JPH01500410A - 冷間溶接法による金属又は金属合金の接合方法及び工具 - Google Patents
冷間溶接法による金属又は金属合金の接合方法及び工具Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
冷間溶接法による金属又は金属合金の接合方法及び工具
本発明は、冷間溶接法により、同種又は異種の金属又は金属合金から成り、直線
母線を有する合致表面のある2個又はそれ以上の部品を、先ずそれらの表面のス
カイビングを行い、次いでそれらの表面に垂直力を加えつつそれらを相互に接触
させることにより接合させるための方法に関する。
冷間溶接におけるひとつの難点は、部品同志を接合させる直前にそれらを入念に
みがかねばならぬということである。また、冷間溶接には材料の著しい変形が伴
う、このような問題を解決するために既に開示されている成る方法によると、相
互に接合される表面を真空室内で予め機械加工し、この真空室内で冷間溶接も行
うようにしている。また、真空室内に残存する気体が希ガスであるようにすると
いう試みも行われている。
このような方法により良好な結果を得ることが出来るということが経験上判明し
ている。しかし、機械加工と共に冷間溶接をも真空室内で行うことには困難が伴
うことは明らかである。
上記の方法は、W、C,Sherwood及びり、R,Milnerが”Jou
rnal of the In5titute of Metals″(Vol
、 97゜1969)誌に開示している。
又、Robert J、Ru5sellが”Materials Engine
ering ”(3−75,48−50頁)に開示しているところから、金属部
品の溝に金属象眼をロール法により圧入するが、その際圧入の直前に溝のスカイ
ビング加工を行い、機械加工された直後の表面が空気に触れる時間をわずかなも
のに抑制するということも知られている。
しかし、この方法は条片(ストリップ)形状の部品の接合のためのものに過ぎな
い。
更に、米国特許第3,768,718号に開示されているところから、冷間溶接
のための方法及び工具が公知であるが、これらは大型の金属線の突合わせ溶接の
ためのものであり、この溶接法によれば、先ず被接合金属線の端部をせん断加工
し、次いでそれらの端部同志を圧力負荷の下に突合わせ、それから端部同志の圧
接を繰り返し、溶接部位の周囲に余盛の環が形成される程度に金属が流れるよう
になるまでこの圧接を行っている。
この余盛の環には汚染物、とりわけ突合わされた表面上に存在していた可能性の
ある汚染物が含まれているが、溶接部の金属は、溶接時に金属が流れたために、
全く汚染物を含まずまた決して空気に接触しなかったものと考えることが出来る
。余盛の環は後に切除され、溶接は完全なものであり、また特許明細書中に記載
されているように溶接部は純粋な金属のみから成っている。しかし、この方法は
硬度の同一な金属の溶接のみに限られている。
明らかに判るように、上記の公知の方法に共通している点は、相互に冷間溶接に
付される表面が非常にきれいでなければならずまた好ましくは余り長い時間空気
に接触させてあってはならないという必要性である。
本発明の方法の特異性は、被接合表面の少なくとも1方、好ましくは両方のスカ
イビングが、これら表面を母線方向の成分を有する運動に付すことにより行われ
ること、またその運動により両表面を相互にすべり接触させ、すべり運動を少な
くとも1方、好ましくは両方の表面の被覆に利用し、これにより両表面が空気と
接触することのないようにしたことにある。これにより、汚れのない金属表面が
空気と接触するおそれを大幅に回避することの可能な簡単な方法が実現され、ま
たこれにより完全な溶接の行い得ることが経験により示された。本発明によれば
、被溶接表面に垂直力を加え、その後に最終状態に到るようにすることが可能で
ある。空気と新鮮な金属表面の間に接触があった場合、それが短時間のものであ
ってさえも溶接の質が低下することが研究の結果示されていることからみて、も
し新しく露出された表面同志を相互に圧接させるならば、これにより溶接法を更
に改良し得る。
従って、もし、本発明に従いスカイビング加工の際に、例えば熱、電流又は後に
加熱処理を伴うこともあり得る希ガス処理等の、溶接の改善に有効であると知ら
