JPH1147958A - Friction welding method - Google Patents
Friction welding methodInfo
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- JPH1147958A JPH1147958A JP20590397A JP20590397A JPH1147958A JP H1147958 A JPH1147958 A JP H1147958A JP 20590397 A JP20590397 A JP 20590397A JP 20590397 A JP20590397 A JP 20590397A JP H1147958 A JPH1147958 A JP H1147958A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦圧接方法にお
いて、製品の寸法精度を向上させ、加工時の熱の影響に
よる製品の品質のばらつきを防止する加工方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction welding method for improving the dimensional accuracy of a product and preventing variations in product quality due to the influence of heat during processing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、２つのワークを接合する方法
として、摩擦圧接法が用いられている。この摩擦圧接法
は、２つのワーク間に相対回転と摩擦押付圧力とを付与
することにより、各ワークの当接面を軟化させ、ワーク
同士を溶着するものである。この摩擦圧接法においても
幾つかの手法が実施されているが、その中でも特に図８
に示すブレーキ式（制動式）とフライホイール式（蓄勢
式）とが良く知られている。尚、図８は、ブレーキ式及
びフライホイール式の摩擦圧接工程における、回転数、
押付力、寄り代の変化を各々比較したものである。2. Description of the Related Art Conventionally, a friction welding method has been used as a method for joining two works. In the friction welding method, a contact surface of each work is softened by applying a relative rotation and a friction pressing pressure between two works, and the works are welded to each other. Although several methods have been implemented in the friction welding method, FIG.
The brake type (braking type) and the flywheel type (energy storage type) are well known. FIG. 8 shows the number of rotations in the friction welding process of the brake type and the flywheel type.
It compares the change of the pressing force and the shift allowance.
【０００３】そして、ブレーキ式は次のような各ステッ
プからなるものである。 ２つのワークの相対的な回転数を一定値Ｎとする。 ワーク同士を当接させ、摩擦押付圧力を付与する。 ワークの当接面が軟化しワークの寄り代が増加してい
く。 所定量の寄り代を得た時点で、ブレーキをかける。そ
して、回転数Ｎが零になるまで強制的に減速させる。 ワーク同士の押付速度を増加し、ワークの当接面にア
プセット押付力を付与する。 アプセット押付力によって、寄り代が全寄り代に至る
までワークの接合が急速に進む。また、当接面が冷却さ
れて硬化し、アプセット押付力を付与し続けてもそれ以
上寄り代は増加せず、摩擦圧接が完了する。[0003] The brake system comprises the following steps. The relative rotation speed of the two works is set to a constant value N. The workpieces are brought into contact with each other to apply friction pressing pressure. The contact surface of the work softens and the allowance for the work increases. When a predetermined amount of margin is obtained, the brake is applied. Then, the speed is forcibly reduced until the rotation speed N becomes zero. Increase the pressing speed between workpieces and apply upset pressing force to the abutting surfaces of the workpieces. Due to the upset pressing force, the joining of the workpieces proceeds rapidly until the approaching margin reaches the entire approaching margin. Further, even if the contact surface is cooled and hardened and the upset pressing force is continuously applied, the margin does not increase any more, and the friction welding is completed.
【０００４】これに対し、フライホイール式は次の各ス
テップからなるものである。 (i) ２つのワークの相対的な回転数を一定値Ｎとする。
ワークの回転駆動手段はフライホイールを備えており、
回転数Ｎに上昇した後に駆動源とフライホイールを含む
ワーク保持部とを切り離すことにより、フライホイール
に蓄えられた運動エネルギー（慣性力）により、ワーク
は回転を続ける。 (ii) ワーク同士を当接させ、摩擦押付圧力を付与す
る。 (iii) ワークの当接面が軟化し、寄り代が増加してい
く。この間、フライホールに蓄えられた運動エネルギー
は徐々に消耗していく。 (iv) フライホールに蓄えられた運動エネルギーの消耗
と共に回転数Ｎは減少し、これと共にワークの当接面は
徐々に冷えて硬化していく。 (v) フライホールに蓄えられた運動エネルギーが使い果
たされ、ワークの相対回転は停止する。この時点で得ら
れた寄り代が全寄り代となる。また、これ以上押付力を
付与し続けても寄り代は増加しないことから、この時点
で摩擦圧接を完了する。On the other hand, the flywheel method comprises the following steps. (i) The relative number of rotations of the two works is set to a constant value N.
The work rotation drive means includes a flywheel,
By separating the drive source and the work holding portion including the flywheel after the rotation speed N has increased, the work continues to rotate due to the kinetic energy (inertial force) stored in the flywheel. (ii) The workpieces are brought into contact with each other to apply friction pressing pressure. (iii) The contact surface of the work softens, and the allowance increases. During this time, the kinetic energy stored in the flyhole gradually depletes. (iv) The rotation speed N decreases with the consumption of the kinetic energy stored in the flyhole, and at the same time, the contact surface of the work gradually cools and hardens. (v) The kinetic energy stored in the flyhole is exhausted, and the relative rotation of the work stops. The shift allowance obtained at this point is the total shift allowance. Further, since the offset margin does not increase even if the pressing force is further applied, the friction welding is completed at this time.
【０００５】[0005]
【発明が解決しょうとする課題】従来の摩擦圧接法は上
記ブレーキ式、フライホイール式のいずれかにより行う
ことが主流であった。しかしながら、これら従来の手法
は以下のような課題を包含していた。まず、従来の摩擦
圧接方法（ブレーキ式、フライホイール式共に）におい
ては、ワークの当接面が軟化していく過程を正確に捕ら
えることは困難であった。よって、製品の接合強度が不
足することを防ぐために、必要以上の寄り代を設定する
必要があった。すなわち、摩擦熱を加える時間が必然的
に長くなり、母材の接合部分とは無関係な部分にも熱の
影響を多く与えるものであった。これはエネルギーの無
駄使いであるばかりか、母材は熱の影響による機械的性
質の変化を来す部分が多くなり、製品の品質に多くのば
らつきを生ずることになった。また、寄り代の増加は当
接面に発生するバリの量を増加させることになり、これ
を除去するための工程も必要となった。The conventional friction welding method has been mainly performed by either the above-mentioned brake type or flywheel type. However, these conventional methods include the following problems. First, in the conventional friction welding method (both the brake type and the flywheel type), it was difficult to accurately capture the process of softening the contact surface of the work. Therefore, in order to prevent the joining strength of the product from becoming insufficient, it is necessary to set an excessive margin more than necessary. That is, the time for applying the frictional heat is inevitably increased, and much of the heat is exerted on the portion unrelated to the joining portion of the base material. This not only wastes energy, but also causes the base material to have many parts where the mechanical properties change due to the effect of heat, resulting in many variations in product quality. In addition, an increase in the offset allows an increase in the amount of burrs generated on the contact surface, and requires a process for removing the burrs.
