一种结构体的制造方法 本发明涉及一种结构体的制造方法，该制造方法依据摩擦颤动结合法，例如，本发明适用于中空的挤压成型框架部件的结合。
摩擦颤动结合法是指使插入到结合部分中的圆柱形杆(此处称为转动工具)转动并使其沿结合线移动，结合部分被发热而软化而成为流动固态，然后实现固态结合。转动工具包括用来插入到插入部分的小直径部分和位于外部的大直径部分。转动工具的小直径部分和大直径部分有相同的轴线。转动工具的小直径部分和大直径部分之间的外形部分略微地插入结合部分。转动工具逆着结合的进行方向而向后面部分倾斜。
在摩擦颤动结合中，因为转动工具插入到金属中，因此需要较大的轴向插入力。在中空的挤压成型框架部件结合过程中，中空的挤压成型框架部件支撑着与它的面板正交的板，所述板是整体设置的，这样可阻止摩擦颤动结合的插入力所引起的板的弯曲。
上面所提到的技术在公开号为No.平09-309164(EP0797043 A2)的日本专利申请中公开。
因为摩擦颤动结合是通过将转动工具强制插入进行结合的部件中，因此需使用较大的插入力。由于这个原因，需要向转动工具地支撑部件施加较大的轴向插入力，这样在装置的制造过程中需要较高的费用。
此外，当被结合的部件为中空的挤压成型框架部件时，插入力使面板弯曲而引起不方便。为阻止这种现象的发生，必须使面板的支撑板的厚度较厚。由于这个原因，中空的挤压成型框架部件的重量将变大，中空的挤压成型框架部件结合成的结构体的重量将变大。
此外，因为进行结合的两个部件只是通过临时固定焊接来结合，因此由于转动工具的插入就产生了这样一个担心，即临时性固定焊接可被切掉。当临时性固定焊接被切掉时，进行结合的两个部件之间间距将发生改变，因此就不可能进行适当的结合。
当探索转动工具的插入力时，在插入的初始时间内所述插入力是比较大的。当摩擦颤动结合变为通常的状态时，插入力就变小。这应认为是在结合的初始时间之后被结合元件的温度不会立即提高。
本发明的一个目的在于在结构体的制造方法中使转动工具的插入力减小。
当研究转动工具的插入力时，已清楚认识到在插入的初始时间内插入力是较大的，在摩擦颤动结合进入通常的运行状态时所述插入力变小。因此，在插入的初始时间内必须降低插入力。
在进行结合的部件上配置孔，所述孔位于摩擦颤动结合开始部位，在转动工具插入到孔中后，转动工具的移动(迎着被结合部件而相对移动)开始，这样就可实现插入力的降低。
图1所示为根据本发明的一个实施例中的结合部分的纵向剖视图；
图2所示为图1中结合部分的平面图；
图3所示为摩擦颤动结合的插入力的说明图；
图4所示为铁路车辆车体的透视图；
图5所示为摩擦颤动结合装置的透视图。
参考图1-5，下面将对根据本发明的一个实施例进行解释。该实施例是将汽车车辆作为结构体的例子。图2显示了侧结构体201在纵向上的端部。
车体由侧结构体201、构成车顶的顶部结构体202、构成底板的基架203、构成纵向上的端部的末端结构体204构成。侧结构体201、顶结构体202和基架203各自由多根挤压成型框架部件结合而成。挤压成型框架部件的纵向即为车体的纵向。挤压成型框架部件是用铝合金框架部件制成的。
侧结构体201由挤压成型框架部件10、20、30、40构成，在挤压成型框架部件20和30中形成有窗子210。侧结构体201的入口和出口220在挤压成型框架部件10、20、30、40上。在许多情况下，在挤压成型框架部件10、20、30、40结合起来后，入口和出口220上焊接框架，对于窗户210采取同样的方式。入口和出口220的挤压成型框架部件10、20、30、40在中间位置处应分别切去。
侧结构体201由四个挤压成型框架部件构成，但在使用中空挤压成型框架部件的情况下，所述侧结构体应包括更多的挤压成型框架部件。此外，窗户210可以由三根挤压成型框架部件构成。在这种情况下，将中间的挤压成型框架部件在中部切去。
下面将对侧结构体201的挤压成型框架部件的构造进行解释。此外将对挤压成型框架部件20、30进行解释。对其他框架部件10、40的解释与对框架部件20、30的解释相同。挤压成型框架部件20、30为中空的挤压成型框架部件。中空的挤压成型框架部件20、30由两个面板21、22和31、32、多根连接到两个面板上且以桁架形式布置的肋条23和33及支撑板24、34构成。所述支撑板24、34在中空挤压成型框架部件的宽度方向上的端部(结合部位)将两个面板连接在一起。
