JP2002336975A - 異種材料製管部材の摩擦圧接方法 - Google Patents
異種材料製管部材の摩擦圧接方法Info
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Abstract
とを摩擦圧接して接合するに当り、接合部の材質の相違
による疲労強度の低下を防止し疲労強度差を低減する。 【解決手段】 炭素鋼製の第1管部材10の基本外径よ
り球状黒鉛鋳鉄製の第2管部材12の基本外径を好まし
くは10%程度大きく形成する。第1管部材10の接合
側端部に拡径部16を形成するとともに、第2管部材1
2の接合側端部に縮径部20を形成し、摩擦圧接によつ
て拡径部16と縮径部20とを滑らかな円錐面状或は回
転曲面状に接合する。
Description
材、特に炭素鋼製の管部材と球状黒鉛鋳鉄製管部材とを
摩擦圧接により結合する方法に関するものである。
ウジングの軽量化を図るために、アクスルハウジング本
体を比重が小さい球状黒鉛鋳鉄で作ると共に、同リヤア
クスルハウジングの車幅方向両端のアクスルエンドパイ
プを焼入れ可能な炭素鋼で作り、アクスルハウジング本
体の管状端部に上記アクスルエンドパイプを摩擦圧接に
より結合する技術が、既に提案されている。
る場合、両部材の接合部分の外径は実質的に同一とする
のが技術上の常識であり、上記既提案の技術でも、摩擦
圧接される上記アクスルハウジング本体の管状端部とア
クスルエンドパイプの端部とは実質的に同一の外径に形
成されている。しかしながら、一方の管部材が球状黒鉛
鋳鉄で作られ、他方の管部材が炭素鋼で作られていて、
材料組成が全く異るため、同一外径の二つの管部材を格
別の工夫を施すことなくそのまま摩擦圧接すると、摩擦
圧接時の熱影響により接合部及び隣接する熱影響部の材
料特性が変化して接合部周辺で疲労強度が低下する不都
合があり、また接合される二部材の材質が異るため、ヤ
ング率や疲労限応力の差異により、接合部周辺の疲労強
度差が大きくなる不具合がある。
の技術の問題点を解消するために創案されたもので、異
種材料製管部材、例えばトラック等車両用のリヤアクス
ルハウジングの全重量の大半を占めるアクスルハウジン
グ本体を球状黒鉛鋳鉄製とすると共に、焼入れを必要と
するアクスルエンドパイプを炭素鋼製として、両者を摩
擦圧接により接合するに当り、摩擦圧接接合部の疲労強
度の低下及び疲労強度差を効果的に低減して耐久性及び
信頼性を確保することができ、また球状黒鉛鋳鉄製管部
材の鋳造及び摩擦圧接に先だって行なわれる接合部端面
の機械加工を容易かつ安価に行なうことができる等の利
点がある製造方法を提供することを、主たる目的とする
ものである。
め、本発明は、炭素鋼製の第1管部材と球状黒鉛鋳鉄製
の第2管部材とを同軸的に配置して対向する端部を当接
させ加圧下に相対回転させて摩擦圧接するに当り、上記
第1管部材の外径より第2管部材の外径を大きく形成
し、第1管部材の第2管部材に対向する端部分に、同第
2管部材側に向い外径が増大する拡径部を設けると共
に、第2管部材の第1管部材に対向する端部分に、第1
管部材側に向い外径が縮少する縮径部を設け、摩擦圧接
により上記拡径部と縮径部とが滑らかに接合されること
を特徴とする異種材料製管部材の摩擦圧接方法を提案す
るものである。本発明方法においては、上記第1管部材
の拡径部の大径端部及び第2管部材の縮径部の小径端部
に、夫々実質的に同一外径の環状部が設けられ、同環状
部は摩擦圧接時に摩損して消失し上記拡径部と縮径部と
が接合されることが好ましい。
について具体的に説明する。図1は炭素鋼(以下場合に
よりSC材という)製の第1管部材10と球状黒鉛鋳鉄
(以下場合によりFCD材という)製の第2管部材12
とを、実質的に同一の軸線O−Oに沿い配置して、接合
部14において摩擦圧接し一体的に結合した製品を示
す。本発明方法の最も典型的な適用対象であるトラック
等のリヤアクスルハウジングの場合、上記第2管部材1
2はアクスルハウジング本体の車幅方向両端部分に対応
し、第1管部材10は上記アクスルハウジング本体の車
幅方向両端部分に一体的に結合されるアクスルエンドパ
イプに対応する。
2管部材12の基本外径D2(ここに基本外径とは、上
記接合部14及びその隣接部分を除く部分の外径を意味
する。)は、8〜12%程度大きく形成され、一例とし
てD1=145mm、D2=159mmである。また、
第1管部材10の内径d1と第2管部材12の内径d2
とは実質的に同一であり、一例としてd1=d2=11
