[发明专利]摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于例如使金属材料的被加工件彼此对接，由摩擦热软化而进行接合的摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法。

背景技术

作为上述加工法，摩擦搅拌接合（FSW）已被众所周知。摩擦搅拌接合是通过一边使沿着使金属材料的被加工件彼此对接而形成的接合线的圆柱状的工具旋转一边压接，在接合方向相对移动，由产生的摩擦热使被加工件软化而接合的方法。另外，使用上述工具，也能进行使被加工件表面的强度及硬度等提高的摩擦搅拌改性（FSP）、将被加工件进行点接合的摩擦点接合（FSJ），将它们和上述摩擦搅拌接合总称为摩擦搅拌加工。

上述摩擦搅拌加工用工具具备圆柱状的工具主体、形成在工具主体的前端面上的肩面、在肩面的中央突出设置的探头。而且，摩擦搅拌加工用工具，与被加工件相比要求硬度、熔点、耐磨损性等物理特性高的材料，作为铝材等低熔点材料的被加工件的接合，主要使用了SKD钢等工具钢。另一方面，在接合不锈钢等的铁类材料的被加工件的情况下，陶瓷制、超硬合金制的摩擦搅拌加工用工具已被使用。但是，陶瓷制的摩擦搅拌加工用工具存在容易损坏，超硬合金制的摩擦搅拌加工用工具存在在短时间内容易产生磨损等问题。因此，作为摩擦搅拌加工用工具的材质，由具有高强度及优良的高温特性的Ni基2重复相金属互化物合金构成的材质已被提出（专利文献1）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-255170号公报

发明内容

发明所要解决的课题

可是，上述摩擦搅拌加工用工具的探头，是希望使在将被加工件彼此接合的情况下软化了的金属材料向探头的长度方向流动并使接合强度提高而设置的，但因为需要探头的加工，所以工具的形状变得复杂，制作成本高，另外，如果探头损坏，则该摩擦搅拌加工用工具不能继续使用。另外，根据上述探头深度，在进行薄板彼此接合的FSW的情况下存在着在接合部容易产生开口等缺陷等的危险。

本发明是鉴于上述状况，提供一种能提高工具寿命，抑制制造的工时、制造成本的摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法的发明。

为了解决课题的手段

本发明的摩擦加工用工具，用于由一边相对于金属材料的被加工件旋转一边压接而产生的摩擦热使被加工件软化而进行加工，其特征在于，

具备圆柱状的工具主体，与被加工件接触的工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成。

由此，由于在肩面上没有设置容易磨损等的探头，所以能提高摩擦加工用工具的寿命。另外，由于不需要在肩面上形成探头，所以能抑制制造摩擦加工用工具的工时、制造成本。另外，通过与被加工件接触的工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成，能使被加工件由摩擦热软化而主要在肩面的径向进行塑性变形乃至流动来进行加工。另外，将基于这样的加工原理的工具称为摩擦加工用工具。

上述摩擦加工用工具的材质最好是其材质由Ni基2重复相金属互化物合金构成。

在此情况下，摩擦加工用工具成为耐热及耐磨损性优良的工具。因此，本摩擦加工用工具，即使在被加工件的加工时在由摩擦热产生的高温下也能发挥需要的硬度，即使没有探头，对于由不锈钢等铁类材料构成的被加工件也能进行良好的接合等。

另外，本发明的摩擦加工装置，具备加工机构，该加工机构使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，其特征在于，

摩擦加工用工具是权利要求1或2记载的摩擦加工用工具，其肩径相对于成为被加工件的薄板的板厚的比率为6.5～15，

加工机构的工具进给速度被设定成500～900mm/min。

另外，上述的摩擦加工用工具及加工机构的条件，是对作为被加工件由板厚为1.5mm以下的铁类材料构成的薄板的设定。

由此，除了上述摩擦加工用工具的作用效果以外，还能由没有探头的摩擦加工用工具对由不锈钢等铁类材料构成的被加工件的薄板也进行良好的接合等。

在上述摩擦加工装置中，具备工具再生机构，该工具再生机构由磨石磨削因摩擦加工而磨损了的摩擦加工用工具中的仅由肩面形成的前端面，

工具再生机构具备控制机构，该控制机构以一边使上述摩擦加工用工具旋转一边使磨石旋转而磨削工具主体的前端面的方式进行控制，并以如果检测上述摩擦加工用工具的旋转转矩或磨石的旋转转矩的转矩检测组件的输出值达到规定的设定值则再生停止的方式进行控制。