【０００６】加えてブレーキ式の場合には、アプセット
押付力を付与するステップにおいて、回転停止のタイミ
ングとアプセット押付力の大きさとで接合部分の品質
（接合強度）が左右される。ところが、この条件を整え
かつ高い寸法精度を得るための準備段階に多くの工数を
要するものであった。また、フライホイール式の場合に
は、摩擦圧接工程の後期において、ワークの当接面の硬
化が始まっている状態でもワーク同士に回転力が付与さ
れる為、接合部分に残留応力が生ずることになった。よ
って、製品の機械的性質を安定させることが困難であっ
た。[0006] In addition, in the case of the brake type, in the step of applying the upset pressing force, the quality (joining strength) of the joint portion is affected by the timing of rotation stop and the magnitude of the upset pressing force. However, a lot of man-hours are required in a preparation stage for adjusting these conditions and obtaining high dimensional accuracy. Also, in the case of the flywheel type, in the latter stage of the friction welding process, even when the contact surface of the work has begun to be hardened, rotational force is applied to the works, so that residual stress is generated at the joint portion. became. Therefore, it has been difficult to stabilize the mechanical properties of the product.
【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、摩擦圧接法においてブ
レーキ式、フライホイール式のいずれとも異なる方式を
用い、かつ、ワークの当接面が軟化していく過程を定量
的に管理することにより、高い接合強度と安定した機械
的性質とを備える高品質の摩擦圧接製品を得ることにあ
る。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a method different from the brake type or flywheel type in the friction welding method, and to provide a work contact surface. An object of the present invention is to obtain a high-quality friction welding product having high joining strength and stable mechanical properties by quantitatively managing the softening process.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る手段は、同軸上に配置した複数のワーク
間に相対回転と押付圧力とを付与することにより各ワー
クの当接面を軟化させ、ワーク同士を溶着する摩擦圧接
方法であって、摩擦圧接の過程において、ワーク間の相
対回転数及び押付速度を、前記当接面に塑性流動層が形
成されるまで所定値一定に保ち、その後前記相対回転数
を所定の減速率で停止させ、該回転停止後に押付を停止
する各ステップを有することを特徴とする。Means according to the present invention for solving the above-mentioned problems are to provide a relative rotation and a pressing pressure between a plurality of coaxially arranged works so that a contact surface of each work is provided. Is a friction welding method for softening the workpieces and welding the workpieces to each other.In the process of the friction welding, the relative rotation speed and the pressing speed between the workpieces are kept at a predetermined value until a plastic fluidized bed is formed on the contact surface. And then stopping the relative rotation speed at a predetermined deceleration rate and stopping the pressing after the rotation is stopped.
【０００９】本発明においては、摩擦圧接の過程におい
て、ワーク間の相対回転数及び押付速度を増減すること
なく所定値一定に保つ。また、ワークの当接面に塑性流
動層が形成された後に（すなわち該当接面がワーク同士
を溶着させるに適した軟化状態となった後に）、前記相
対回転を所定の減速率で停止させる。すなわち、当接面
に塑性流動層が形成されてから前記相対回転が停止する
までの時間を制御する。この間、ワークの押付速度は所
定値一定に維持されているので、当該時間における寄り
代を制御することができる。そして、ワーク同士の相対
回転停止後に押付を停止することにより、塑性流動層が
形成されてから押付を停止するまでの寄り代を適切に制
御することができる。以上のごとく、ワークの相対回転
を停止する時期を塑性流動層の形成の有無から判断する
ので、ワークの当接面の軟化状態に基づいた摩擦圧接を
進行することができる。In the present invention, in the process of friction welding, the relative rotation speed between the workpieces and the pressing speed are kept constant without increasing or decreasing. Further, after the plastic fluidized bed is formed on the contact surface of the work (that is, after the contact surface is in a softened state suitable for welding the works), the relative rotation is stopped at a predetermined deceleration rate. That is, the time from the formation of the plastic fluidized bed on the contact surface to the stop of the relative rotation is controlled. During this time, the pressing speed of the workpiece is maintained at a predetermined constant value, so that it is possible to control the shift in the time. Then, by stopping the pressing after the relative rotation of the workpieces is stopped, it is possible to appropriately control the margin from when the plastic fluidized bed is formed to when the pressing is stopped. As described above, the timing at which the relative rotation of the work is stopped is determined from the presence or absence of the formation of the plastic fluidized bed, so that the friction welding based on the softened state of the contact surface of the work can be advanced.
【００１０】また、本発明においては、前記塑性流動層
の形成の有無を、前記相対回転数を一定値に保つために
増減される回転トルクと、前記押付速度を一定値に保つ
ために増減される押付力との比較により判断する。In the present invention, the presence or absence of the formation of the plastic fluidized bed is increased or decreased to maintain the relative rotation speed at a constant value and to increase or decrease the pressing speed at a constant value. Judge by comparing with the pressing force.
【００１１】摩擦圧接の過程、すなわち当接を開始して
から摩擦熱によって当接面の温度が上昇し、さらに当接
面が軟化してワーク同士が寄るという各ステップにおい
て、当接面の軟化の進行に伴い、当接面に生ずる摩擦力
や、必要な押付圧力はおのずと変化する。よって、ワー
クの相対回転数及び押付速度を、摩擦圧接の過程におい
て所定値一定に保つために、回転トルクと押付力とを増
減する。この回転トルクと押付力の変化（いずれもフィ
ードバックデータとして得ることができる）に基づい
て、当接面における塑性流動層の形成の有無を判断し、
さらに該判断に基づいて摩擦圧接を進行することによ
り、ワークの当接面の軟化状態を考慮に入れた摩擦圧接
を行うことができる。In the friction welding process, that is, in each step in which the temperature of the contact surface rises due to frictional heat after the contact is started, the contact surface is further softened, and the workpieces come closer to each other, the contact surface is softened. As a result, the frictional force generated on the contact surface and the necessary pressing pressure naturally change. Therefore, the rotational torque and the pressing force are increased or decreased in order to keep the relative rotational speed and the pressing speed of the work at a predetermined value in the process of friction welding. Based on the change in the rotational torque and the pressing force (both can be obtained as feedback data), it is determined whether or not a plastic fluidized bed is formed on the contact surface,
Further, by performing the friction welding based on the determination, the friction welding can be performed in consideration of the softened state of the contact surface of the work.
