專(zhuān)利名稱:在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法、裝置以及金屬配件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通過(guò)摩擦攪拌工藝在金屬構(gòu)件表面上形成材料與其相同的凸起 的方法及凸起形成裝置,以及通過(guò)形成凸起的方法加工的金屬配件。
背景技術(shù):
在金屬構(gòu)件的表面形成實(shí)心凸起廣泛用作定位裝置、支承裝置、固定固著 裝置、冷卻裝置,其在便攜式電話或便攜式個(gè)人電腦等便攜式信息終端、家電 制品、汽車(chē)部件、鐵道用車(chē)輛等中已成為不可缺少的技術(shù)。作為在金屬構(gòu)件的 表面形成實(shí)心凸起的方法,已知使用了預(yù)先制備凸起并將其焊接、釬焊、固相 接合在金屬構(gòu)件上的方法,摩擦接合的方法和采用金屬模具進(jìn)行壓力加工的方
法。焊接、釬焊的方法存在的問(wèn)題在于增加制造工時(shí)并提高了成本以及不適
用于從減輕重量的觀點(diǎn)考慮傾向使用的鎂、鎂合金以及鋁、鋁合金;摩擦接合 的方法,存在尺寸精度不良的問(wèn)題;壓力加工的方法,存在不適用于金屬配件 小型化、薄板化以及復(fù)雜化的問(wèn)題。
作為在金屬構(gòu)件的表面形成實(shí)心凸起的技術(shù),提出了摩擦攪拌成型方法(專(zhuān) 利文獻(xiàn)i),在該方法中,將鋁制第l物體放置在形成凹部的第2物體(金屬模 具)上,使摩擦熱產(chǎn)生攪拌裝置與第l物體接觸以在兩者之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)并 產(chǎn)生摩擦熱,因此,在非溶融狀態(tài)下使第l物體產(chǎn)生塑性流動(dòng),在第i物體上
轉(zhuǎn)印出與第2物體的凹部相當(dāng)?shù)耐共?,還提出了鎂合金部件的制造方法(專(zhuān)利 文獻(xiàn)2),在該方法中,通過(guò)在一對(duì)上下金屬模具之間對(duì)原材料板之間進(jìn)行加壓
并加熱,從而使原材料板的一部分向金屬模具的凹部?jī)?nèi)產(chǎn)生塑性流動(dòng)并形成凸 部。前者的摩擦攪拌成型方法在不必需熱源的情況下,利用摩擦熱產(chǎn)生的塑性 流動(dòng),填充在設(shè)置于攪拌裝置相反側(cè)的金屬模具中形成的凹部,這種方法能夠
3消除上述問(wèn)題。但是,在該方法中形成的凸起存在機(jī)械特性(強(qiáng)度以及延展性) 較低的實(shí)用性問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明人的認(rèn)識(shí),其理由在于組織細(xì)化的區(qū)域?yàn)橥?過(guò)第1物體的摩擦熱發(fā)生攪拌裝置進(jìn)行摩擦攪拌的區(qū)域,在第2物體中形成的 凹部位于與其分離的區(qū)域,從而難以實(shí)現(xiàn)凸起部分的組織的細(xì)化。另外,難以
通過(guò)該方法在薄板( 2mm厚)上形成直徑3mm以上、高度5mm以上的凸起。 后者的制造方法由于可以在難以進(jìn)行焊接、釬焊的鎂合金部件上形成凸起,因 此,能夠消除上述問(wèn)題。但是,該方法在上金屬模具和下金屬模具中分別內(nèi)置 有加熱器,通過(guò)加熱器的加熱產(chǎn)生塑性流動(dòng),因此,存在除了必須熱能以外, 凸起的機(jī)械特性較低的問(wèn)題。其理由在于在沒(méi)有利用攪拌的情況下產(chǎn)生的塑 性流動(dòng)中產(chǎn)生的應(yīng)變能較小,從而難以充分實(shí)現(xiàn)組織的細(xì)化。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2002-256453號(hào)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2004-337935號(hào)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供無(wú)需從外部施加熱能就能在金屬構(gòu)件上 形成機(jī)械特性(強(qiáng)度和延展性)優(yōu)良的實(shí)心凸起的方法以及凸起形成裝置。
