DE112006003552B4

DE112006003552B4 - Rührreibpunktschweissvorrichtung

Info

Publication number: DE112006003552B4
Application number: DE112006003552T
Authority: DE
Inventors: Woong-Seong Pohang Chang; Young-Gak Pohang Kwon; Chang-Kun Pohang Chun; Tae-Sung Changwon Roh
Original assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Current assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2026-11-25
Also published as: DE112006003552T5; KR100711778B1; JP2009521331A; CN101389438A; WO2007074974A1; JP4940246B2

Abstract

Rührreibpunktschweißvorrichtung, die Folgendes aufweist:
einen Rahmen;
ein Gehäuse, das obere und untere Vorschubmuttern umfasst, wobei das Gehäuse so in den Rahmen eingebaut ist, dass es in einer vertikalen Richtung beweglich ist;
eine Drehwellenspindel, die in das Gehäuse eingebaut ist, das ein Drehwerkzeug zum Rührreibpunktschweißen enthält;
eine Drehwellenantriebsvorrichtung, die eine Antriebskraft zur Drehung der Drehwellenspindel bereitstellt, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung am Rahmen befestigt ist;
ein Kraftübertragungsglied, das die Antriebskraft der Drehwellenantriebsvorrichtung auf die Drehwellenspindel überträgt;
eine Vorschubschnecke, die mit den oberen und unteren Vorschubmuttern des Gehäuses in Eingriff ist; und
eine Vorschubschneckenantriebsvorrichtung, welche die Vorschubschnecken dreht, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel im Rahmen befestigt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rührreibpunktschweißvorrichtung, und im Spezielleren auf eine Rührreibpunktschweißung zur Verbindung sich überlappender, zu bearbeitender Objekte unter Nutzung von Reibungswärme zwischen den Objekten und einem Drehwerkzeug.
STAND DER TECHNIK
Leichtgewichtige Legierung, die sich eines Leichtwerkstoffs wie etwa Aluminium oder Magnesium bedient, wird weitverbreitet auf verschiedenen industriellen Gebieten wie auf dem Gebiet des Hoch- und Tiefbaus und der Bautechnik und bei Fortbewegungsmitteln wie Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen eingesetzt. Um verschiedene Apparate und Strukturen unter Verwendung von Leichtlegierung zu produzieren/herzustellen, müssen die Leichtlegierungen in vielen Fällen durch Schweißen verbunden werden.
Dementsprechend wurde ein technisches Verfahren zum Schweißen von Leichtlegierung umfassend erforscht. Vor kurzem wurde das Rührreibschweißen (FSW – friction stir welding) in einer internationalen Patentveröffentlichungsschrift offenbart (Internationales Patent Nr. WO 93/10935 A1 ; Anmelder: THE WELDING INSTITUTE).
Das Rührreibschweißverfahren wird kurz mit Bezug auf das vorstehend erwähnte Dokument beschrieben. Beim Rührreibschweißverfahren sind zwei zu bearbeitende Objekte miteinander in Kontakt und werden unter Nutzung von Reibungswärme verbunden, die erzeugt wird, wenn ein Werkzeug entlang der Grenzfläche zwischen den beiden Objekten vorrückt, und indem eine Plastifizierungserscheinung genutzt wird, die in den Objekten entsteht.
Seit einiger Zeit nehmen die Bestrebungen zu, das Rührreibschweißverfahren einzusetzen/zu verbessern.
Zum Beispiel ist ein Rührreibpunktschweißverfahren weithin als ein weiteres Schweißverfahren bekannt, das sich vom Rührreibschweißverfahren ableitet.
Beim Rührreibpunktschweißverfahren werden die Objekte verschweißt, indem das Objekt an einem Punkt, wobei das Drehwerkzeug auf das Objekt zu bewegt wird, in einer Rührbewegung bearbeitet und ein Teil der Rührreibpunktschweißwirkung im Hinblick auf eine Überlappverbindung genutzt wird.
Das vorstehend erwähnte Rührreibpunktschweißverfahren wird bewerkstelligt, indem ein Widerstandspunktschweißverfahren mit einem Rührreibschweißverfahren kombiniert wird, und wird als weiteres Schweißverfahren anerkannt, das sich vom Rührreibschweißen unterscheidet.
In der Vergangenheit wurde eine Rührreibpunktschweißvorrichtung, die so gebaut ist, dass eine Antriebsvorrichtung zum Drehendes Drehwerkzeugs, zum Beispiel ein Motor, auf derselben Welle wie das Drehwerkzeug angebracht ist und sich zusammen mit dem Drehwerkzeug in einer vertikalen Richtung dreht, als Schweißvorrichtung zum Durchführen des Rührreibpunktschweißverfahrens offenbart.
Jedoch ist es von Nachteil, dass eine Belastung der zuvor erwähnten Rührreibpunktschweißvorrichtung hoch ist.