れている方法のいずれかひとつ或いはそれ以上のものを利用するならば、場合に
よっては、溶接の質に改良を達成し得ることもまた明らかである。
公知のように、冷間溶接は異種の金属同志又は金属合金同志の接合にしばしば利
用されるが、このような場合被接合部品の1方が他方よりも大きな硬度を有する
ことがしばしばある。このような場合、本発明によれば硬度の大きい方の部品を
他の部品のスカイビングに利用すること、即ち部品中最大の硬度を有するものを
工具として利用することが可能である。このようにすることにより、溶接法を簡
易化することが出来る。
スタンド、埋め金又は挿入物或いはリベットを穴に固定することが必要な場合、
本発明によれば、ここに記載される方法を容易に適用することが出来るのである
が、この場合には、スタンドに穴の形成された金属よりも硬度の高いものを用い
、穴の上に外方のスカイビング工具を配し、このスカイビング工具を通してスタ
ッドを押圧し、更に穴内に圧入し、スタンドの断面を穴のそれよりもわずかに大
きなものとし、即ち部品が円形のものである場合にはわずかに大直径のものとし
、スタンドの端部全周に鋭い刃を形成し、同時に穴の周囲の金属に抵抗を加えて
、穴の周囲に円状の応力を生じさせる。
本発明方法の有利な1実施例は、スタンドの高さ又は長さを穴の高さよりも若干
大きなものとすることを特徴としている。これによれば、簡単な方法で強力な押
圧及び完全な溶接を実現し得る。
本発明に従えば、相互に重ね合わされた2枚又はそれ以上のシートを通して穴を
設け、作業に際しそのような状態にそれらのシートを保持するならば、シート同
志のりベント接合を行うことが可能である。従って、突起部のないリベット、即
ちリベット類を欠くリベットを用いてリベyト締めを行うための方法が本明細書
中に実際に示されている。この方法により行われるのは、純粋な意味でのリベッ
ト締めではなく、押圧又は打込みであるから、この機械要素をリベットと称して
妥当であるか否かについては事実疑問がある。
最後に、本発明によれば、スタンド及び穴は円筒状であって良く、この場合には
当然簡単に構成し得る実施例を実現することが出来る。
本発明はまた本発明の方法を実施するための工具にも関するものであるが、この
工具は部品のそれぞれを固定するための手段及び部品を相互に対し又は母線の方
向に相互に沿い合体させる手段を特徴とするものである。
本発明工具の1実施例は、溶接部に垂直力を発生させるための手段を特徴とする
。他の実施例は、実質的に0に等し、いすきま角を有するスカイビング刃が特徴
となっている。この工具によれば、機械加工された新鮮な表面を工具自体により
被覆した状態に維持することが可能となるのであるが、これは表面が工具と接触
した位置から、その接合の相手となる表面と接触する位置へと滑動し得ることに
より実現される。しかし、たとえ空気中の酸素が短時間だけ接触するようなこと
があっても本発明の方法は有効に実施し得ることを強調しておく。従って、速度
及び時間が重要な意味を持つ。
最後に、スカイビング刃が環、場合によっては割りリングの形状であることを特
徴とするように工具を構成することも出来る。このような工具はその構成が非常
に簡単である。製造もまた容易であり、操作も容易に行い得る。リベット類のな
いリベットを用いてリベット締めを行い得ることは想像し得るであろう。
本発明工具の更に他の実施例は、スタ・ンドを安定する貫通穴の形成されたブロ
ックから成り、貫通穴の1端部円形のスカイビング刃、その反対端部に案内縁、
またこれら端部の間に例えば削りくず等の余分な材料をおさめる空所をそれぞれ
設け、所望により削りくず処分のためのみそを設け、貫通穴の他端部をポンチを
入れるように設計したことを特徴とする。
最後に、ポンチが着脱自在であり、スタンドのための案内縁を設けた端部、即ち
ポンチが作動を行う端部を例えばプラスチック類のすべり環として設計し、この
すべり環が出発位置において、ポンチ及びスタンドが相互に接触する部位におい
てそれらをかこみまたポンチ及びスタンドの周囲に円心状に案内されるようにし
たことを特徴とするように工具を構成することも出来る。この構成によれば、溶
接加工の後に、スカイビングにより生じた円又は環形の削りかすを簡単な方法に
より除去することが可能な実施例を実現し得る。
以下、添付図面を参照して本発明の一層詳細な説明を行う。