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供在難以焊接或釬焊的金屬構(gòu)件上 形成機(jī)械特性優(yōu)良的實(shí)心凸起的方法以及凸起形成裝置。
本發(fā)明要解決的再一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供具有機(jī)械特性優(yōu)良的實(shí)心凸起的 金屬配件。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法的技術(shù) 方案是將在前端具有開(kāi)孔的加工裝置的前端部按壓在被加工金屬構(gòu)件表面上, 并朝相對(duì)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)被加工金屬構(gòu)件和加工裝置。若使加工裝置接觸被加 工金屬構(gòu)件并使加工裝置轉(zhuǎn)動(dòng),則會(huì)產(chǎn)生摩擦熱,由于該摩擦熱,被加工金屬 構(gòu)件接觸加工裝置的部分的溫度會(huì)上升,從而在低應(yīng)力下呈現(xiàn)塑性流動(dòng),被加工金屬構(gòu)件沒(méi)有呈現(xiàn)塑性流動(dòng)的周?chē)膮^(qū)域形成止動(dòng)部分,被加工金屬構(gòu)件朝 形成于加工裝置前端部的開(kāi)孔內(nèi)流入并形成凸起。與轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間成比例,呈現(xiàn) 塑性流動(dòng)的時(shí)間增長(zhǎng),由于塑性流動(dòng),被加工金屬構(gòu)件流入加工裝置的開(kāi)孔內(nèi) 的量增加,從而凸起增高。由于塑性流動(dòng)是在被加工金屬構(gòu)件為固體的狀態(tài)下 呈現(xiàn)的,因此,不會(huì)使被加工金屬構(gòu)件的組織粗大,另一方面,由于通過(guò)加工 裝置的摩擦攪拌,凸起及其附近的被加工金屬構(gòu)件的表面區(qū)域與其它區(qū)域相比 會(huì)形成細(xì)化,因此,在加工中的高溫狀態(tài)(所謂以絕對(duì)溫度表示被加工金屬構(gòu) 件的融點(diǎn)的數(shù)值的1/2以上的溫度)下會(huì)產(chǎn)生超塑性流動(dòng),變形應(yīng)力減小,塑 性流動(dòng)性非常大。另一方面,能夠增大凸起在加工結(jié)東后恢復(fù)至室溫時(shí)的機(jī)械 強(qiáng)度。由于摩擦熱是通過(guò)在壓接被加工金屬構(gòu)件與加工裝置的狀態(tài)下使兩者相 對(duì)以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的,因此,使被加工金屬構(gòu)件靜止而使加工裝置轉(zhuǎn)動(dòng)、 使加工裝置靜止而使被加工金屬構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)、使被加工金屬構(gòu)件與加工裝置沿相 反方向或相同方向、以不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)均與其相當(dāng)。
作為適用于本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法的金屬材料,優(yōu)選但
不局限于鎂合金以及鋁合金。作為鎂合金,可采用至少含有一種鋁Al、鋅Zn、 鎬Zr、錳Mn、鋰Li、鐵Fe、硅Si、銅Cu、鎳Ni、鉤Ca、稀土類(lèi)元素的鎂合 金。另外,鋁合金可釆用至少含有一種銅Cu、錳Mn、硅Si、鎂Mg、鋅Zn、 鎳Ni、鉻Cr、鈥Ti的鉬合金。