【００１２】さらに、本発明においては、前記回転トル
クと前記押付力との比較値が一定となるタイミングで前
記塑性流動層の形成を判断することが可能である。こ
の、前記回転トルクと前記押付力との比較値が一定にな
るタイミングとは、回転トルクの変化量と押付力の変化
量とがいずれも無くなったときを意味する。そして、い
ずれの変化量もなくなったときには、ワーク同士の当接
面における軟化状態は安定し、それ以上の変化は見られ
なくなる。すなわち、それ以上ワーク同士を寄せ続けて
も接合強度に差は見られない。したがって、回転トルク
と前記押付力との比較値が一定となったタイミングにお
いて、塑性流動層が形成されたと判断し、その後の工程
（ワーク同士の相対回転を停止し、さらにその後ワーク
の送りを停止する。）を進行することにより、ワークの
当接面が軟化していく過程を考慮に入れた摩擦圧接を行
うことができる。Further, in the present invention, it is possible to determine the formation of the plastic fluidized bed at a timing when the comparison value between the rotational torque and the pressing force becomes constant. The timing at which the comparison value between the rotation torque and the pressing force becomes constant means that both the change amount of the rotation torque and the change amount of the pressing force have disappeared. Then, when any of the change amounts disappears, the softened state at the contact surface between the workpieces is stabilized, and no further change is observed. That is, there is no difference in the joining strength even when the workpieces are kept closer to each other. Therefore, at the timing when the comparison value between the rotational torque and the pressing force becomes constant, it is determined that a plastic fluidized bed has been formed, and the subsequent steps (the relative rotation between the workpieces is stopped, and then the workpiece feeding is stopped) The friction welding can be performed in consideration of the process of softening the contact surface of the work.
【００１３】また、本発明においては、前記所定の相対
回転数及び押付速度は、ワーク同士の当接面に所望の接
合強度を得るために必要な投入エネルギーに基づいて決
定されることが望ましい。摩擦圧接時においては、ワー
ク同士の当接面に投入されるエネルギー量は、ワークの
相対回転数及び押付速度に比例する。また、ワーク同士
の接合強度は、該投入エネルギー量に比例する。よっ
て、相対回転数及び押付速度を所望の投入エネルギー量
を得ることができる値に設定することにより、ワークの
当接面に所望の接合強度を得る。In the present invention, it is preferable that the predetermined relative rotation speed and the predetermined pressing speed are determined based on input energy necessary for obtaining a desired bonding strength between contact surfaces of the workpieces. At the time of friction welding, the amount of energy input to the contact surfaces between the works is proportional to the relative rotation speed and the pressing speed of the works. Further, the joint strength between the works is proportional to the input energy amount. Therefore, by setting the relative rotation speed and the pressing speed to values that can obtain a desired input energy amount, a desired bonding strength can be obtained on the contact surface of the workpiece.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、従来例と同一部分ま
たは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説
明は省略する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, the same or corresponding parts as in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００１５】図２には、本発明の実施の形態に適した摩
擦圧接装置を示している。この摩擦圧接装置は、一度に
３つのワークを摩擦圧接することが可能な構成をなすも
のであり、設備ベース１上に主軸ユニット２、主軸ユニ
ット２’およびクランプ３を有する。そして、ワークＷ
2 をクランプ３で、ワークＷ1 を主軸ユニット２で、ワ
ークＷ3 を主軸ユニット２’で夫々支持するようになっ
ている。FIG. 2 shows a friction welding apparatus suitable for the embodiment of the present invention. This friction welding device has a structure capable of friction welding three works at a time, and has a spindle unit 2, a spindle unit 2 'and a clamp 3 on an equipment base 1. And work W
2 with clamps 3, the workpiece W 1 in the spindle unit 2, so as to respectively support the workpiece W 3 in the spindle unit 2 '.
【００１６】ここで主軸ユニット２についての説明をす
る。主軸ユニット２には主軸４が回動自在に設けられて
いる。また、主軸４は主軸ユニット２の内部で、ギヤ
５、６を介して回転用サーボモータ７と駆動連結してい
る。さらに、主軸４にはブレーキディスク８が取付けら
れており、ブレーキキャリパ９を作動させることによっ
て、主軸４に対し自在に制動をかけることができる。さ
らに、主軸４の先端にはチャック10が取付けられてお
り、ワークＷ1 を主軸４に固定することができる。Here, the spindle unit 2 will be described. The main shaft unit 2 is provided with a main shaft 4 rotatably. The spindle 4 is drivingly connected to a rotation servomotor 7 via gears 5 and 6 inside the spindle unit 2. Further, a brake disc 8 is attached to the main shaft 4, and the brake 4 can be freely applied to the main shaft 4 by operating the brake caliper 9. Furthermore, the tip of the main shaft 4 has a chuck 10 is mounted, it is possible to fix the workpiece W 1 to the spindle 4.
【００１７】主軸ユニット２は、リニアガイド11を介し
て設備ベース１に取付けられており、主軸４の軸方向
（Ｙ方向）に平行移動可能となっている。また、主軸ユ
ニット２には設備ベース１内に突出するアーム12を設け
ており、アーム12には圧接用サーボモータ13に駆動され
る圧接送りシャフト14を挿通している。そして、圧接送
りシャフト14を回転させて、該シャフトに形成したねじ
溝により、アーム12との間に推進力を発生させる。この
推進力により主軸ユニット２をＹ方向に駆動案内する。
主軸ユニット２と設備ベース１との間にはストロークセ
ンサ15、15ａを設け、主軸ユニット２（すなわち、ワー
クＷ1 ）の押付速度と送り量（または現在位置）とを計
測することができる。さらに、アーム12には圧接送りシ
ャフト14との間に荷重センサ17を設け、主軸ユニット２
（すなわちワークＷ1 ）にかかる押押付トルクＴF を測
定することができる。The spindle unit 2 is attached to the equipment base 1 via a linear guide 11 and is movable in the axial direction of the spindle 4 (Y direction). Further, the spindle unit 2 is provided with an arm 12 projecting into the equipment base 1, and the arm 12 has a pressure contact feed shaft 14 driven by a pressure contact servomotor 13 inserted therethrough. Then, the press-contact feed shaft 14 is rotated to generate a propulsive force with the arm 12 by the thread groove formed in the shaft. The driving force guides the main spindle unit 2 in the Y direction.
Stroke sensors 15 and 15a are provided between the main spindle unit 2 and the equipment base 1, and can measure the pressing speed and the feed amount (or the current position) of the main spindle unit 2 (that is, the work W 1 ). Further, a load sensor 17 is provided between the arm 12 and the press-contact feed shaft 14 so that the spindle unit 2
(That is, the pressing torque T F applied to the work W 1 ) can be measured.
【００１８】なお、主軸ユニット２’は主軸ユニット２
と同一の構成をなし、かつ、設置ベース１上で主軸ユニ
ット２と同軸上に位置するように配置されているもので
ある。よってユニット２’についての詳細な説明は省略
する。なお、主軸ユニット２、２’は、夫々独立して作
動させることも、同期させることも可能である。It should be noted that the spindle unit 2 'is
And is arranged so as to be coaxial with the spindle unit 2 on the installation base 1. Therefore, a detailed description of the unit 2 'will be omitted. The spindle units 2 and 2 ′ can be operated independently or can be synchronized.