添付図面において、
第1図は、溶接の行われる前の出発位置又は状態にある2個ブロック形状の部品
を示す図である。
第2図は、溶接後の最終状態にある2個の部品を示す図である。
第3図は、埋め金又は挿入物或いはスタンドの溶接されたシートの1部を示す断
面図である。
第4図は、第3図に示された埋め金又はスタンドの溶接のために出発位置又は状
態にある工具を示す断面図である。
第5図は、この工具の最終状態を示す図である。
第6図は、ブツシュが溶接されたシートの1部を示す断面図である。
第7図は、スタンドが溶接されて接合された2枚のシートの1部を示す断面図で
ある。
第8図は、スタンドが中空或いはブツシュの形のものである場合を示す第7図と
同様な図である。
第9図は、フランジの溶接された筒の端部を示す断面図である。
第10図は、このフランジを有する筒の端部を形成する工具を示す断面図である
。
第11閏は、条片(ストリップ)又はリボン状部品を溶接接合する工具を示す断
面図である。
第12図は、シート又は例えば電気ケーブル等のストリップ状部品を溶接接合す
るための他の工具を示す、第13図の■−■線矢視正面断面図である。そして、
第13図は、第12図の工具の側面図である。
第1図には、2個の金属部品1及び2が示されているが、第1の部品1の上側に
はその全幅にわたるスカイビング工具3が取付けられており、他方案2の部品2
の下側にはこれと同様にスカイビング工具4が設けられている。すきま角が0で
あるから、切断ヘリ又は刃5及び6は相互に係合する。刃5は部品lの端面7の
若干下方にある。部品1及び2を、矢印8及び9にて示されるように相互に関し
側方に運動させると、スカイビング工具3及び4が全幅にわたり端面から削りく
ずを削ぎ落すと同時に新表面を被覆して行き、ついには新表面が相互に係合滑動
してついには第2図に示されるように相互に被覆し合うようになる。なお、第2
図にはまた2個の削りくず10及び11も示されている。
次いで、矢印12及び13にて示されるように部品1及び2を相互に圧接させる
と、2端面間の冷間溶接が行い得る。冷間溶接法により、異質の金属又は金属合
金間の溶接を行い得ることが現実に知られている。このことは本発明による方法
を用いる場合にもあてはまり、また本発明の方法によれば非常に高品質の溶接製
品を得ることが出来る。
第3図は、本発明の方法により、円形の埋め金又は挿入物或いはスタンド15が
溶接接合された金属シート14の断面図を示す。このような金属シートは、第4
図及び第5図に示される工具17を利用することにより製造し得る。第4図にお
いて、工具は出発位置又は状態にあり、この時工具は、床14a上に載置された
シート14の穴16の中心に整合されている。工具17は、スタンド15aを整
合させるための貫通穴の形成されたブロックから成り、その頂部にスタッド15
a及びポンチ19のための円筒状の案内壁18を有すると共にその底部にはすき
ま角がOに等しい切断ヘリ又は刃20を有している。
この刃20は、スタッド15aの直径よりも若干小さくかつ穴16の直径よりも
若干大きい直径を有している。現実的には、工具は、スタンド15aの材よりも
硬度の高い材料にて製造する。他方、スタンドの材料はシート14の材よりも硬
質である。更に、スタッド15aの長さ又は高さはシート14の厚みよりも大で
ある。心出しの手段は公知のいずれの種類のものであってもよいので、ここに示
すことは省く。これと同様なことが、シート14を床14aに固定するための固
定手段についても適用される。これに対し、床に通気穴16aを設けること又は
例えばスタンドに貫通穴を形成することにより他の種類の通気構成を行うことは
重要である。
ポンチ19を作動させると、スタンド15aが下方に移動させられ、その際その
円筒状表面の外側部分がスカイビング加工される。それでもスタッド15aがシ
ート14に接触した状態において、その直径はまだシート14の穴16の直径よ
りも若干大であり、またスタッド15aはシート14よりも高い硬度を有してい
るので、下方運動が更に継続して行われると穴16周囲の円筒壁面がスカイビン
グ加工され、またこれと同時にスカイビング加工された表面同志が相互に直接接
触して滑動し、このため両表面共に露出されることはなく、従って空気にさらさ
れるおそれはない。ポンチ19が更に下方に運動すると第5図に示される状態と