本發(fā)明凸起形成裝置的技術(shù)方案在于,其設(shè)有保持被加工金屬構(gòu)件的裝置, 在前端部具有開(kāi)孔的加工裝置,驅(qū)動(dòng)加工裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置,使保持裝置以及加 工裝置的至少一個(gè)沿連接兩個(gè)裝置的線移動(dòng)的裝置,將加工裝置按壓在被加工 金屬構(gòu)件表面上的裝置。通過(guò)這種結(jié)構(gòu),無(wú)需從外部施加熱能,就能通過(guò)塑性 流動(dòng)在本發(fā)明在被加工金屬構(gòu)件的表面上形成材料與被加工金屬構(gòu)件相同的凸 起。這種加工裝置也可以作為在金屬構(gòu)件上形成凸起的單功能裝置,另外,也 可以作為承擔(dān)順序加壓裝置的多個(gè)工序中的一個(gè)工序的裝置部分。
作為在本發(fā)明凸起形成裝置中使用的加工夾具,要求耐熱性、耐磨損性、浸濕性較低(不與被加工部件接合),具體材料可釆用不銹鋼(例如SUS鋼)、
工具鋼(例如SK鋼)、超合金(Ni系、Fe系、Co系)、陶瓷(CBCN(立方晶 硼化物)、Zr02、 SiC、 Si3N4、 SiALON、 A1203以及它們的合成材料)、金屬 與陶瓷的復(fù)合材料(例如水泥)。
本發(fā)明具有凸起的金屬配件的技術(shù)方案在于具有金屬構(gòu)件以及以與其相 同的材料一體形成在上述金屬構(gòu)件表面上的凸起,并且,其具有凸起及其附近 的金屬構(gòu)件的表面區(qū)域與其它區(qū)域相比被細(xì)化的組織。具有該凸起的金屬配件 適于作為在便攜式信息終端、家電制品、汽車(chē)部件、鐵道用車(chē)輛等中使用的具 有凸起部分的部件。
根據(jù)本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成凸起的方法,利用摩擦熱呈現(xiàn)金屬構(gòu)件的塑 性流動(dòng)并流入加工裝置的開(kāi)孔中,以與金屬構(gòu)件相同的材料形成表面區(qū)域?yàn)榧?xì) 化組織的凸起,從而能夠獲得機(jī)械特性優(yōu)良的實(shí)心凸起。另外,本發(fā)明的加工 裝置提供了能夠?qū)崿F(xiàn)在本發(fā)明金屬構(gòu)件上形成凸起的方法的裝置,無(wú)需從外部 施加熱能,通過(guò)塑性流動(dòng)就能在被加工金屬構(gòu)件的表面上形成材料與被加工金 屬構(gòu)件相同的凸起。另外,由于本發(fā)明具有凸起的金屬配件形成了凸起及其附 近的金屬構(gòu)件的表面區(qū)域與其它區(qū)域相比被細(xì)化的組織,因此,能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械 特性優(yōu)良的凸起。
圖l為概況截面圖,其說(shuō)明了在本發(fā)明金屬構(gòu)件上形成凸起的方法。
圖2為方框圖,其說(shuō)明了在本發(fā)明金屬構(gòu)件上形成凸起的方法的工序。
圖3為概括放大圖,其說(shuō)明了在本發(fā)明金屬構(gòu)件上形成凸起的方法的作用。
圖4為概況截面圖,其說(shuō)明了通過(guò)本發(fā)明的方法在金屬構(gòu)件上形成的凸起 的機(jī)械特性較高的情況。
圖5為顯微鏡照片,其顯示了通過(guò)本發(fā)明的方法形成在金屬構(gòu)件上的凸起 根部部分的組織狀態(tài)。圖6顯示了測(cè)算通過(guò)本發(fā)明方法在金屬構(gòu)件上形成的凸起的一個(gè)機(jī)械特 性,即沖擊值的結(jié)果。
圖7為概況正視圖以及側(cè)視圖,這些視圖顯示了為執(zhí)行本發(fā)明在金屬構(gòu)件 上形成凸起的方法所使用的凸起形成裝置的一個(gè)例子。
圖8為概況截面圖,其顯示了本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成凸起的方法中使用 的加工夾具的變形例。
圖9為在形成2個(gè)凸起時(shí)使用的加工夾具的概況截面圖以及使用該加工夾 具形成2個(gè)凸起的金屬配件的概況截面圖。