【００１９】次に、クランプ３の説明をする。クランプ
３は、ワークＷ2 を主軸４の軸方向に位置決めするクラ
ンプ３ａと、該軸線に対し左右方向の位置決めをするク
ランプ３ｂと、クランプ３ｃとからなる。そして、各軸
クランプを適宜調整することにより、主軸４に固定され
たワークＷ1 、Ｗ3 と同軸上に、ワークＷ2 を配置する
ことができる。Next, the clamp 3 will be described. Clamp 3 consists of a clamp 3a for positioning a workpiece W 2 in the axial direction of the main shaft 4, a clamp 3b for the positioning in the lateral direction with respect to said axis, the clamp 3c. Then, each axis clamp by appropriately adjusting, the workpiece W fixed to the main shaft 4 1, W 3 and on coaxially, it is possible to arrange the workpiece W 2.
【００２０】図３には、図２の主軸ユニット２、２’に
用いられる制御手段の構成を示している。図示のごと
く、回転用サーボモータ７および圧接用サーボモータ13
のそれぞれに、回転用サーボドライバ18と圧接用サーボ
ドライバ19とを設け、これらの制御手段として摩擦圧接
コントローラ20を有している。また、摩擦圧接コントロ
ーラ20は、設備全体を制御する上位コントローラ（ＰＬ
Ｃ）21と連絡している。図中22、23はエンコーダであ
る。よって、回転用サーボモータ７および圧接用サーボ
モータ13の作動状況を、摩擦圧接コントローラ20で正確
に把握し、かつ的確な作動指示を出すことができる。こ
の圧接用サーボモータ13のためのエンコーダ23を利用す
ることにより、ストロークセンサ15、15ａに代わって、
主軸ユニット２の押付速度と送り量とを計測することも
可能である。さらに、上位コントローラ21はストローク
センサ15、荷重センサ17とも連絡しているので、装置全
体を総合的に制御し、摩擦圧接を行うことができる。ま
た、上位コントローラ21は、主軸ユニット２、２’の作
動プログラムを記憶する為のメモリ21ａを有している。
そしてメモリ21ａの作動プログラムに基づいて、各主軸
ユニット２、２’の摩擦圧接コントローラ20に送信す
る。FIG. 3 shows the structure of the control means used in the spindle units 2, 2 'of FIG. As shown, the servomotor 7 for rotation and the servomotor 13 for pressure contact are used.
Are provided with a rotation servo driver 18 and a press-contact servo driver 19, respectively, and have a friction press-contact controller 20 as their control means. Further, the friction welding controller 20 is a higher-level controller (PL) that controls the entire equipment.
C) I am in contact with 21. In the figure, reference numerals 22 and 23 are encoders. Therefore, the operation state of the rotation servomotor 7 and the pressure servomotor 13 can be accurately grasped by the friction pressure controller 20 and an accurate operation instruction can be issued. By using the encoder 23 for the press-contact servomotor 13, instead of the stroke sensors 15, 15a,
It is also possible to measure the pressing speed and the feed amount of the spindle unit 2. Further, since the host controller 21 is also in communication with the stroke sensor 15 and the load sensor 17, it is possible to comprehensively control the entire apparatus and perform friction welding. The host controller 21 has a memory 21a for storing an operation program for the spindle units 2, 2 '.
Then, based on the operation program in the memory 21a, the data is transmitted to the friction welding controllers 20 of the respective spindle units 2, 2 '.
【００２１】上記設備は、無論２つのワークの摩擦圧接
作業に用いることも可能である。この場合には、例えば
一方の主軸ユニット’２を休止して、もう一方の主軸ユ
ニット２及びクランプ３を使用して、ワークＷ1 とワー
クＷ2 とを摩擦圧接する。The above equipment can of course be used for friction welding of two workpieces. In this case, for example, by resting one of the spindle units' 2, using the other spindle unit 2 and the clamp 3 are frictionally pressed against the workpiece W 1 and the workpiece W 2.
【００２２】さて、図１には、本発明の実施の形態に係
る摩擦圧接方法における、ワーク同士の相対回転数Ｎ及
び押付速度Ｖの変化の様子を示している。以下に、図１
に対応する摩擦圧接工程の各ステップを列記する。 (1) ワーク同士の相対回転数を所定の回転数Ｎ＝Ｎa ま
で上昇させる。回転数Ｎ a については追って詳述する。 (2) 回転数がＮa で安定した後に、ワークの送りを開始
する（Ａ点）。 (3) ワーク同士の押付速度を所定の速度Ｖ＝Ｖa まで加
速する。速度Ｖa については追って詳述する。 (4) ワーク同士を当接させ、さらにワークの送りを進行
させる間、回転数Ｎ＝Ｎ a 、押付速度Ｖ＝Ｖa を夫々維
持する。 (5) あるタイミング（Ｂ点：Ｂ点については追って詳述
する）において、回転数Ｎa を所定の減速率で減速させ
る。 (6) 回転数が零となった時点（Ｃ点）で、ワークの押付
速度Ｖa を所定の減速率で減速する。 (7) ワークの押付を停止し、摩擦圧接作業を完了する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
Relative rotation speed N between workpieces in the friction welding method
3 shows how the pressing speed V changes. Below, Figure 1
Are listed below. (1) The relative rotation speed between the workpieces is set to a predetermined rotation speed N = Na Ma
To raise. Revolution N a Will be described in detail later. (2) The rotation speed is Na Starts workpiece feeding after stabilizing with
(Point A). (3) Set the pressing speed between the workpieces to a predetermined speed V = Va Up to
Speed up. Speed Va Will be described in detail later. (4) The workpieces are brought into contact with each other and the workpiece is further advanced.
During rotation N = N a , Pressing speed V = Va Each one
Carry. (5) A certain timing (point B: point B will be described in detail later)
The rotation speed Na At a predetermined deceleration rate
You. (6) When the number of revolutions becomes zero (point C), the work is pressed.
Speed Va Is decelerated at a predetermined deceleration rate. (7) Stop pressing the work and complete the friction welding work.
【００２３】続いて、上記ステップ(5) で、回転数Ｎa
の減速を開始するタイミングであるＢ点の設定方法を、
以下に説明する。前述のごとく、ワーク同士の当接を開
始してから摩擦熱によって当接面の温度が上昇し、さら
に当接面が軟化してワーク同士が寄るというワークの送
りの進行過程において、回転数Ｎ＝Ｎa 、速度Ｖ＝Ｖ a
で一定となるように、回転用サーボモータ７と圧接用サ
ーボモータ13とを制御する。ところが、前記送りの進行
過程では、ワーク同士の当接面における軟化の状態が変
化することから、当接面に生ずる摩擦力や、必要な押付
圧力等の負荷には変動が生ずる。よって、回転数Ｎa 、
速度Ｖa を維持するために必要となる回転トルクＴ、押
付トルクＴF もおのずと変動する。そこで、本実施の形
態では、図４に示すように受熱部（主にワークの当接
面）の負荷変動を、投入部（摩擦圧接装置）にフィード
バックし、回転数Ｎa および速度Ｖa を一定値に保つ構
成を有している。なお、回転トルクＴ、押付トルクＴF
の測定手段の一例として、回転用サーボモータ７と圧接
用サーボモータ13との負荷電流値の変化を検出するもの
を用いたり、各モータの駆動軸等に応力センサを設置す
る等、様々な手法を用いて測定することができる。Subsequently, in the above step (5), the rotational speed Na
How to set point B, which is the timing to start deceleration,
This will be described below. As mentioned above, open contact between workpieces
The temperature of the contact surface rises due to frictional heat
Workpieces where the contact surface softens and the workpieces approach each other
In the progress of the rotation, the rotational speed N = Na , Speed V = V a
So that the rotation servomotor 7 and the pressure contact
And the servo motor 13. However, the progress of the feed
During the process, the state of softening at the contact surface between the workpieces changes.
