[发明专利]接合方法和接合用工具

说明书

技术领域

本发明涉及用于接合待接合构件(工件)的接合方法和接合用工具。

背景技术

近年来，搅拌摩擦接合技术的发展和商业化被推进为一种新的接合方法，以替代作为用于金属制的工件(待加工构件，即待接合构件)的接合方法的无钎料焊接(welding)和钎焊(brazing)方法。

作为固相接合的搅拌摩擦接合适于在比无钎料焊接(熔融接合)或钎焊(液相-固相反应接合)低的温度下接合工件。因而，搅拌摩擦接合具有如下优点：使得工件在接合期间的热变形小；以及较少地产生由接合部中的金属的状态改变引起的气体缺陷或固化裂纹导致的接合缺陷。

搅拌摩擦接合是一种涉及如下方面的接合方法：准备圆柱形的接合用工具；将高速转动中的接合用工具压抵至工件的待接合部分；利用在接合用工具和工件(更具体地，待接合部分)之间产生的摩擦热来促进结合部的塑性流动，由此来接合工件。

接合用工具包括肩部和被称为探针的突起，肩部具有大的外径并且具有均一的圆柱形状，而突起具有小的外径并且从肩部的顶面突出。肩部和突起位于大致相同的轴线上。在接合处理期间，在肩部的顶面压抵工件并且探针推入或插入到工件之间的接合线中的状态下，接合用工具沿着工件的抵接面移动。然后，工件由于与接合用工具的摩擦产生的热而软化，并且在维持在固相的状态下通过塑性流动而接合。

搅拌摩擦接合是一种涉及用较大的力(以下，称为“工具负荷”)将接合用工具压抵工件的接合方法。例如，在所谓的6000系列铝合金(Al-Mg-Si系列合金)的情况下，工具负荷高达大约3kN至10kN。

然而，搅拌摩擦接合引起如下问题：由于需要对工件施加工具负荷并且因为接合用工具的形状或几何结构，难以使在工件的边缘部具有诸如曲面形状、直角形状等复杂形状的部分接合，即难以将具有非平坦形状的接合部分接合。另外，搅拌摩擦接合可能引起探针拔出孔留在接合终端部的问题。

为了应对以上缺陷，还提供了一种涉及如下方面的接合方法：在工件的端部形成突片(tab)或延长部(更具体地，待接合部)；通过将突片或延长部用作接合始端部或接合终端部而进行搅拌摩擦接合；随后通过使用另一机械工具切除突片或延长部，从而在不留下探针拔出孔的情况下使具有非平坦形状的工件的接合部接合(例如，参见专利文献1：日本特开平10-71477号公报)。

另一方面，在搅拌摩擦接合方法中，可能引起如下情况：在接合用工具通过工件的结合部之后，接合用工具可能在接合部的表面产生毛刺。在需要结合部的表面平滑的应用(例如，结合部的表面被用作配合面的组件)中，或者在需要外观美观的应用(精心设计的表面)中，不期望有这种毛刺。因而，还提供一种搅拌摩擦接合方法，其能够与使用配备有适于与接合用工具一体转动的切割刀片的接合用工具进行搅拌摩擦接合加工并行地从结合部的表面去除毛刺(例如，参见专利文献2：日本特开2003-126973号公报，以及专利文献1)。

将工件的突片或延长部用作接合加工始端部或接合加工终端部来进行搅拌摩擦接合的传统接合方法需要在接合之后使用另一机械工具切下突片或延长部。在该传统方法中，因为需要在接合之后使用另一机械工具切下突片或延长部，与不需要用于切下突片或延长部的工艺相比，该传统方法需要额外的时间和劳动，例如，为了切下突片或延长部，而进行从接合设备到切割机械工具的安装改变(setup change)，这可能引起接合品的成本的增加。

另一方面，在能够与使用配备有适于与接合用工具一体转动的切割刀片的接合用工具对工件进行搅拌摩擦接合加工同时并行地从结合部的表面去除毛刺的搅拌摩擦接合方法的情况中，尽管该方法能够提供平滑的结合部，但是该方法没有考虑在将工件的突片或延长部用作接合加工始端部或接合加工终端部而进行搅拌摩擦接合时利用切割刀片切下突片或延长部的需求。

另外，由于该搅拌摩擦接合方法利用切割刀片切除毛刺，所以切屑附着于工件或接合品、接合用工具和搅拌摩擦接合设备，于是需要额外的时间和劳动来清洁切屑或者需要其它切屑去除措施，导致接合品的成本进一步增加。

发明内容

因此，考虑到上述现有技术遇到的情况而构思出本发明，本发明的目的在于提供一种能够在无需从搅拌摩擦接合设备到另一机械工具的安装改变用额外时间和劳动的情况下接合具有非平坦形状的工件的待接合部而不会留下探针拔出孔的接合方法和接合用工具。