圖IO為概況正視圖以及仰視圖,這些視圖顯示了在本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形 成凸起的方法以及凸起形成裝置中使用的加工夾具的代表性結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法的最佳實(shí)施形式為以鎂合金作為 被加工金屬構(gòu)件,在其表面利用由不銹鋼制成的加工夾具產(chǎn)生的摩擦攪拌形成 凸起的情況。鎂以及鎂合金系合金為輕質(zhì)金屬材料并具有廣泛用作便攜式信息 終端、家電制品、汽車(chē)部件、鐵道用車(chē)輛等的金屬配件的傾向,但另一方面, 其存在焊接、釬焊方法不能適用的問(wèn)題,從而在普及上存在待解決的問(wèn)題。本 發(fā)明是為解決該問(wèn)題作出的。
實(shí)施例1
圖1以及圖2為工序圖,其顯示了本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成凸起的方法的 實(shí)施例,在圖l中,111為形成凸起的被加工金屬構(gòu)件,12為放置固定被加工 金屬構(gòu)件111的加工臺(tái),13為在前端部13a具有開(kāi)孔13b的外形斷面為圓形的 加工夾具,14為可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承加工夾具13的保持夾具。加工夾具13具有通過(guò) 轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)動(dòng)并以前端部13a方向以規(guī)定壓力按壓的裝置。在被加工金屬構(gòu) 件lll上形成凸起的情況下,在將被加工金屬構(gòu)件lll放置在加工臺(tái)12上的規(guī) 定位置處之后通過(guò)機(jī)械、靜電或真空吸附將其固定(圖2的工序A),同時(shí),將 具有與形成的凸起的尺寸相一致的開(kāi)孔13b的加工夾具13裝配在保持裝置14
7上(圖2的工序B)。接著, 一邊使加工夾具13轉(zhuǎn)動(dòng), 一邊以規(guī)定的壓力將前
端部13a按壓在被加工金屬構(gòu)件111的表面上(圖2的工序C)。若一邊使加工 夾具13的前端部13a轉(zhuǎn)動(dòng), 一邊將其按壓在被加工金屬構(gòu)件111的表面上,則 接觸加工夾具13的前端部13a的被加工金屬構(gòu)件111的表面區(qū)域的組織會(huì)因摩
擦熱導(dǎo)致的溫度上升而產(chǎn)生被加工金屬構(gòu)件軟化,在加壓下通過(guò)加工夾具的轉(zhuǎn) 動(dòng)易于對(duì)其進(jìn)行攪拌,形成強(qiáng)應(yīng)變狀態(tài),從而通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶等形成細(xì)化。這
樣,呈現(xiàn)出細(xì)化的組織在高溫下易于產(chǎn)生塑性變形的超塑性現(xiàn)象。由于超塑性 現(xiàn)象的顯現(xiàn),會(huì)產(chǎn)生塑性流動(dòng),進(jìn)而,即使在沒(méi)有細(xì)化的區(qū)域,在高溫狀態(tài)下, 仍會(huì)軟化并形成塑性流動(dòng)(圖2的工序D)。如后面所述,塑性流動(dòng)向加工夾具 13的開(kāi)孔13b流動(dòng)(圖2的工序E),如圖l的(b)所示,填充至高于被加工 金屬構(gòu)件lll表面的位置,從而形成凸起112 (圖2的工序F)。之后,使加工 夾具13與被加工金屬構(gòu)件111的表面分離(圖2的工序G)。因此,獲得圖1 (c)所示在金屬構(gòu)件111表面具有實(shí)心凸起112的金屬配件11。