The frictional force generated on the contact surface and the necessary pressing
Load such as pressure fluctuates. Therefore, the rotation speed Na ,
Speed Va Rotation torque T required to maintain
With torque TF It fluctuates naturally. Therefore, this embodiment
In the state, as shown in FIG.
Of the load on the surface) to the input section (friction welding device)
Back, rotation speed Na And speed Va To keep a constant value
Have The rotation torque T, the pressing torque TF
As an example of the measuring means, the rotation servomotor 7 is
For detecting changes in the load current value with the servo motor 13
Or install a stress sensor on the drive shaft of each motor.
Can be measured using various techniques.
【００２４】図５（ａ）には、ワーク同士が当接を開始
してから、ワークの送りが進行していく過程において、
回転数Ｎ＝Ｎa 、速度Ｖ＝Ｖa で一定としたときの、回
転トルクＴ及び押付力Ｆ（押付トルクＴF に比例する値
である）の変動の様子を示している。また、図５（ｂ）
には、図５（ａ）に示す回転トルクＴ、押付力Ｆの変動
値を比較したＴ／Ｆ変動値α（ｔ）を示している。尚、
Ｔ／Ｆ変動値α（ｔ）は数１式から求めることができ
る。FIG. 5 (a) shows that in the process of moving the workpiece after the workpieces start to contact each other,
Rotational speed N = N a, when the constant at the speed V = V a, shows how the variation of the rotational torque T and the pressing force F (which is a value proportional to the pressing torque T F). FIG. 5 (b)
5 shows the T / F fluctuation value α (t) obtained by comparing the fluctuation values of the rotation torque T and the pressing force F shown in FIG. still,
The T / F fluctuation value α (t) can be obtained from Expression 1.
【数１】 ここで、 ｔ ：経過時間 ｄｔ：サンプリング幅 ｒ ：供試材の平均半径(Equation 1) Here, t: elapsed time dt: sampling width r: average radius of the test material
【００２５】図５（ａ）から明らかなように、ワーク同
士が当接を開始してからある程度の時間が経過するまで
は、回転トルクＴ、押付力Ｆ共に顕著な変動を示す。こ
れは、ワークの当接面の状態変化が連続的に起こり、完
全な固体から当接面の軟化が始まる（「固溶化」ともい
う）までの過程を捕らえている。そして、ある時点から
回転トルクＴ、押付力Ｆ共に顕著な変動を示さなくな
る。これは、ワーク同士の当接面における軟化状態が安
定し、それ以上の大きな変化が生じなくなった様子を捕
らえている。よって、図５（ｂ）に示すように、回転ト
ルクＴおよび押付力ＦのＴ／Ｆ変動値α（ｔ）も、ワー
クの当接開始からある時間までは顕著な変動を示すが、
その後α（ｔ）の変動は微小もしくは生じなくなる。こ
のα（ｔ）の値が一定となるタイミングを、本説明では
塑性流動層形成点tsとする。このように、回転トルク
Ｔ、押付力Ｆに着目することにより、ワークの当接面が
軟化していく過程を定量的に把握、管理することができ
る。As is clear from FIG. 5 (a), the rotational torque T and the pressing force F show remarkable fluctuations until a certain period of time has elapsed from the start of contact between the workpieces. This captures the process from the state where the state of the contact surface of the workpiece continuously changes and the contact surface is softened from a completely solid state (also referred to as “solid solution”). Then, from a certain point of time, the rotational torque T and the pressing force F do not show any remarkable fluctuation. This captures a state in which the softened state at the contact surfaces between the workpieces is stabilized and no further large change occurs. Therefore, as shown in FIG. 5B, the T / F fluctuation value α (t) of the rotation torque T and the pressing force F also shows a remarkable fluctuation from the start of contact of the workpiece to a certain time.
Thereafter, the fluctuation of α (t) is minute or no longer occurs. The timing at which the value of α (t) becomes constant is referred to as a plastic fluidized bed formation point t s in this description. By focusing on the rotation torque T and the pressing force F, it is possible to quantitatively grasp and manage the process of softening the contact surface of the work.
【００２６】さて、塑性流動層形成点ts以降は、当接面
の軟化状態が安定し、ワーク同士を溶着させるに適した
状態となる。換言すれば、塑性流動層形成点ts以降は、
ワークの軟化をさらに進行させても、接合強度に差が出
る（接合強度が向上する）ことはない。よって、図１の
ステップ(5) におけるＢ点（回転数Ｎa の減速を開始す
るタイミング）を、塑性流動層形成点tsが生じたタイミ
ングに設定する。After the point of formation of the plastic fluidized bed t s , the softened state of the contact surface is stable, and is in a state suitable for welding works. In other words, after the plastic fluidized bed formation point t s ,
Even if the work is further softened, there is no difference in the joining strength (the joining strength is improved). Therefore, B point in steps of FIG. 1 (5) (timing for starting the deceleration of the rotational speed N a), set to the timing at which plastic flow layer forming point t s has occurred.
【００２７】続いて、前記ステップ(4) において維持す
るべき回転数Ｎa 、押付速度Ｖa の設定方法についてを
以下に述べる。図４に示すように、本発明の実施の形態
では、受熱部である当接面の負荷変動を投入部である摩
擦圧接装置にフィードバックする。そして、回転用サー
ボモータ７、圧接用サーボモータ13により、回転数Ｎ
a 、押付速度Ｖa を保つための回転トルクＴ、押付力Ｆ
を付与する。また、ワークの当接面に対する投入エネル
ギーＥは摩擦熱に変換され、当接面に塑性流動層を形成
し、摩擦圧接がなされる。ところで、ワークの当接面に
対する投入エネルギーＥは、以下の数２式で表される。Subsequently, the process is maintained in the step (4).
Rotation speed Na , Pressing speed Va How to set
It is described below. FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.
Then, the load fluctuation of the contact surface,
Feedback is provided to the friction welding device. And the rotation server
The rotation speed N is determined by the servomotor 13 and the servomotor 13 for pressure contact.
a , Pressing speed Va Torque T and pressing force F to maintain
Is given. Also, the input energy to the contact surface of the workpiece
Gee E is converted to frictional heat and forms a plastic fluidized bed on the contact surface
Then, friction welding is performed. By the way, on the contact surface of the work
The input energy E is represented by the following equation (2).