なる。この状態において穴16の直径は増大化されているが、これは、穴16の
高さよりも大きな高さを有するスタンド15aを圧入したからである。このよう
にして、穴の周囲に円形の応力が生じたわけであるが、寸法を適宜なものとする
ことにより、冷間溶接を行うのに必要な圧力を得ることが出来る0強調さるべき
点は、最終工程でポンチに下方への力が加えられる時、それと同時に例えば矢印
A及びBにて示されるように工具を下方に押圧することによりシート14に抵抗
も加えることが重要であるということである。このようにすることにより、必要
な円形の応力が得られ、穴の周囲に好ましくない変形の発生することが回避され
る。これと同じ目的で、工具表面にみぞ穴又は溝を形成することが出来る。シー
ト14の下側に削りくずの環21が生じるが、これは研削又はフライス削りによ
り除去すれば良い。削りくずから成る環21をおさめるための円形のみぞ穴を床
に形成し得ることも容易に想像し得るであろう。最後に、上述したシート14の
穴16に対する工具17の心出しは、当初寸法における穴16に嵌合する下方に
突出する突起をスタンド15aに設けることにより実行し得ることが想像出来る
であろう。
第6図は、シート23に、これとは異質の材から成るブツシュ24が溶接接合さ
れた構成例を示す。このようなシートは、第4図及び第5図に示された工具を利
用して製造し得るが、この場合にはブツシュの穴に嵌まるマンドレルが利用され
る。
第7図は、重ね合わされた2枚のシート25及び26を示すが、これらのシート
には第3図の場合と同様にしてスタンド27が溶接接合されており、これにより
、ちょうどリベットによって行われるように2枚のシートは現実に接合保持され
る。この方法により、リベットを用いた場合に生じるような突起物又は突起部は
ない、シートの接合のための新規な方法が提供される。これは、例えば航空機設
計において、重要なものとなり得る。
第8図は、2枚のシート28及び29がブツシュ又はめくらリベットにより接合
された構成例を示すが、この構成のためには第6図に関する構成例においてと同
様のことが適用される。
第9図は、管31の端部が、この管の材とは異質かつそれよりも厚みの大きい材
から成るフランジ32に溶接接合された構成例を示す。
第10図は、上記のようなフランジを有する管端を製造するための工具例を示す
。この工具は、第4図及び第5図に示したような工具33から成る。更に、ジョ
ー34、マンドレル35及びこのマンドレルを通すための穴37を有するホルダ
36が用いられている。この工具33は、原則的に第4図及び第5図に示した工
具と同様に作動する。しかし、注記すると、これは硬質のフランジに軟質の筒を
接合する場合にしばしばあることであるが、筒31の端部がフランジ32よりも
軟質の材から成る場合には、下方からマンドレル35に環を挿入することが必要
となろう、この環は、筒31と同一の内径及び外径を有し、かつフランジ32の
硬度よりも高いが工具33のそれよりも低い硬度であることが必要である。この
環は図面に示されてはいないが、例えば断面がほぼ正方形の、環状の凹所39に
嵌るものであって良い。このリングはまた筒31の端部にろう付けされたものと
考えることも可能である。
第11図は、例えば二種の金属から成るストリップ材等のストリップ又はリボン
を接合するための工具の断面を示すが、この例においてほぼ三角形の断面形状を
有するスカイビング工具40は固定保持される一方、ストリップ41が三角形の
一辺に沿いまた他のストリップ42が同三角形の他の一辺に沿って移動されるよ
うになっており、三角形の2個の角部でストリップ41及び42の表面のスカイ
ビング加工が行われ、これらのストリップ41及び42が三角形の残る、第3の
角部43で接合されるようになっている。ストリップ41及び42の移動又は運
動は、それらを連続的に引くことによって行われ、また所要の加圧は三角形の2
辺に沿いストリップ41及び42の外側に加圧表面44及び45を用いることに
より得ている。これらの加圧表面44及び45の全体又は1部をローラにより構
成することも可能である。また、所要の運動を発生させるために、引張りに代え
押出しを行うことも考え得る。
第12図及び第13図は、同時に或いは共に検討する。
本例における工具はブロック46から成るが、その上方部分には貫通穴48内に