利用圖3說(shuō)明通過(guò)塑性流動(dòng)形成凸起的理由。圖3為放大顯示圖1 (b)的 視圖,其顯示的狀態(tài)為接觸加工夾具13的前端部13a的被加工金屬構(gòu)件111 的表面區(qū)域llla呈現(xiàn)超塑性現(xiàn)象并以黑色箭頭方向產(chǎn)生塑性流動(dòng)。另一方面, 不發(fā)生攪拌的下部區(qū)域因摩擦熱產(chǎn)生的溫度上升軟化,通過(guò)由加工夾具13形成 的按壓力以白色箭頭方向產(chǎn)生塑性流動(dòng)(接近通常的熱成形)。呈現(xiàn)超塑性現(xiàn)象 的被加工金屬構(gòu)件lll的表面區(qū)域llla的側(cè)面由沒(méi)有呈現(xiàn)超塑性現(xiàn)象的周?chē)鷧^(qū) 域lllb包屈并沿Y12方向被擠壓,上方通過(guò)加工夾具13的前端部13a以及保 持裝置14、沿箭頭Y13以及Y14的方向被擠壓,并沿黑色箭頭Yllla以及白 色箭頭Y112a的方向被加壓,由黑色箭頭Yllla、 Ylllb以及白色箭頭Y112b 所示的加工夾具13的開(kāi)孔13b方向?yàn)槲ㄒ坏牧鲃?dòng)方向。與由加工夾具13產(chǎn)生 的摩擦攪拌持續(xù)的時(shí)間成比例,向開(kāi)孔13b的流動(dòng)持續(xù)進(jìn)行,從而凸起112的 高度增加。
在通過(guò)塑性流動(dòng)在金屬構(gòu)件表面上形成凸起的情況下,在凸起的里面?zhèn)刃纬煞Q為凹凸的凹部,凸起越高,凹凸就越大。在形成凸起時(shí),通過(guò)使加工夾具 13在與金屬構(gòu)件表面平行的面進(jìn)行圓形運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng),能夠防止凹凸的發(fā)生。
大體的情況為形成金屬構(gòu)件的凸起的面在最終制品中形成從外部不能看到的
面,與形成凸起的面相反的面形成外觀面。因此,形成凹凸會(huì)存在外觀面沒(méi)有 形成設(shè)計(jì)的平面以及有損于美觀等不良情況。
在本發(fā)明金屬構(gòu)件上形成凸起的方法中的重要事項(xiàng)為加工條件的設(shè)定,在 以鎂、鎂系合金、鋁、鋁系合金作為被加工金屬構(gòu)件并在室溫下進(jìn)行加工的情
況下,加工夾具的轉(zhuǎn)速為200 20000rpm,優(yōu)選為500 ~ 5000rpm,加壓壓力優(yōu) 選在50kg/cm2以上。
利用圖4,對(duì)通過(guò)本發(fā)明方法在金屬構(gòu)件上形成的凸起的優(yōu)良機(jī)械特性進(jìn) 行說(shuō)明。使被加工金屬構(gòu)件lll中由加工夾具13摩擦攪拌的區(qū)域細(xì)化(呈現(xiàn)動(dòng) 態(tài)再結(jié)晶等)。細(xì)化的區(qū)域易于在髙溫下發(fā)生塑性變形,并呈現(xiàn)超塑性現(xiàn)象以發(fā) 生塑性流動(dòng),流入加工夾具13的開(kāi)孔13b內(nèi)形成凸起112。圖4 (b)的凸起 112以及在其附近由截面線所示的區(qū)域形成具有通過(guò)摩擦攪拌細(xì)化的組織的區(qū) 域。若使組織細(xì)化, 一般能夠提高機(jī)械特性。在金屬構(gòu)件上形成凸起的情況下, 大多會(huì)在金屬構(gòu)件與凸起的連接之處發(fā)生應(yīng)力集中,從而在該處發(fā)生機(jī)械破損。 若通過(guò)本發(fā)明的方法形成凸起,由于細(xì)化的組織越過(guò)從凸起到凸起與金屬構(gòu)件 的連接處存在于整個(gè)金屬構(gòu)件,因此,能夠提高機(jī)械強(qiáng)度。
部(圖4中被加工金屬構(gòu)件111與凸起112的連接部分)的組織狀態(tài)。從照片 可以判斷與其它部分相比,使與圖4 (b)的截面線所示的區(qū)域?qū)?yīng)之處的組 織細(xì)化。