7mmである。
材12の摩擦圧接要領を示す概念図である。第1管部材
10は、第2管部材12に対向する端部分に、第2管部
材12側に向って外径が増大した拡径部16が形成され
ている。拡径部16は、図示の場合、小さい円錐角の第
1円錐部16aと、第1円錐部16aより僅かに大きい
円錐角の第2円錐部16bとから形成されているが、第
1及び第2円錐部16bを単一の円錐部としてもよい。
上記拡径部16の第2管部材12側の端部には、拡径部
16の最大外径と等しい外径D3を有する環状部18が
形成されている。一例として、上記第1円錐部16aの
軸線方向の寸度L1は60mm、第2円錐部16bの軸
線方向の寸度L2は20mm、環状部18の軸線方向の
寸度L3は10mmに設定され、第1円錐部16aの最
大外径D4は一例として151mmである。
対向する端部分に、第1管部材10側に向って外径が減
少した縮径部20が形成されている。図示の場合、同縮
径部20は円錐面からなり、その小径端には、外径が実
質的に上記環状部18の外径D3と等しい環状部22が
形成されている。また、一例として縮径部20の軸線方
向の寸度L4は40mm、環状部22の軸線方向の寸度
L5は10mmに設定される。
々の対向する端部に形成された環状部18及び22を同
軸的に当接させ、図2で矢印Pで示すように軸線方向に
加圧しながら、適宜の速度で相対回転させて摩擦熱を発
生させる。摩擦熱により発生した高温により環状部18
及び22が摩損して消失し、拡径部16と縮径部20と
が図1の接合部14で結合される。
が、上記拡径部16及び縮径部20によって滑らかに接
合された本発明方法に係る摩擦圧接管部材と対比するた
めに、図4に示した既提案の技術に基づく摩擦圧接管部
材の構成を、同一又は対応する部材及び部分には同一の
符号を用いて説明する。図示のように、SC材製の第1
管部材10とFCD材製の第2管部材12とは、実質的
に同一の外径D1及びD2(何れも145mm)、内径
d1及びd2(何れも117mm)を備え、同一の軸線
O−O上に配設され、常法に従がい加圧力Pの作用下に
適宜の速度で相対回転されて、接合部14において摩擦
圧接される。
IIIの拡大断面図である図3に示されているように、
接合部14及びこれに隣接する部分は、摩擦圧接により
発生した高温によって少くとも一部が溶融してSC材と
FCD材とが融合したのち再び凝固して形成されるSC
材側の接合部及びFCD材側の接合部と、上記接合
部及びの外側に夫々隣接した熱影響部及びと、
実質的に摩擦圧接による熱影響を受けない上記熱影響部
及びの夫々外側の母材及びとからなる6個の区
間又は領域に分けられる。
摩擦圧接により形成された図1及び図4おける結合部1
4の図3に示した区間ないしのそれぞれにつき摩擦
圧接時の表面硬化による疲労強度の増大分を考慮しつつ
SC材及びFCD材母材及びを基準にして、熱影響
部及びは熱影響による強度低下の可能性を考慮した
安全率を設定し、更に接合部及びは溶融及び凝固に
ともなう強度低下の可能性を考慮して上記熱影響部及
びより安全率を大きく設定する。なお、SC材の母材
を基準とした各区間毎の安全を考慮した応力の比を係
数αで示すと、下記表1のとおりである。
き摩擦圧接された第1管部材10及び第2管部材12
に、夫々引張及び圧縮の単位入力を与えたときの上記区
間ないしにおける発生応力σc、上記各区間の発生
応力σcに上記係数αを乗じて得られる各区間毎の許容
応力σa、及び上記各区間の発生応力σcを対応する各
区間の許容応力で除算した応力比は下記表2に示すとお
りである。表中の応力比は、1より大きければ大きい程
強度不足であり、1より小さければ小さい程強度上余裕
があることを示す。
術に基づいた摩擦圧接管部材では、すべての区間が1以
上で、特に第2管部材12側の接合部及び熱影響部
の区間における強度不足が著しく、また応力比が2以上
に達する区間があり疲労強度差が大きい欠点がある。こ
れに対し本発明方法に係る摩擦圧接管部材では、強度上
の弱点部となり易い第2管部材12側の接合部でも僅
かに1を越えるに過ぎなく、全体として強度上の余裕が
大きいことが明らかであり、また疲労強度差も十分小さ
い利点がある。
10の基本外径に対し、FCD材からなる第2管部材1
2の基本外径を、8〜12%、好ましくは10%程度大
きく設定し、拡径部16及び縮径部20の対向する端部
において滑らかに接合することにより、摩擦圧接接合部
の十分な疲労強度を確保することができる。また、上記