在两个面板21、22及31、32的宽度方向上的端部(结合部分)上形成有凸起部分25和35，这两部分向外侧凸出。在中空的挤压成型框架部件30的宽度方向上的端部上形成有凸片36，凸片36向着另一个中空挤压成型框架部件20的方向凸出。凸片36、36插入到挤压成型框架部件20的面板21、22之间。中空的挤压成型框架部件20的面板21、22的端部安装到凸片36、36上。凸片36形成基座来承受转动工具340的插入力。
凸起部分25的宽度和凸起部分35的宽度是相同的。与凸起部分25相对布置的凸起部分35的端面在支撑板34的板宽的宽度方向上。在两个凸起部分25和35之间布置有进行摩擦颤动结合装置330的转动工具340的轴向转动中心。
如图5所示，用来构成侧结构体201的挤压成型框架部件10、20、30、40安装固定到定向移动结合装置300的工作台310上。运行体320运行于多个挤压成型框架部件的上面部分。运行体320运行在工作台310的两侧的运行轨道329上。在运行体320的横梁321上向下吊挂有三个摩擦颤动结合装置330。在摩擦颤动结合装置330的底端向下吊挂有三个转动工具340。在每个摩擦颤动结合装置330上，各个结合装置330可沿横梁321移动，可进行转动工具340的提升或放下的动作，并且该结合装置可只执行转动工具340的单一旋转运动。
每个摩擦颤动结合装置330均具有一个光传感器。所述光传感器用来检测离凸起部分25和35的顶点的距离，并以一个预定的值来确定转动工具的插入数量。此外，上述传感器还检测两个凸起部分25和35的宽度，在宽度的中心处应与转动工具340的轴线中心重合。
将中空的挤压成型框架部件20、30进行剪切而使其在结合线的始端和末端处具有凸片28和38。凸片28和38的宽度尺寸应可布置支撑板24、34及凸起部分25、35，结合始于始端处的凸片28、38而终于末端处的凸片。将中空的挤压成型框架部件10、20、30、40进行剪切而产生窗户210及入口和出口220等。在这部分上布置有始端凸片28和末端凸片38。
中空的挤压成型框架部件10、20、30、40装配到工作台310上，工作台利用工具固定。在固定完成后，中空挤压成型框架部件10、20、30、40的跨接部分的凸起部分25、35沿结合线暂时弧焊固定。结合线的始端凸片28和末端凸片38的大部分端部是通过弧焊暂时固定的。字母W代表暂时焊接固定。特别地，对凸起部分25和35的上表面和中空挤压成型框架部件的纵向大部分端表面进行始端暂时性焊接W。进行暂时性焊接W的大部分端面的区域位于凸起部分25、35的上表面和凸片36之间。在进行暂时性焊接固定W中，不设V形槽，但提供I形槽。
下一步，在从暂时性固定焊接部分W至凸起部分25和35的内侧(末端侧)，利用手控钻开启出孔50。孔50布置在始端凸片28和38上。孔50的直径小于转动工具340的小直径部分341的直径。所加工的孔50的深度要比转动工具340的插入深度(转动工具340的小直径部分341)浅。换句话说，孔50的最低端的位置位于转动工具340的小直径部分的最低端的上部分。在轴线中心处，孔50具有位于两个凸起部分25和35之间的中间部分。孔50与面板21和31正交。通常，转动工具340的轴线中心以大约3°的角度倾斜。转动工具340的小直径部分341的端部作为中心，转动工具340的大直径部分342的侧面为结合方向的后侧。
例如，转动工具340的小直径部分341的直径为6.0mm，其插入深度为6.0mm。孔50的直径为4.0mm，孔50的最低端的位置为5.0mm。
下一步，摩擦颤动结合是通过使转动工具340转动并使其从上面部分下降来进行的，这样转动工具340就插入到接合部分。在转动工具340的轴线中心与孔50的中心相重合的情况下，转动工具340下降。转动工具340的插入深至转动工具340的小直径部分341的端部到达凸片36为止。转动工具340的大直径部分342的较低端位于面板21和31的外表面之间及凸起部分25和35的顶点之间。转动工具340的小直径部分341为螺旋部件。