在圖6中顯示了測(cè)算通過(guò)本發(fā)明形成凸起的方法形成的凸起的一個(gè)機(jī)械特 性,即沖擊值的結(jié)果。試驗(yàn)機(jī)器使用了測(cè)試產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社的IZOD型沖擊試驗(yàn) 裝置(WR-3kgm),準(zhǔn)備各3個(gè)以室溫(2(TC)和相同條件形成凸起的樣品進(jìn) 行測(cè)試。圖中的縱軸表示沖擊值,橫軸表示鎂合金的種類(lèi)。圖中的虛線以及點(diǎn)劃線表示AZ31以及ZK60A的各種原材料的沖擊值。對(duì)于試驗(yàn)片而言,通過(guò)本 發(fā)明的方法在板厚2mm的AZ31板材(AZ31t2)和板厚3mm的AZ31板材 (AZ31t3 )以及板厚3.1mm的ZK60A板材上形成直徑3mm、高約4mm的凸 起。如圖6所示,通過(guò)本發(fā)明的方法形成的凸起的沖擊值均顯示出比原材料大 的值。其原因在于越過(guò)從凸起到凸起與金屬構(gòu)件的連接處,在金屬構(gòu)件的部 分表面形成微細(xì)組織。
實(shí)施例2
圖7為概況正視圖以及側(cè)視圖,這些視圖顯示了為執(zhí)行本發(fā)明在金屬構(gòu)件 上形成凸起的方法所使用的凸起形成裝置的一個(gè)例子。在該圖中,51為設(shè)置裝 置的基臺(tái),52為固定在基臺(tái)51上的機(jī)架,53為在水平面內(nèi)可以沿XY方向移 動(dòng)地支承在機(jī)架52上的工件保持頭,531為埋設(shè)在工件保持頭53的表面附近 的溫度壓力傳感器,54為使工件保持頭53沿豎直方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸并且其由 圖中未示出的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。55為支承在工件保持頭53上的工件夾持器,56 為由圖l所示的加工夾具13和保持裝置14構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)工具,57為保持轉(zhuǎn)動(dòng)工 具56的工具夾持器,58為支承工具夾持器57同時(shí)使工具夾持器57沿豎直方 向移動(dòng)的工具夾持器驅(qū)動(dòng)馬達(dá),581為支承在工具夾持器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上的定速度 低載荷控制裝置,59為支承在機(jī)架52上、支承工具夾持器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)58并轉(zhuǎn)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)工具56的工具轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)。轉(zhuǎn)動(dòng)工具56僅僅為圖1中的加工夾具13。
在采用具有這種結(jié)構(gòu)的凸起形成裝置在金屬構(gòu)件上形成凸起的情況下,將 金屬構(gòu)件放置并固定在工件夾持器55上,使工件保持頭53沿XY方向移動(dòng)以 使形成金屬構(gòu)件的凸起的位置與轉(zhuǎn)動(dòng)工具56相對(duì)。接著, 一邊通過(guò)工具轉(zhuǎn)動(dòng)馬 達(dá)59使轉(zhuǎn)動(dòng)工具56轉(zhuǎn)動(dòng), 一邊通過(guò)工具夾持器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)58使工具夾持器57 向下方移動(dòng),之后,以規(guī)定壓力使轉(zhuǎn)動(dòng)工具56與金屬構(gòu)件表面接觸。因此,通 過(guò)摩擦熱,在金屬構(gòu)件的表面上產(chǎn)生塑性流動(dòng)并形成凸起。在形成凸起時(shí),通 過(guò)工具夾持器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)58使工具夾持器57向上方移動(dòng)并使轉(zhuǎn)動(dòng)工具56與金屬 構(gòu)件以及凸起分離,停止工具轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)59以使轉(zhuǎn)動(dòng)工具56停止。