拡径部16及び縮径部20からなる接続部分の外周面の
形状は、図示した円錐面に限定されるものではなく、軸
線O−Oの周りに円、楕円、放物線等の曲線を回転させ
て形成されるなだらかな形状の回転曲面としても良い。
さらに、第2管部材12の鋳造及び摩擦圧接前に行なわ
れる縮径部20の端面の機械加工が容易で製造コストが
安い利点がある。なお、本発明は、車両用アクスルハウ
ジングの製造に当り採用されて殊に好適であるが、アク
スルハウジング以外のSC材製管部材とFCD製管部材
との接合に広く適用することができる。
管部材の摩擦圧接方法は、炭素鋼製の第1管部材と球状
黒鉛鋳鉄製の第2管部材とを同軸的に配置して対向する
端部を当接させ加圧下に相対回転させて摩擦圧接するに
当り、上記第1管部材の外径より第2管部材の外径を大
きく形成し、第1管部材の第2管部材に対向する端部分
に、同第2管部材側に向い外径が増大する拡径部を設け
ると共に、第2管部材の第1管部材に対向する端部分
に、第1管部材側に向い外径が縮少する縮径部を設け、
摩擦圧接により上記拡径部と縮径部とが滑らかに接合さ
れることを特徴とし、摩擦圧接接合部の疲労強度の低下
及び疲労強度差を可及的に低減して耐久性及び信頼性を
確保することができ、また球状黒鉛鋳鉄製管部材の鋳造
及び摩擦圧接に先だって行なわれる接合部端面の機械加
工を容易かつ安価に行なうことができる等の利点があ
る。
の側面図である。
た側面図である。
拡大断面図である。
図である。
16…拡径部、18…環状部、20…縮径部、22…環
状部。
Claims (2)
- 【請求項1】 炭素鋼製の第1管部材と球状黒鉛鋳鉄製
の第2管部材とを同軸的に配置して対向する端部を当接
させ加圧下に相対回転させて摩擦圧接するに当り、上記
第1管部材の外径より第2管部材の外径を大きく形成
し、第1管部材の第2管部材に対向する端部分に、同第
2管部材側に向い外径が増大する拡径部を設けると共
に、第2管部材の第1管部材に対向する端部分に、第1
管部材側に向い外径が縮少する縮径部を設け、摩擦圧接
により上記拡径部と縮径部とが滑らかに接合されること
を特徴とする異種材料製管部材の摩擦圧接方法。 - 【請求項2】 上記第1管部材の拡径部の大径端部及び
第2管部材の縮径部の小径端部に、夫々実質的に同一外
径の環状部が設けられ、同環状部は摩擦圧接時に摩損し
て消失し上記拡径部と縮径部とが接合されることを特徴
とする請求項1記載の異種材料製管部材の摩擦圧接方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001180875A JP2002336975A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 異種材料製管部材の摩擦圧接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001180875A JP2002336975A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 異種材料製管部材の摩擦圧接方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002336975A true JP2002336975A (ja) | 2002-11-26 |
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ID=19021224
Family Applications (1)
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JP2001180875A Pending JP2002336975A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 異種材料製管部材の摩擦圧接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002336975A (ja) |
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-
2001
- 2001-05-11 JP JP2001180875A patent/JP2002336975A/ja active Pending
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