Um das vorstehend erwähnnte Problem zu lösen, wurde in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung JP 2002-13706.7 A (nachfolgend als 'Kawasaki-Patent' bezeichnet) eine Rührreibpunktschweißvorrichtung offenbart, bei der eine Antriebsvorrichtung zum Drehen einer Hauptwelle, an der ein Drehwerkzeug in einem feststehenden Rahmen angebracht ist, und die Antriebswelle der Antriebsvorrichtung durch einen Zahnriemen oder eine Zahnkette mit der Spindel der Hauptwelle verbunden ist.
Bei der vorstehend erwähnten Schweißvorrichtung wird die Antriebskraft der Antriebsvorrichtung durch den Zahnriemen oder die Zahnkette auf die Spindel der Hauptwelle übertragen, und dementsprechend wird die Hauptwelle in Drehung versetzt. Auf diese Weise kann die Belastung der Schweißvorrichtung im Vergleich zur bestehenden Rührreibpunktschweißvorrichtung gesenkt werden.
Jedoch wird bei der Rührreibpunktschweißvorrichtung des Kawasaki-Patents der Zahnriemen oder die Zahnkette dazu verwendet, die Hauptwelle in der vertikalen Richtung zu bewegen.
Entsprechend wird die Hauptwelle, wenn die Rührreibpunktschweißvorrichtung des Kawasaki-Patents über eine lange Zeit in Einsatz war, auf Grund einer Seitenbelastung verformt, die durch den Zahnriemen oder die Zahnkette verursacht wird, oder es entsteht ein Spiel des Zahnriemens oder der Zahnkette. Deshalb ist es unmöglich, die Höhe der Hauptwelle genau zu regeln.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Ziel der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Rührreibpunktschweißvorrichtung bereit, die in der Lage ist, die Belastung der Rührreibpunktschweißvorrichtung zu senken und die Höhe der Hauptwelle, an der ein Drehwerkzeug angebracht ist, genau zu regeln.
Technische Lösung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rührreibpunktschweißvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Rahmen; ein Gehäuse, das obere und untere Vorschubmuttern umfasst, wobei das Gehäuse so in den Rahmen eingebaut ist, dass es in einer vertikalen Richtung beweglich ist; eine Drehwellenspindel, die in das Gehäuse eingebaut ist, das ein Drehwerkzeug zum Rührreibpunktschweißen enthält; eine Drehwellenantriebsvorrichtung, die eine Antriebskraft zur Drehung der Drehwellenspindel bereitstellt, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung am Rahmen befestigt ist; ein Kraftübertragungsglied, das die Antriebskraft der Drehwellenantriebsvorrichtung auf die Drehwellenspindel überträgt; eine Vorschubschnecke, die mit den oberen und unteren Vorschubmuttern des Gehäuses in Eingriff ist; und eine Vorschubschneckenantriebsvorrichtung, welche die Vorschubschnecken dreht, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel im Rahmen befestigt ist.
Im vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Rahmen eine erste bis dritte Platte umfassen. In diesem Fall kann die Drehwellenspindel durch die erste Platte angebracht sein, und das Gehäuse kann durch die zweite und dritte Platte angebracht sein.
Weiterhin kann eine Vorschubschneckenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel angebracht sein, die Vorschubschnecke, die über eine Direktkopplung mit der Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angetrieben wird, kann durch die erste Platte, die oberen und unteren Vorschubmuttern, die zweite und dritte Platte angebracht sein.
Weiterhin kann die Drehwellenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angebracht sein.
Weiterhin kann der Rahmen ein Stützteil umfassen, auf dem zu bearbeitende Objekte angeordnet werden.
Weiterhin kann das Kraftübertragungsglied einen Zahnriemen oder eine Zahnkette umfassen.
Vorteilhafte Wirkungen
Da, wie vorstehend beschrieben, nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Antriebsvorrichtung zur Drehung eines Drehwerkzeug, zum Beispiel ein Motor, nicht an derselben Welle angebracht ist wie das Drehwerkzeug, kann die Belastung der Rührreibpunktschweißvorrichtung gesenkt werden.