以規(guī)定壓力使轉(zhuǎn)動(dòng)工具56與金屬構(gòu)件表面接觸的控制方法可以利用壓力 控制和位置控制。雖然壓力控制具有可以通過(guò)一定載荷負(fù)荷實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的凸起高 度控制的優(yōu)點(diǎn),但是,其缺點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。具體來(lái)說(shuō),是通過(guò)將應(yīng)變儀 以及負(fù)載傳感器安裝在載物臺(tái)以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸上實(shí)現(xiàn)的。另外,考慮到因熱影響導(dǎo) 致凸起成形時(shí)載荷負(fù)載的變化,因此,該對(duì)策是必需的。位置控制可通過(guò)伺服 馬達(dá)等控制載物臺(tái)以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸實(shí)現(xiàn),從而具有控制比較容易的優(yōu)點(diǎn)。但是,若 所提供的被加工材料的板厚不均勻,則具有凸起尺寸精度(高度)低下的缺點(diǎn)。 作為其解決對(duì)策,可釆用通常通過(guò)激光位移計(jì)進(jìn)行板厚控制并在每一凸起成形
時(shí)調(diào)整位置的方法。 實(shí)施例3
圖8為顯示加工夾具的變形例的概況截面圖。在該實(shí)施例中,通過(guò)具有與 開(kāi)孔13b相當(dāng)?shù)目?31a的圓簡(jiǎn)形部件131、插入圓簡(jiǎn)形部件131的孔131a內(nèi) 的按壓部件132、在圓簡(jiǎn)形部件131的孔131a內(nèi)被引導(dǎo)并沿圓簡(jiǎn)形部件131的 前端部13a的方向推壓按壓部件132的彈簧133構(gòu)成圖1所示的加工夾具13。 通過(guò)以這種結(jié)構(gòu)形成加工夾具13,能夠產(chǎn)生以下效果①由于僅在圓簡(jiǎn)形部件 131的孔131a與按壓部件132之間形成間隙,因此,能夠形成在形成凸起時(shí)空 氣排出通道,②由于在凸起形成時(shí)推壓了凸起前端部,因此,能夠形成前端部 平坦形狀的凸起。
實(shí)施例4
圖9為顯示在同時(shí)形成2個(gè)凸起時(shí)使用的加工夾具13的概況截面圖以及使 用該加工夾具形成2個(gè)凸起112的金屬配件11的概況截面圖。在圖1所示的保 持夾具14上同時(shí)設(shè)有2個(gè)加工夾具。該加工夾具13為適于形成接近的凸起112 時(shí)的加工夾具,其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⒓庸r(shí)間縮短1/2。雖然以形成2個(gè)凸起112 時(shí)為例進(jìn)行了說(shuō)明,但是,不應(yīng)局限于2個(gè),也可以根據(jù)鄰接的凸起數(shù)量增加 加工夾具13的數(shù)量。作為優(yōu)選的實(shí)施例,可以設(shè)置調(diào)整開(kāi)孔之間距離的裝置以 使凸起之間的距離任意變化。實(shí)施例5
圖IO為正視圖以及仰視圖,這些視圖顯示了本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成凸起
的方法以及在凸起形成裝置中使用的加工夾具13的代表性結(jié)構(gòu)。圖10 (a)為 在形成1個(gè)圓柱形凸起時(shí)使用的加工夾具13,并形成1個(gè)開(kāi)孔13b,對(duì)以虛線 顯示該加工夾具13上部的部分進(jìn)行切削以使其變細(xì)。這種變形也適用于以下的 加工夾具。圖10(b)為在形成l個(gè)圓柱形凸起的變形例時(shí)使用的加工夾具13, 其形成了 1個(gè)開(kāi)孔13b,該開(kāi)孔具有小徑圓柱在大徑圓柱上組合而成的形狀。 圖10 (c)為在形成1個(gè)圓柱形凸起以及沿其周?chē)鼑沫h(huán)狀凸起時(shí)使用的加 工夾具13,其形成了環(huán)狀開(kāi)孔13b。圖10 (d)為在形成圓錐狀凸起時(shí)使用的 加工夾具13,其形成了圓錐狀開(kāi)孔13b。圖10 (e)為在形成1個(gè)半球狀凸起 時(shí)使用的加工夾具13,其形成了半球狀開(kāi)孔13b。圖10(f)為在形成圓錐臺(tái)狀 凸起時(shí)使用的加工夾具13。這些加工夾具13可進(jìn)行變形和組合,本發(fā)明不應(yīng) 局限于這些加工夾具。
