[发明专利]工件接合方法及工件接合装置

说明书

本发明涉及一种用于接合工件的工件接合方法及接合装置，特别是涉及为了进行多个工件之间的相对旋转及相位配合而采用伺服电机的摩擦压接方法及工件接合装置。

以往，作为数个工件的接合方式，摩擦压接方法是周知的。在这种方法中，利用使两工件的端面相互接触并相对旋转而产生的摩擦热而使其端面软化，通过将两工件相互压紧而将两工件接合在一起。

这种接合方法广泛地用于棒材或管材等的接合。特别是由于其接合精度、接合成本及生产率较高，作为批量生产的产品的接合方法是非常有用的。

在此，对以往的工件接合工序加以说明。

首先，将被接合的2个工件安装在工件接合装置上。这时，第1工件固定在旋转主轴的卡盘上，第2工件固定在不旋转的静止卡盘上。在图8所示的时间t0，主轴开始旋转。在主轴的转速达到规定值之后保持该转速，并使旋转的第1工件的端面与静止的第2工件的端面相接触。在时间t1，通过推力提供装置在两工件之间施加用于使两端面磨合的预热推力P0。这样，由于摩擦热而使接合端面的温度上升。在经过规定时间之后的t2，在两工件之间施加大于预热推力P0的摩擦推力P1。这样，接合端面的温度大幅度上升而形成高温层，其高温层的金属软化。在时间t3，两工件开始相互嵌入。嵌入量(总留量)与高温层的深度有关。在接合界面的金属软化到所希望状态的时间t4，工件的旋转急减速至停止。与此同时，在工件之间施加大于摩擦推力P1的镦锻推力P2。这样，总留量大幅度增加。在这种状态下持续施加一定时间的镦锻推力P2。高温层的金属逐渐冷却、硬化。其结果，2根工件接合在一起。

如图8中的双点划线所示，在主轴旋转的停止时刻迟于施加镦锻推力P2的时刻的情况下，总留量增加。另一方面，如图8中的虚线所示，在施加镦锻推力P2的时刻迟于主轴旋转的停止时刻的情况下，总留量减少。也就是说，通过变更主轴停止的延迟时间x1或镦锻推力P2的加压延迟时间x2，可调整摩擦压接时的总留量。

以下，参照图9对主轴的减速及停止时的主轴转速和主轴转矩之间的关系加以说明。

图9表示采用感应电动机作为主轴旋转用电机，在不进行工件之间的相位配合的工件接合方法中的主轴转速、主轴转矩、推力及总留量。图中的虚线表示在不使两工件相接触的无负荷运行时、即空运行时的主轴转速及主轴转矩。在主轴的旋转停止的时间t5开始施加镦锻推力P2。

在t4之前，主轴上施加有其旋转方向(正方向)的转矩，主轴以一定的转速旋转。为了克服主轴的旋转力在工件之间的接合界面上的摩擦，这时施加的主轴转矩(实线)的值大于空运行时的主轴转矩(虚线)。在t4，向主轴施加用于使主轴的旋转停止的停止用转矩。停止用转矩的方向为与主轴的旋转方向相反的方向(负方向)。而且，停止用转矩的值与摩擦压接时或空运行时的值相等。空运行时的主轴旋转停止所需要的时间T为0.5秒左右。摩擦压接时的主轴停止所需要的时间(从t4至t5)比空运行时的主轴停止时间T要短。这是因为工件之间的摩擦作为制动力附加在减速转矩上的缘故。这样，在不进行相位配合的摩擦压接工序中，可利用工件之间的摩擦作为用于使主轴旋转急停的制动力的一部分。对于电机的制动可采用盘式制动器等机械式制动器。

以下，参照图10及图11对进行工件之间的相位配合的工件接合方法加以说明。

图10表示为了进行相位配合而采用伺服电机作为主轴旋转用电机的工件接合方法中的主轴转速、主轴转矩、推力及总留量的关系。图11表示主轴转矩、主轴相位、推力及总留量的关系。如图10所示，主轴的旋转与图9相同地设定为使其在T秒后停止。在时间t5施加镦锻推力P2。另外，图10中虚线表示无摩擦的空运行状态下的主轴转矩。