Da zusätzlich eine Antriebskraft der Antriebsvorrichtung, um das Drehwerkzeug in einer vertikalen Richtung zu bewegen, über Vorschubschnecken und mit diesen in Eingriff stehende Vorschubmuttern übertragen wird, ist es möglich, das Problem zu lösen, dass die Drehwellenspindel verformt wird. Es ist möglich, die Höhe des Drehwerkzeugs genau zu steuern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Rührreibpunktschweißvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beste Art und Weise zur Umsetzung der Erfindung
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Rührreibpunktschweißvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Rührreibpunktschweißvorrichtung nach der Ausführungsform umfasst einen Rahmen 10.
Der Rahmen 10 hat eine hohle Kastenform. Im Rahmen 10 sind eine erste bis dritte Platte 12, 14 und 16 enthalten.
Eine Drehwellenspindel 20 ist durch die erste Platte 12 in einer vertikalen Richtung angebracht. Ein Gehäuse 22, das die Drehwellenspindel 20 umschließt, ist durch die zweite und dritte Platte 14 und 16 in der vertikalen Richtung angebracht.
Das Gehäuse 22 ragt durch eine untere Wand 18 des Rahmens 10 vor. Ein Drehwerkzeug 24, das zusammen mit der Drehwellenspindel 20 in Drehung versetzt wird, ragt durch das Gehäuse 22 vor.
Das Drehwerkzeug 24 erlaubt es, dass zu bearbeitende Objekte miteinander verbunden werden können, indem eine vorbestimmte Kraft auf eine Fläche der (nicht gezeigten) Objekte angelegt wird, während sich das Drehwerkzeug 24 dreht.
Eine Drehwellenantriebsvorrichtung 30 ist an einer Stelle auf der ersten Platte 12 befestigt, die um einen vorbestimmten Abstand von der Drehwellenspindel 20 beabstandet ist. Eine Antriebswelle 32 der Drehwellenantriebsvorrichtung 30 ist unter Verwendung eines Kraftübertragungsglieds wie etwa eines Zahnriemens oder einer Zahnkette 34 mit der Drehwellenspindel 20 verbunden.
Entsprechend wird, wenn die Drehwellenantriebsvorrichtung 30 angetrieben und die Antriebswelle 32 in Drehung versetzt ist, die Drehkraft durch den Zahnriemen oder die Zahnkette 34 auf die Drehwellenspindel 20 übertragen und die Spindel 20 in Drehung versetzt. Demgemäß wird das Drehwerkzeug 24 in Drehung versetzt.
Das Gehäuse 22 dreht sich dann aber nicht mit der Drehwellenspindel 20, sondern behält einen feststehenden Zustand bei.
Eine Vorschubschneckenantriebsvorrichtung 40 ist zwischen der Drehwellenspindel 20 und der Drehwellenantriebsvorrichtung 30 auf der ersten Platte 12 befestigt. Eine Vorschubschnecke 24, die durch eine Direktkopplung angetrieben wird, ist an der Vorschubschneckenantriebsvorrichtung 40 angebracht.
Dabei ist die Vorschubschnecke 42 durch die erste bis dritte Platte 12, 14 und 16 und die oberen und unteren Vorschubmuttern 26 im Gehäuse 22 angebracht.
Wenn die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung 40 angetrieben und die Vorschubschnecke 42 entsprechend in Drehung versetzt wird, bewegen sich das Gehäuse 22 und die Drehwellenspindel 20, da sich die oberen und unteren Vorschubmuttern 26 in einer vertikalen Richtung bewegen, entsprechend in der vertikalen Richtung.
Ein Stützteil 50, auf dem das (nicht gezeigte) Objekt angeordnet wird, ist an einer Seitenwand des Rahmens 10 angebracht. Ein Endabschnitt des Stützteils 50 ist dem Drehwerkzeug 24 zugewandt angeordnet.
Nachstehend wird ein Schweißverfahren beschrieben, das sich der vorstehend erwähnten Rührreibpunktschweißvorrichtung bedient.
Das (nicht gezeigte) Objekt wird auf dem Stützteil 50 angeordnet. Die Drehwellenantriebsvorrichtung 30 wird angetrieben.
Dann wird die Kraft der Drehwellenantriebsvorrichtung 30 durch den Zahnriemen oder die Zahnkette 34 auf die Drehwellenspindel 20 übertragen. Dementsprechend wird das Drehwerkzeug 24 zusammen mit der Drehwellenspindel 20 in Drehung versetzt.
Wenn die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung 40 angetrieben wird, wenn sich das Drehwerkzeug 24 dreht, bewegen sich das Gehäuse 22 und die Drehwellenspindel 20 durch Funktionsabläufe der Vorschubschnecke 42 und der mit dieser in Eingriff befindlichen oberen und unteren Vorschubmuttern 26 in einer Richtung nach unten.
Dementsprechend ist das Drehwerkzeug 24 mit dem (nicht gezeigten) Objekt eng in Kontakt, und das Drehwerkzeug 24 wird in einem Zustand gedreht, in dem es mit dem Objekt eng in Kontakt ist. Da dementsprechend Reibungswärme zwischen dem Drehwerkzeug 24 und dem Objekt entsteht, wird das Objekt erweicht und seine Oberfläche in einer Rührbewegung bearbeitet.