【数２】 ここで、 Ｓ：当接面積 β：係数(Equation 2) Where: S: contact area β: coefficient
【００２８】また、ワーク同士の当接開始点t0から前記
塑性流動層形成点tsまでの投入エネルギー量Ｗは、以下
の数３式で表される。The input energy W from the contact start point t 0 of the workpieces to the plastic fluidized bed formation point t s is represented by the following equation (3).
【数３】 ここで、 Ｓ：当接面積 Ｎ：回転数 かつ、 Ｔm ＝Ｔ−Ｔ0 Ｔ0 ：無負荷トルク（摩擦圧接装置固有の作動抵抗等に
抗して装置を回転させるためのトルク） Ｔ ：実効トルク（摩擦圧接中にワークを回転させるた
めに必要なトルク） このように、回転数Ｎa は、当接開始点t0から前記塑性
流動層形成点tsまでの投入エネルギー量Ｗを決定するパ
ラメータの１つとして含まれている。(Equation 3) Here, S: contact area N: rotational speed and, T m = T-T 0 T 0: ( torque for rotating the device against the friction welding device-specific operating resistance, etc.) no load torque T: effective torque (torque required to rotate the workpiece during friction welding) above, the rotational speed N a is determined input energy amount W from the contact start point t 0 until the plastic flow layer forming point t s Is included as one of the parameters to be performed.
【００２９】ところで、投入エネルギー量Ｗは、ワーク
同士の接触面における接合強度に直接的に影響を及ぼす
ものである。図６には、投入エネルギー量Ｗを様々に変
えて摩擦圧接を行った製品に、破断試験を実施した結果
を示している。図６から明らかなように、投入エネルギ
ー量ＷがＷa より小さいと、破断は接合面で生じる。ま
た、このときの破断荷重は低レベルでばらつくことにな
る。すなわち、接合強度が不足しかつ品質が不安定であ
ることがわかる。そして、投入エネルギー量Ｗの値を増
加させていくに従い、破断荷重はより高いレベルに向上
するが、Ｗ＝Ｗ a を越えるまでは同様にばらつきを生
じ、かつ接合面で破断を生じる。ところが、投入エネル
ギー量がＷ＝Ｗa を越えると、破断が接合面以外の部分
での破断（母材破断）を生ずる。母材の性質は接合面に
比べて均一であることから、破断荷重のばらつきも少な
くなる。すなわち、投入エネルギー量がＷa 以上であれ
ば、必要な接合強度が得られかつ製品の品質も安定する
ことになる。By the way, the input energy amount W is
Directly affects the joint strength at the contact surface between the two
Things. FIG. 6 shows various changes in the input energy amount W.
Of a fracture test performed on a product that has been subjected to friction welding
Is shown. As is clear from FIG.
-Quantity W is Wa If smaller, the break will occur at the interface. Ma
The breaking load at this time will vary at a low level.
You. That is, the bonding strength is insufficient and the quality is unstable.
You can see that Then, the value of the input energy amount W is increased.
As the load increases, the breaking load increases to a higher level.
But W = W a Until the value exceeds
And breaks at the joint surface. However, the input energy
Energy is W = Wa If the break exceeds
Rupture (base material rupture). The properties of the base material
Less variation in breaking load
It becomes. That is, the input energy amount is Wa That's all
Provides the required joint strength and stable product quality
Will be.
【００３０】さらに、当接開始点t0から前記塑性流動層
形成点tsまでの投入エネルギー量Ｗの値は、ワークの押
付速度Ｖに比例することがわかっている。図７には、ワ
ークの押付速度Ｖと投入エネルギー量Ｗとの関係を示し
ている。この速度Ｖと投入エネルギー量Ｗとの相関を示
す傾きは、ワークの材質、形状（大きさ）等によって変
わってくるが、各条件においても比例関係は現れる。つ
まり押付速度Ｖにより、投入エネルギー量Ｗが制御でき
ることになる。Further, it is known that the value of the input energy amount W from the contact start point t 0 to the plastic fluidized bed formation point t s is proportional to the work pressing speed V. FIG. 7 shows the relationship between the work pressing speed V and the input energy amount W. The slope indicating the correlation between the speed V and the input energy amount W varies depending on the material, shape (size), and the like of the work, but a proportional relationship appears under each condition. That is, the input energy amount W can be controlled by the pressing speed V.
【００３１】よって、図７に示すデータの中から、投入
エネルギー量Ｗ＝Ｗa を得ることが可能なワークの押付
速度Ｖ＝Ｖa を求める。ところで、数３式に示すように
回転数Ｎa は投入エネルギー量Ｗのパラメータとなって
いる。よって回転数Ｎa の値も、投入エネルギー量Ｗ＝
Ｗa が得られる値に設定する。ただし、回転数Ｎa が投
入エネルギー量Ｗa を得るにあたってよほど不適切な値
でない限り、回転数Ｎ a は固定しておき、押付速度Ｖa
の値を変化させることによって、所望の投入エネルギー
量Ｗa を得るものとする。Therefore, from the data shown in FIG.
Energy amount W = Wa Work that can obtain
Speed V = Va Ask for. By the way, as shown in Equation 3,
Revolution Na Is the parameter of the input energy W
I have. Therefore, the rotation speed Na Is also the input energy amount W =
Wa Is set to a value that gives However, the rotation speed Na Throw
Energy input Wa Inappropriate value to get
Rotation speed N unless a Is fixed and the pressing speed Va
By changing the value of
Quantity Wa Shall be obtained.
【００３２】本実施の形態では、以上のごとく決定され
たワークの相対回転数Ｎa 、ワークの押付速度Ｖa 及び
Ｂ点に基づいて、摩擦圧接を進行させる。そして、前記
ステップ(5) において、回転数Ｎa を減速させる際に、
所定の減速率で減速を行うことにより、当接面に塑性流
動層が形成されてから相対回転数Ｎ＝０となるまで（Ｂ
点からＣ点まで）の時間を制御する。この間、ワークの
押付速度はＶ＝Ｖa に維持されているので、当該時間に
おける寄り代を制御することができる。[0032] In this embodiment, more as determined relative rotational speed N a workpiece, based on the pressing speed V a and the point B of the workpiece, advancing the friction welding. Then, in the above step (5), when decelerating the rotational speed N a,
By decelerating at a predetermined deceleration rate, a period from when a plastic fluidized bed is formed on the contact surface to when the relative rotational speed N becomes zero (B
(From point to point C). During this time, the pressing speed of the work is maintained at V = V a , so that it is possible to control the deviation in the time.
【００３３】さらに、前記ステップ(6) において、回転
数が零となった時点（Ｃ点）で、ワークの押付速度Ｖa
を所定の減速率で減速する。摩擦圧接装置の押付速度
は、回転速度（回転数）と比較すると極小さなものであ
り、その慣性力は小さいので、押付速度Ｖa はほぼ瞬時
に零まで減速させることができる。Further, in step (6), when the rotation speed becomes zero (point C), the pressing speed V a of the workpiece is set.