垂直運動を行うよう案内されるポンチ47が設けられており、またその底部には
水平の穴49が形成されている。図示されているのは出発位置又は状態であるが
、この時ポンチ47はスタンド50に当接している。スタッド50は円筒状で、
接合される4枚のストリップ52.53.54及び55を貫通する穴51中に圧
入されるようになっており、またこの穴51はポンチ47に関し心出しされてい
る。ポンチ47の頂部には肩部56が形成されており、この肩部は圧力ばね57
により支持されまたこのばね57の下端部はブロック46の肩部58により支持
されている。ポンチ47及びスタンド50が相互に接触する部分にプラスチック
のすべり環59が、スタンド50の上方部分及びポンチ47の下方部分をそれぞ
れ包囲する形で設けられている。ブロック46の上方部分の下端部には、スタン
ド50の直径よりも若干小であるがストリップ52.53.54及び55の穴5
1のそれよりも若干大である直径を有しまた六61を有するスカイビング環60
が設けられている。ブロック46の下方部には、空気みぞ63.64及び65の
形成されたアンビル62が配されている。このアンビル62の頂面には摩擦を増
すための円形の隆起部62が形成されている。これらと同様な隆起67がスカイ
ビング環60の底面にも形成されている。
ポンチ47にもまた空気溝71が形成されている。
本例の工具の作動において、スタンド50が穴51中に圧入され、スカイビング
環60によりその円筒形表面の外層部分がスカイビング加工されまた穴51中を
下降運動する際スタンド50が穴51の内表面をスカイビング加工して最終状態
に到ると、ポンチ47のプラスチックのすべり環59の下方に第13図に示され
るように環68の形状の削りくずが生じる。そこで、ポンチを引き抜き削りくず
の環68及びすべり環59の取外し除去を行うが、側方から挿入したポンチを上
方に引き抜く際削りくずの環68及びすべり環69のすべり除去を可能とするす
べり脱し縁70を有するみぞ穴69が特別に形成されていて、その中に環68及
び69は外される。このようにして、ポンチ47の掃除が終了したならば、それ
を新しいすべり環59共に再び取付ける。図示は省略したが、加圧作業のために
通常の水圧プレス装置を利用し得る。速度が大きな役割をはたすのであるから、
加圧作業が高速で行い得るように構成することが有利であることを強調する必要
があろう。
以上行った本発明の実施例の記載から明らかなように、本発明につき可能な利用
分野は数多くあり、また冷間溶接される表面を接合させる前に行う機械加工法に
も多岐にわたる。この機械加工は、第1図及び第2図により説明を行ったような
通常の切削加工である場合もあり得る。また、剥離法や、また削りくずの発生が
ないことが条件であるような場合には押出し加工のみの場合もあり得る。重要な
ことは、勿論、汚れのない金属表面の形成が可能な処理を行うこと及びそのよう
な表面のすべり運動が、それらが空気にさらされない状態で続行され、これもま
たすべり運動によりそれらが相互に接触状態となるようにすることである。
以上の本発明の説明において、例えば保持及び心出し等の工場で一般的に行われ
る手段については詳細な説明は省略した。本発明の方法を実施する場合、好まし
い溶接結果を達成するために必要な力の制御に関し原則的にはふた通りの可能性
がある。直接的な力の計測、例えば公知のいずれかの水圧装置により力の制御を
現実に行うことが可能である。これに代え、許容差を有する部品及び所定ストロ
ークの寸法仕様により、換言すれば純粋に幾何学的な量又は大きさの制御をはか
ることにより、力の制御を行うことも可能である。
本明細書全体を通じ、「スタンド」なる用語は、それが挿入物又は埋め金、その
1部分、ブツシュ及びリベット状の部品等のいずれであってもよいのであるから
、広く解釈されるべきである。
また、本発明は実施例に示したような貫通穴又は孔のみに限定されるものではな
い。記載したブツシュ及びスタッドを、記載通りの方法でめくら穴に固定するこ
とも可能だからである。後に記載する請求の範囲第1項における、表面の相互運
動は母線方向の成分を有さねばならない旨の記載は、穴の中へのスタッドの進入
運動はらせん運動の形で行われることも考え得るから行ったものである。
Ftg 9
Fig77
Rg、72
Fig、 7.?
