufseite RE
angeordnet, und das erste Fügeteil 1 wurde
an der Vorlaufseite angeordnet.
-
Verbindungsergebnisse
-
Jede
Breite H der hinteren Fläche
des Rührbereichs
der jeweils durch das Beispiel 1, das Vergleichsbeispiel 1, das
Beispiel 2 und das Vergleichsbeispiel 2 erreichten Stoßverbindungen
wurde gemessen. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
-
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt, ist die Breite H der hinteren Fläche des
Rührbereichs
der jeweils durch Beispiel 1 und Beispiel 2 erreichten Stoßverbindungen
größer als
die der jeweils durch Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel
2 erreichten Stoßverbindungen.
Dementsprechend wird bestätigt,
dass das Verfahren zur Herstellung der Stoßverbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung die Breite der hinteren Fläche des Rührbereichs vergrößern kann.
-
Ferner
wurde, obwohl U-Formpressen an den jeweils in Beispiel 1 und Beispiel
2 erreichten Stoßverbindungen
durchgeführt
wird, kein Bearbeitungsfehler erzeugt, und ein hochqualitatives
Biegeteil wurde erreicht.
-
Die
Wirkungen der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst
werden.
-
Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da das Reibrührfügen mit
der Drehrichtung der Sonde des Fügewerkzeugs
in Übereinstimmung
mit der vorbestimmten Richtung durchgeführt wird, die Breite der hinteren
Fläche
des Rührbereichs
(Breite der hinteren Fläche
des Fügeabschnitts)
vergrößert werden.
Daher können
selbst in Fällen,
wo Spalte in dem Stoßabschnitt
der Fügeteile
ausgebildet sind, die Spalte sicher mit den Materialien der Fügeteile
gefüllt
werden, welches dann wieder die Verbindungsfestigkeit der Stoßverbindung
verbessern kann. Ferner kann, da die Breite der hinteren Fläche des
Rührbereichs
vergrößert werden
kann, selbst wenn die eingesetzte Sonde beim Fügen nicht genau an dem Stoßabschnitt
positioniert ist, der Stoßabschnitt
in einer passenden Weise zusammengefügt werden, woraus ein effizienter
Fügevorgang
resultiert.
-
Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung können dieselben Wirkungen wie
bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
-
Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da die Drehrichtung der
Sonde im Hinblick auf sowohl den Hochtemperatur-Verformungswiderstand
als auch die Dicke der Fügeteile
festgelegt ist, die Breite der hinteren Fläche des Rührbereichs sicher vergrößert werden.
Dementsprechend kann die Verbindungsfestigkeit der Stoßverbindung
sicher, erhöht
werden, und der Fügevorgang
kann effizienter durchgeführt werden.
-
Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugung von Biegebearbeitungsfehlern
sicher verhindert werden, was ein hochqualitatives Biegeteil bewirkt.
-
Gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung kann ein hochqualitatives Biegeteil erreicht werden.
-
Gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein unterschnittener Abschnitt
an dem Abschnitt des Fügeteils,
dessen Produkt aus Y1(Y2) und t1(t2) größer als das Produkt aus Y2(Y1)
und t2(t1) des anderen Fügeteils
ist, an der Reibrührfügefläche ausgebildet,
was weniger Verschlechterung der Verbindungsfestigkeit bewirkt.
Infolgedessen kann eine Stoßverbindung
mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit geschaffen werden.
-
Gemäß dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung können dieselben Wirkungen wie
bei der ersten Ausführungsform
erreicht werden.
-
Gemäß dem achten
Aspekt der vorliegenden Erfindung können dieselben Wirkungen wie
bei der zweiten Ausführungsform
erreicht werden.
-
Gemäß dem neunten
Aspekt der vorliegenden Erfindung können dieselben Wirkungen wie
bei der dritten Ausführungsform
erreicht werden.
-
Während erläuternde
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hierin beschrieben wurden, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen,
die hierin beschrieben sind, begrenzt, umfasst jedoch beliebige
und alle Ausführungsformen
mit Modifikationen, Auslassungen, Kombinationen (z.B. von Aspekten über verschiedene
Ausführungsformen),
Anpassungen und/oder Abänderungen,
wie von einem in der Technik Erfahrenen basierend auf der vorliegenden
Erfindung erkannt werden würde.
Die Beschränkungen
in den Ansprüchen
sind basierend auf der in den Ansprüchen verwendeten Sprache breit
zu interpretieren und nicht auf Beispiele zu beschränken, die
in der vorliegenden Beschreibung oder während der Weiterverfolgung
der Anmeldung beschrieben werden, welche Beispiele als nicht ausschließlich auszulegen
sind. Zum Beispiel ist in der vorliegenden Offenbarung der Begriff „vorzugsweise" nicht ausschließend und
bedeutet „vorzugsweise,
aber nicht darauf beschränkt". Beschränkungen
von Mittel-plus-Wirkung oder Schritt-plus-Wirkung werden nur angewendet,
wo für
eine besondere Anspruchsbeschränkung
alle der folgenden Bedingungen in dieser Beschränkung vorhanden sind: a) „Mittel
zum" oder „Schritt
zum" wird ausdrücklich vorgetragen;
b) eine entsprechende Wirkung wird ausdrücklich vorgetragen; und c)
Struktur, Material oder Vorgänge,
welche die Struktur stützen,
werden nicht vorgetragen.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Das
Verfahren zur Herstellung der Stoßverbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann bei der Herstellung eines metallischen Teils für die Verwendung
bei Transportvorrichtungen, elektrischen Haushaltsgeräten, Industrieausrüstungen
oder dergleichen verwendet werden. Die Stoßverbindung kann vorzugsweise als
ein solches metallisches Teil verwendet werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Zwei
Fügeteile
(1, 2) mit unterschiedlichem Hochtemperatur-Verformungswiderstand
sind in einer aneinander stoßenden
Weise angeordnet. Die Drehrichtung einer Sonde (12) eines
Fügewerkzeugs
(10) ist derart festgelegt, dass sie mit einer Drehrichtung
R übereinstimmt,
die von dem Fügeteil
(1) mit einem niedrigeren Hochtemperatur-Verformungswiderstand
zu dem Fügeteil
(2) mit einem höheren
Hochtemperatur-Verformungswiderstand
verläuft.
Dann wird die rotierende Sonde (12) in einen Stoßabschnitt
(3) der Fügeteile
(1, 2) eingesetzt. Die Sonde (12) wird
entlang des Stoßabschnitts
(3) vorgerückt,
wobei die Sonde (12) in dem Stoßabschnitt (3) eingesetzt
ist, um das Reibrührfügen durchzuführen. Als
Ergebnis kann eine Stoßverbindung
mit hoher Verbindungsfestigkeit erreicht werden.