Is decelerated at a predetermined deceleration rate. Pushing speed of the friction welding device, as compared with the rotational speed (rpm) and a very small one, because the inertia is small, the pressing speed V a can be decelerated to zero almost instantly.
【００３４】上記構成をなす本発明の実施の形態により
得られる作用効果は、以下の通りである。まず、ワーク
の相対回転数Ｎ及び押付速度Ｖを所定値一定に保ち、ワ
ークの当接面に塑性流動層が形成されるタイミングであ
るＢ点で、回転数ＮをＮa から零へと所定の減速率で減
速を行い、かつ、回転数Ｎ＝０となったＣ点で押付速度
Ｖを所定の減速率でＶ＝０まで減速する各ステップにお
いて、ワークの寄り代を制御することが容易となり、製
品寸法のばらつきの少ない摩擦圧接製品を得ることがで
きる。The operation and effect obtained by the embodiment of the present invention having the above configuration are as follows. First, the relative rotational speed N and the pressing speed V of the work are kept constant at predetermined values, and the rotational speed N is reduced from Na to zero at a point B which is a timing at which a plastic fluidized bed is formed on the contact surface of the work. In each step of decelerating at the deceleration rate of V and decelerating the pressing speed V to V = 0 at the predetermined deceleration rate at the point C where the rotation speed N = 0, it is easy to control the deviation of the work. Thus, it is possible to obtain a friction-welded product having less variation in product dimensions.
【００３５】また、摩擦圧接工程を進める上で重要とな
るＢ点を設定するにあたり、まず、ワークの当接面の状
態を示す回転トルクＴ、押付トルクＴF からＴ／Ｆ変動
値α（ｔ）を求める。そして、該α（ｔ）の値が一定と
なるタイミングを、塑性流動層形成点tsとし、該塑性流
動層形成点tsが生じるタイミングをＢ点としている。よ
って、Ｂ点はワークの当接面が軟化していく過程を捕ら
え、それに基づいて決定されるものであり、ワークの当
接面の状態に応じて、最適な摩擦圧接工程の進行をする
ことができる。なお、塑性流動層形成点tsを若干越えた
タイミングにＢ点を設定することももちろん可能である
が、ts点とＢ点との差を可能な限り小さくすることによ
り、エネルギーの無駄使いを小さくし、熱の影響による
製品品質のばらつきを抑えることができる。また、必要
最小限の寄り代で十分な接合強度を得ることができるの
で、バリ発生を抑えこれを除去するための工程を不要と
する。合わせて素材の使用量が減少することから、素材
費の低減を図ることも可能となる。In setting the point B, which is important in performing the friction welding process, first, the T / F fluctuation value α (t) is calculated from the rotational torque T indicating the state of the contact surface of the work and the pressing torque TF. ). Then, the α timing value becomes constant (t), the plastic flow layer forming point t s, are the timing at which occurs該塑fluidized layer formation point t s and B points. Therefore, the point B captures the process of softening the contact surface of the work and is determined based on the process. According to the state of the contact surface of the work, the optimum friction welding process proceeds. Can be. It is of course possible to set the point B at a timing slightly beyond the point t s at which the plastic fluidized bed is formed. However, by making the difference between the point t s and the point B as small as possible, waste of energy can be achieved. And the variation in product quality due to the influence of heat can be suppressed. In addition, since a sufficient bonding strength can be obtained with a minimum required offset, a process for suppressing the generation of burrs and eliminating it is not required. In addition, since the amount of material used is reduced, material cost can be reduced.
【００３６】また、ワークの相対回転数Ｎ＝Ｎa 、押付
速度Ｖ＝Ｖa は、当接開始点t0から前記塑性流動層形成
点tsまでの投入エネルギー量がＷ＝ＷS となる値を選択
するので、ワーク同士の接合強度を十分に得ることがで
きる。以上のごとく、本実施の形態に係る摩擦圧接方法
によると、製品の寸法精度、接合強度を高いレベルで得
ると共に、必要以上のエネルギーを母材に投入すること
がなく、安定した機械的性質を備える摩擦圧接製品を得
ると共に、作業効率の向上を図ることが可能となる。The relative rotational speed N = N a and the pressing speed V = V a of the work are such that the energy input from the contact start point t 0 to the plastic fluidized bed formation point t s is W = W S. Since the value is selected, a sufficient joining strength between the works can be obtained. As described above, according to the friction welding method according to the present embodiment, the dimensional accuracy of the product, the joining strength is obtained at a high level, and more than necessary energy is not supplied to the base material, and stable mechanical properties are obtained. It is possible to obtain the friction welding product provided and improve the working efficiency.
【００３７】なお、前述の数３式等に基づいて摩擦圧接
工程中の投入エネルギー量を逐次積算することにより、
フィードバックデータに基づいた更に信頼性の高い摩擦
圧接作業を行うことが可能となる。It should be noted that the energy input during the friction welding process is successively integrated based on the above-mentioned equation 3 and the like, whereby
It is possible to perform a more reliable friction welding operation based on the feedback data.
【００３８】[0038]
【発明の効果】本発明はこのように構成したので、以下
のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る
摩擦圧接方法によると、従来の摩擦圧接方法である、ブ
レーキ式とフライホイール式のいずれにおいても不可能
であった、ワークの当接面の軟化状態に基づいた摩擦圧
接を行うことが可能となる。このことにより、投入エネ
ルギー及び素材の無駄使いを抑え、製品の寸法精度、接
合強度、機械的性質のばらつきを抑えることが可能とな
る。よって、摩擦圧接方法による製品の信頼性を高め、
かつ低コストによる提供が可能となり、摩擦圧接方法の
適用範囲を更に広げることができる。According to the present invention, the following effects are obtained. First, according to the friction welding method according to the first aspect of the present invention, based on the softened state of the contact surface of the work, which is impossible with any of the conventional friction welding methods, brake type and flywheel type. It is possible to perform friction welding. As a result, it is possible to suppress the input energy and wasteful use of the material, and to suppress variations in dimensional accuracy, bonding strength, and mechanical properties of the product. Therefore, the reliability of the product by the friction welding method is improved,
In addition, provision at a low cost becomes possible, and the applicable range of the friction welding method can be further expanded.
【００３９】また、本発明の請求項２に係る摩擦圧接方
法によると、ワークの相対回転数及び押付速度を一定に
保つための、回転トルク及び押付力の増減に基づいて、
当接面における塑性流動層の形成の有無を判断し、摩擦
圧接を進行する。すなわち、ワークの当接面の軟化状態
に基づいた摩擦圧接を行うことが可能となり、投入エネ
ルギー及び素材の無駄使いを抑え、製品の寸法精度、接
合強度、機械的性質のばらつきを抑えることが可能とな
る。Further, according to the friction welding method according to the second aspect of the present invention, based on the increase and decrease of the rotational torque and the pressing force for keeping the relative rotational speed and the pressing speed of the work constant.