国際調査報告
Claims (14)
- 1.冷間溶接法により、同種又は異種の金属又は金属合金から成り、直線母線を 有する合致表面のある2個又はそれ以上の部品を、先ずそれらの表面のスカイビ ングを行い、次いでそれらの表面に垂直力を加えつつそれらを相互に接触させる ことにより接合させる方法であって、上記表面の少なくも1方、好ましくは両方 のスカイビングを、それら表面を母線の方向の成分を有する運動に付すこと及び この運動により同表面を相互にすべり接触させ、すべり運動を利用して同表面の 1方、好ましくは両方を被覆することを特徴とする接合方法。
- 2.最終状態に達する前に接触表面に垂直力を加えることを特徴とする請求の範 囲第1項に記載の接合方法。
- 3.スカイビングを行う際に、例えば熱、電流又は後に加熱処理を行うことも可 能な希ガス処理等の公知の、溶接の改善に有効な手段のいずれかひとつ又はそれ 以上を利用することを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の接合方法 。
- 4.被接合部品のいずれかが他よりも高い硬度を有する場合において、最高硬度 を有する部品を他の部品のスカイビングに利用すること、即ち最高硬度を有する 部品を工具のひとつとして利用することを特徴とする請求の範囲第1項、第2項 又は第3項に記載の接合方法。
- 5.スタッドが実質的に穴に嵌合する場合に、このスタッドを穴に固定するため の方法であって、穴の形成された材料よりも高い硬度を有するスタッドを用い、 穴をおおって外方のスカイビング工具を配し、このスカイビング工具に通してス タッドを押圧して穴内に圧入し、スタッドを穴よりも若干大きな断面を有するよ うに、即ち部分が円形である場合には若干大きな直径を有するように加工し、ま たスタッドの全周に鋭い刃を形成し、その後このスタッドを押庄又は打込むと同 時に穴の周囲の材に抵抗を加えることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の接 合方法。
- 6.スタッドの高さを穴のそれよりも若干大とすることを特徴とする請求の範囲 第5項に記載の接合方法。
- 7.2枚又はそれ以上のシートを通して穴を整合させ、作業の間この状態にシー トを保持することを特徴とする請求の範囲第5項又は第6項に記載の接合方法。
- 8.スタッド及び穴を円筒形状のものとすることを特徴とする請求の範囲第5項 、第6項又は第7項に記載の接合方法。
- 9.冷間溶接法により、同種又は異種の金属又は金属合金から成り、直線母線を 有する表面のある2個又はそれ以上の部品を、先ずそれらの表面のスカイビング を行い、次いでそれらの表面に垂直力を加えつつそれらを相互に接触させること により接合させるための工具であって、各部品を保持する手段及び部品を相互に 向かわせる或いは母線の方向に相互に沿わせる手段を特徴とする請求の範囲第1 項に記載の工具。
- 10.接触表面に垂直力を発生させる手段を特徴とする請求の範囲第9項に記載 の工具。
- 11.実質的に0に等しいすきま角を有するスカイビング刃を特徴とする請求の 範囲第9項又は第10項に記載の工具。
- 12.請求の範囲第8項に記載の接合方法を実施するための、割りリングであり 得る環形状のスカイビング刃を特徴とする請求の範囲第9項に記載の工具。
- 13.スタッドを案内する貫通穴が形成されており、この穴の1端部に円形のス カイビング刃、その反対端部に案内縁部及びこれらの刃及び縁部の間に例えば削 りくずである余分な材を収容するための凹所を有し、所望によりこの凹所に削り くずの除去のためにみぞが設けられており、また穴の他端部がポンチを収容する よう設計されたブロックから成ることを特徴とする請求の範囲第12項に記載の 工具。
- 14.ポンチが着脱自在であり、スタッドのための案内縁部を有する前記反対端 部、即ちポンチが作動を行う端部が例えばプラスチック製のすべり環として設計 されており、このすべり環が出発位置又は状態において、ポンチ及びスタッドが 相互に当接する部位においてそれらを包囲しまたポンチ及びスタッドの周囲に同 心状に案内されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第13項に 記載の工具。
Applications Claiming Priority (2)
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