摩擦圧接の原理

摩擦圧接とは摩擦熱と圧力にて2つの金属を結合させる加工です。

金属は規則的に配列している原子で構成され、全体として強固な結晶体で有ります。隣接する原子間ではお互いに引き合う力と反発する力が働いており、基本平 衡状態が保たれております。 金属を引っ張り平衡が大きく崩れると破断し、逆に個別の金属結晶を引力が強く作用する位置より近接すると接合します。これが摩擦圧接の基本原理です。

只一般に金属表面はでこぼこしており、酸化被膜や汚れで覆われており接合するほど近づけません。そこで摩擦圧接では摩擦熱と加圧という2つのエネル ギーを使用します。

摩擦圧接では、摩擦によって発熱しながら表面部がバリとして外に排出されて接合界面が清浄な状態となります。そこで金属表面同士が高温・高加圧状態 で接する事により原子の拡散(お互いに行き来する事。この場合は接合に至る) が進んで接合します。

2つの金属を片方を回転させながら接触させてP1の圧力まで加圧し、摩擦熱とバリ排出を行い、回転を停止しながら圧力を一段と高いP2まで上げて接 合完了となります。(下図参照)

圧接条件図

摩擦圧接の工程

摩擦圧接は大きく分けて摩擦(発熱)工程とアップセット工程の2つの工程で成り立っております。

摩擦工程(No4,5)はチャック側の素材を高速回転させながら、素材同士を接触させて加圧し 摩擦熱を発生させながら圧接部の接触面をバリとして外に排出するまでを言います。

アップセット工程(No6,7)はチャック側のスピンドル回転を停止しながらより高い圧力で加圧し 2つの素材の拡散現象により結合させる工程です。

圧接時間は小径製品では摩擦、アップセット工程合わせて10秒程度で、大径製品でも長くても2分程度が標準です。 圧接は実際に接合にかかる時間は短い為、作業の総時間は素材や製品の脱着や段取り時間に大きく左右されます。

1 チャック締め チャック締め
2 クランプ締め クランプ締め
3 テーブル前進
スピンドル回転
スピンドル回転
4 テーブル遅送り テーブル遅送り
5 素材接触
P1加圧
摩擦工程
6 スピンドル急停止
P2加圧
アップセット工程
7 テーブル停止
チャック開き
チャック開き
8 テーブル早戻し テーブル早戻し
9 テーブル停止
クランプ開き
圧接工程完了
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