The presence or absence of the formation of a plastic fluidized bed on the contact surface is determined, and friction welding proceeds. In other words, it is possible to perform friction welding based on the softened state of the contact surface of the workpiece, reduce input energy and waste of material, and suppress variations in product dimensional accuracy, bonding strength, and mechanical properties Becomes
【００４０】さらに、本発明の請求項３に係る摩擦圧接
方法によると、前記回転トルクと前記押付力との比較値
が一定となったタイミングにおいて、塑性流動層が形成
されたと判断し、その後の工程（ワーク同士の相対回転
を停止し、その後ワークの送りを停止する。）を進行す
ることにより、ワークの当接面が軟化していく過程を考
慮に入れた摩擦圧接を行うことができる。よって、投入
エネルギー及び素材の無駄使いを抑え、製品の寸法精
度、接合強度、機械的性質のばらつきを抑えることが可
能となる。Further, according to the friction welding method of the third aspect of the present invention, it is determined that a plastic fluidized bed has been formed at the timing when the comparison value between the rotational torque and the pressing force becomes constant, and thereafter, By proceeding with the process (the relative rotation between the workpieces is stopped, and then the feeding of the workpiece is stopped), friction welding can be performed in consideration of the process of softening the contact surface of the workpiece. Therefore, it is possible to suppress wasteful use of input energy and materials, and to suppress variations in dimensional accuracy, bonding strength, and mechanical properties of products.
【００４１】加えて、本発明の請求項４に係る摩擦圧接
方法によると、ワーク同士の当接面に所望の接合強度を
得るために必要な投入エネルギー量に基づいて、前記所
定の相対回転数及び押付速度を決定するので、確実に所
望の接合強度を得ることが可能となる。よって、摩擦圧
接製品の信頼性をより高めることができる。In addition, according to the friction welding method of the fourth aspect of the present invention, the predetermined relative rotational speed is determined based on the amount of energy input required to obtain a desired joining strength between the abutting surfaces of the workpieces. Since the pressing speed is determined, the desired bonding strength can be reliably obtained. Therefore, the reliability of the friction welding product can be further improved.
【図１】本発明の実施の形態に係る摩擦圧接方法におい
て、ワーク同士の相対回転数Ｎ及び押付速度Ｖの変化の
様子を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing how a relative rotation speed N and a pressing speed V of a workpiece change in a friction welding method according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態に適した摩擦圧接装置の該
略図である。FIG. 2 is a schematic view of a friction welding apparatus suitable for an embodiment of the present invention.
【図３】図２に示す摩擦圧接装置の制御手段を示すブロ
ック図である。FIG. 3 is a block diagram showing control means of the friction welding device shown in FIG. 2;
【図４】本発明の実施の形態に係る摩擦圧接方法におい
て、摩擦圧接装置の作動制御の流れを示すブロック図で
ある。FIG. 4 is a block diagram showing a flow of operation control of the friction welding device in the friction welding method according to the embodiment of the present invention.
【図５】（ａ）には、ワーク同士が当接を開始してか
ら、ワークの送りが進行していく過程において、回転数
Ｎ＝Ｎa 、速度Ｖ＝Ｖa で一定としたときの回転トルク
Ｔ、押付力Ｆの変動の様子を示す。また、（ｂ）には
（ａ）に示す回転トルクＴ、押付力Ｆの変動値を比較し
たＴ／Ｆ変動値α（ｔ）を示す。FIG. 5 (a) shows a case where the rotation of the workpiece is constant at a rotation speed N = N a and a speed V = V a in a process of feeding the workpiece after the workpieces start contacting each other. The state of the fluctuation of the rotation torque T and the pressing force F is shown. (B) shows the T / F fluctuation value α (t) obtained by comparing the fluctuation values of the rotation torque T and the pressing force F shown in (a).
【図６】投入エネルギー量Ｗを様々に変えて摩擦圧接を
行った製品に、破断試験を実施した際の、破断荷重と破
断位置とを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a breaking load and a breaking position when a breaking test is performed on a product that has been subjected to friction welding by changing the input energy amount W variously.
【図７】ワークの押付速度Ｖと投入エネルギー量Ｗとの
関係を示す相関図である。FIG. 7 is a correlation diagram showing a relationship between a work pressing speed V and an input energy amount W.
【図８】従来の摩擦圧接方法であるブレーキ式、フライ
ホイール式における回転数、押付力、寄り代の変化を各
々比較した図である。FIG. 8 is a diagram comparing changes in the number of revolutions, the pressing force, and the allowance in the brake type and the flywheel type, which are the conventional friction welding methods.
Ｂ 塑性流動層の形成点 Ｃ ワーク間の相対回転の停止点 Ｎa ワーク間の相対回転数 Ｖa ワーク間の押付速度Pressing speed between the relative rotational speed V a workpiece between B plastic flow layer relative rotation stopping point N a workpiece between forming point C work
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沼 正史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Masashi Onuma 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation
Claims (4)
回転と押付圧力とを付与することにより各ワークの当接
面を軟化させ、ワーク同士を溶着する摩擦圧接方法であ
って、摩擦圧接の過程において、ワーク間の相対回転数
及び押付速度を、前記当接面に塑性流動層が形成される
まで所定値一定に保ち、その後前記相対回転数を所定の
減速率で停止させ、該回転停止後に押付を停止する各ス
テップを有する摩擦圧接方法。1. A friction welding method in which a contact surface of each work is softened by applying a relative rotation and a pressing pressure between a plurality of works coaxially arranged, and the works are welded to each other. In the process, the relative rotational speed between the workpieces and the pressing speed are maintained at a predetermined value until a plastic fluidized bed is formed on the contact surface, and thereafter, the relative rotational speed is stopped at a predetermined deceleration rate, and the rotation is stopped. A friction welding method having each step of stopping pressing after stopping.
対回転数を一定値に保つために増減される回転トルク
と、前記押付速度を一定値に保つために増減される押付
力との比較により判断することを特徴とする請求項１記
載の摩擦圧接方法。2. The method according to claim 1, wherein the presence or absence of the formation of the plastic fluidized bed is determined by a rotational torque that is increased or decreased to maintain the relative rotation speed at a constant value, and a pressing force that is increased or decreased to maintain the pressing speed at a constant value. The friction welding method according to claim 1, wherein the determination is made by comparison.
が一定となるタイミングで前記塑性流動層の形成を判断
する請求項２記載の摩擦圧接方法。3. The friction welding method according to claim 2, wherein the formation of the plastic fluidized bed is determined at a timing when a comparison value between the rotation torque and the pressing force becomes constant.
ワーク同士の当接面に所望の接合強度を得るために必要
な投入エネルギーに基づいて決定されることを特徴とす
る請求項１または２記載の摩擦圧接方法。4. The predetermined relative rotation speed and pressing speed are as follows:
3. The friction welding method according to claim 1, wherein the friction welding method is determined based on an input energy required to obtain a desired joining strength between contact surfaces of the workpieces.
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| JP20590397A JP3412463B2 (en) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | Friction welding method |
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