本發(fā)明在金屬構(gòu)件上形成凸起的方法及凸起形成裝置以及具有由其制造的 凸起的金屬配件不應(yīng)局限于在實(shí)施例中說(shuō)明的方法以及結(jié)構(gòu),在本發(fā)明的技術(shù) 思想的范圍內(nèi)可作出各種變形。
權(quán)利要求
1.一種在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法,其特征在于將在前端具有開(kāi)孔的加工裝置的前端部按壓在被加工金屬構(gòu)件表面上,并朝相對(duì)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述被加工金屬構(gòu)件和所述加工裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法,其特征在于: 在將所述加工裝置的前端部按壓在所述被加工金屬構(gòu)件表面上的狀態(tài)下,使其 在與所述被加工金屬構(gòu)件表面平行的面中進(jìn)行圓形運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法,其特征在于:對(duì)所述被加工金屬構(gòu)件表面施加的按壓力,以及所述被加工金屬構(gòu)件與所述加工裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)速,為由此在所述被加工金屬構(gòu)件與所述加工裝置接觸的區(qū)域 中產(chǎn)生塑性流動(dòng)的值。
4. 一種凸起形成裝置,其特征在于其設(shè)有保持被加工金屬構(gòu)件的裝置, 在前端部具有開(kāi)孔的加工裝置,驅(qū)動(dòng)所述加工裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置,使所述保持被 加工金屬構(gòu)件的裝置以及所述加工裝置中的至少一個(gè)沿連接兩個(gè)裝置的線移動(dòng) 的裝置,將所述加工裝置按壓在被加工金屬構(gòu)件表面上的裝置。
5. —種具有凸起的金屬配件,其特征在于其具有金屬構(gòu)件以及以與其相 同的材料一體形成在所述金屬構(gòu)件表面上的凸起,并且,其具有所述凸起及其 附近的所述金屬構(gòu)件的表面區(qū)域與其它區(qū)域相比被細(xì)化的組織。
全文摘要
本發(fā)明提供了在金屬構(gòu)件上形成實(shí)心凸起的方法、裝置以及金屬配件。本發(fā)明的方法無(wú)需從外部施加熱能就能在金屬構(gòu)件上形成機(jī)械特性優(yōu)良的實(shí)心凸起。本發(fā)明方法的技術(shù)方案在于將在前端具有開(kāi)孔(13b)的加工夾具(13)的前端部(13a)按壓在被加工金屬構(gòu)件(111)的表面上,并朝相對(duì)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)上述被加工金屬構(gòu)件(111)和上述加工夾具(13)以產(chǎn)生摩擦熱,通過(guò)該摩擦熱產(chǎn)生向開(kāi)孔(13b)內(nèi)的塑性流動(dòng)。
文檔編號(hào)C23C26/00GK101629290SQ20091015759
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者山野井周一, 本橋嘉信, 行武榮太郎 申請(qǐng)人:山野井精機(jī)株式會(huì)社