转动工具340插入预定深度之后，转动工具就沿结合线移动。这样就开始了通常的结合操作。
详细解释为，在转动工具340的轴线中心340与孔50的中心基本重合的情况下，通过旋转转动工具340而使其下降。首先，转动工具340的小直径部分与中空的挤压成型框架部件20和30接触，其次，转动工具340的大直径部分342与中空的挤压成型框架部件20和30接触。转动工具340插入预定深度之后，转动工具340沿结合线移动。这样，就开始了摩擦颤动结合。
孔50利用凸起部分25和35作为最初材料来掩盖。在孔50还没有被完全掩盖时，凸起部分与转动工具340的移动一起来掩盖孔50，这样就可得到合适的结合状态。在进行摩擦颤动结合后，凸片28和29就被切去。凸片28和38设定成适当的长度而可在凸片28和38中进行摩擦颤动结合。
因为孔50的直径小于转动工具340的小直径部分341的直径，所以结合是从孔50的位置开始的，这样可减少凸片28和38的长度。
因为转动工具340的小直径部分341的较低端(端部)较深地插入到孔50的较低端(端部)，所以在孔50存在情况下，在孔50的较低端无缺陷产生。
图3示意性的显示了插入力的变化。I为无孔时的情况，II为在有孔条件下的情况。在转动工具340插入后插入力立即产生较大的变化。插入力的变化将在下文中进行描述。首先，因为转动工具340的小直径部分341插入到较硬且温度较低的金属中，因此，随着插入的进行插入力增加。之后，伴随着插入的进行，金属被软化，因此插入力降低。之后，因为转动工具340的大直径部分342的插入而与新部分相接触，因此插入力增大。之后，伴随着插入的进行，因为金属被软化，因此插入力降低。之后，转动工具340开始移动，插入力再次增加，然后插入力下降至一个常值。当转动工具340的大直径部分342被插入时，结合部分的邻近区域的温度升高，与转动工具340的大直径部分342的面积比率相比，插入力不增加。
在本发明中，如II所示，因为转动工具340的小直径部分341的插入，插入力减小，插入力的最大值减小。因此，转动工具340的支撑元件可为小型从而降低了成本。此外，支撑板24和34的厚度可变薄。此外，凸片36的厚度及凸片36与支撑板34之间的连接部分的厚度可变薄。因此，此结构体可形成较轻的结构。
此外，即使插入力的最大值没有降低，由于孔50的存在，与现有技术相比，用来加宽中空的挤压成型框架部件20、30之间的结合部分的间隙的力可变小。由于这个原因，在凸片28和38端部的适当的固定焊接W的长度和深度可变小，这样焊接可容易地实现。此外，上文中叙述的暂时性固定焊接W可利用一种方式来代替，其中凸片28和38可被机械地夹紧。
当面板21和31的表面的结合结束时，将中空的挤压成型框架部件20、30反转过来，然后进行与上文相同的暂时性焊接和开孔，然后进行摩擦颤动结合。最后，凸片28和38被切去。
中空的挤压成型框架部件20、30具有窗户210。在具有窗户形的中空的挤压成型框架部件20、30被切去之后，在进行摩擦颤动结合时，凸片28和38就被布置到窗户210上。这些凸片28和38布置在结合的始端。孔50配置在凸片28和38上，在进行暂时性固定结合后进行摩擦颤动结合。
孔50的形状可加工成锥形。此外，转动工具340的小直径部分341插入到孔50的上端，这样可提供具有较大直径的孔。大直径部分的孔50的直径小于转动工具340的大直径部分342的直径。此外，可只对直径部分提供孔50。另外，也可提供具有较小直径的多个孔50。
在上面提到的根据本发明的实施例中，支撑板与面板31、32是正交的，但是当支撑板34由插入力支撑时，支撑板34是可倾斜的。支撑板的形状无甚区别。
本发明的技术范围不仅限于权利要求的每项要求所陈述的内容或为解决问题所采用的方法所陈述的内容，此外，本发明的技术范围还指本领域技术人员可容易将其再现的范围。
根据本发明，转动工具340的插入力可变小且可进行较好的摩擦颤动结合。