Claims

Rührreibpunktschweißvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Rahmen; ein Gehäuse, das obere und untere Vorschubmuttern umfasst, wobei das Gehäuse so in den Rahmen eingebaut ist, dass es in einer vertikalen Richtung beweglich ist; eine Drehwellenspindel, die in das Gehäuse eingebaut ist, das ein Drehwerkzeug zum Rührreibpunktschweißen enthält; eine Drehwellenantriebsvorrichtung, die eine Antriebskraft zur Drehung der Drehwellenspindel bereitstellt, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung am Rahmen befestigt ist; ein Kraftübertragungsglied, das die Antriebskraft der Drehwellenantriebsvorrichtung auf die Drehwellenspindel überträgt; eine Vorschubschnecke, die mit den oberen und unteren Vorschubmuttern des Gehäuses in Eingriff ist; und eine Vorschubschneckenantriebsvorrichtung, welche die Vorschubschnecken dreht, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel im Rahmen befestigt ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rahmen eine erste bis dritte Platte enthält.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Drehwellenspindel durch die erste Platte angebracht ist und das Gehäuse durch die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel angebracht ist, und die Vorschubschnecke, die durch eine Direktkopplung mit der Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angetrieben wird, durch die erste Platte, die oberen und unteren Vorschubmuttern, die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Stützteil umfasst, auf dem zu bearbeitende Objekte angeordnet werden.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Rahmen eine erste bis dritte Platte umfasst.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Drehwellenspindel durch die erste Platte angebracht ist und das Gehäuse durch die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel angebracht ist und die Vorschubschnecke, die durch eine Direktkopplung mit der Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angetrieben wird, durch die erste Platte, die oberen und unteren Vorschubmuttern, die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kraftübertragungsglied einen Zahnriemen oder eine Zahnkette umfasst.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Rahmen eine erste bis dritte Platte enthält.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Drehwellenspindel durch die erste Platte angebracht ist und das Gehäuse durch die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel angebracht ist und die Vorschubschnecke, die durch eine Direktkopplung mit der Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angetrieben wird, durch die erste Platte, die oberen und unteren Vorschubmuttern, die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Stützteil umfasst, auf dem zu bearbeitende Objekte angeordnet werden, und das Kraftübertragungsglied einen Zahnriemen oder eine Zahnkette umfasst.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Rahmen eine erste bis dritte Platte enthält.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Drehwellenspindel durch die erste Platte angebracht ist, und das Gehäuse durch die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Drehwellenspindel angebracht ist, und die Vorschubschnecke, die durch eine Direktkopplung mit der Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angetrieben wird, durch die erste Platte, die oberen und unteren Vorschubmuttern, die zweite und dritte Platte angebracht ist.
Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Drehwellenantriebsvorrichtung auf der ersten Platte an einer Stelle angrenzend an die Vorschubschneckenantriebsvorrichtung angebracht ist.