專利名稱：攪拌成形裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)部件的成形，更具體地說，涉及一種結(jié)合了磨擦攪拌加工的結(jié)構(gòu)部件的成形。
背景技術(shù)：
將結(jié)構(gòu)部件成形為期望的形狀可以通過鍛造、沖壓、彎曲、切削和類似加工來完成。例如，包括諸如鋼、鋁、鈦或這些金屬合金的金屬平面板材的預(yù)成形件或毛坯能在鍛造中被加熱并被錘打成所期望的構(gòu)件形狀。另外，可以使用機械或液壓壓力機在限定成形面的兩相對模具之間將結(jié)構(gòu)部件沖壓或鍛造成期望的形狀，其中該成形面對應(yīng)于所期望的構(gòu)件輪廓。和將熔融材料澆注成期望的形狀相比，這種成形方法一般要更快且更低廉，并且可以使結(jié)構(gòu)部件具有諸如曲線、棱角等復雜形狀。但是，根據(jù)預(yù)成形件的特殊材料，由于諸如形成尖角或其他顯著變形的過量成形將會產(chǎn)生裂縫和弱化部分。因此，特殊復雜結(jié)構(gòu)部件的成形可能需要形成多個基本元件，然后通過焊接或其他連接方法將這些元件連接在一起。另外，需要進行后序的材料加工，諸如固溶熱處理、時效處理和淬火這樣的熱處理，從而在成形部件中獲得期望的特性。這些附加操作增加了結(jié)構(gòu)部件的制造時間和制造成本。
在將結(jié)構(gòu)部件成形為期望形狀之前也需要處理這些結(jié)構(gòu)部件。例如，根據(jù)提出的一個方法，預(yù)成形件被支承在一平臺結(jié)構(gòu)上，磨擦攪拌焊接工具插入預(yù)成形件中并旋轉(zhuǎn)以使預(yù)成形件的材料塑化。磨擦攪拌焊接工具然后連續(xù)地在預(yù)成形件的表面上移動以對預(yù)成形件部分進行磨擦攪拌加工。然后諸如通過鍛造、沖壓、彎曲或類似加工將預(yù)成形件成形為所期望的構(gòu)件形狀。這種磨擦攪拌加工細化了預(yù)成形件的粒狀結(jié)構(gòu)，改善了結(jié)構(gòu)部件的材料特性。但是，這種加工也是耗時并且增加了結(jié)構(gòu)部件的成本。
因而，對于成形結(jié)構(gòu)部件來說需要一種經(jīng)改進的裝置和加工方法。這種加工方法能形成結(jié)構(gòu)部件的各種結(jié)構(gòu)，包括那些復雜的幾何結(jié)構(gòu)。另外，這些加工能使結(jié)構(gòu)部件具有所期望的材料特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種至少使用一個磨擦攪拌成形工具用于將工件成形為所期望的、非平面結(jié)構(gòu)的裝置和方法。該成形工具使工件的一部分塑化并促使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)，從而細化了工件的粒狀結(jié)構(gòu)。因而，工件能被成形為任何期望的結(jié)構(gòu)，包括復雜的形狀。另外，工件的材料特性可以被改善。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該裝置包括限定輪廓表面的模具，該輪廓表面諸如是對應(yīng)于工件期望結(jié)構(gòu)的圓屋頂形狀。該模具也具有細節(jié)特征，該特征對應(yīng)于形成在工件上的特征。包括肩部和從肩部延伸的可轉(zhuǎn)動銷的磨擦攪拌成形工具被構(gòu)造成朝向模具的輪廓表面驅(qū)動肩部和銷。因而，肩部驅(qū)使工件抵靠著模具并使工件具有期望的結(jié)構(gòu)，該銷至少部分地穿入工件中并旋轉(zhuǎn)以形成磨擦攪拌成形區(qū)域，該區(qū)域由細化的粒狀結(jié)構(gòu)所限定。該裝置還包括致動器，其用來沿對應(yīng)于模具的輪廓表面的預(yù)定路徑調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具，即至少在兩個線性方向上以及至少兩個旋轉(zhuǎn)軸上。該模具也能相對于成形工具旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，該致動器被構(gòu)造成沿模具所限定的圓頂調(diào)節(jié)工具。優(yōu)選地，該銷大約是工件厚度的一半。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該裝置包括具有相對結(jié)構(gòu)的第一和第二磨擦攪拌成形工具，從而肩部大致地朝內(nèi)伸以在兩工具之間容納工件。一個或多個致動器在朝工件的相對側(cè)的向內(nèi)方向調(diào)節(jié)成形工具，從而使銷至少部分地穿入工件。該銷旋轉(zhuǎn)以在工件中形成磨擦攪拌成形區(qū)域，并且致動器沿著預(yù)定路徑調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具以使肩部驅(qū)使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)，其中該預(yù)定路徑對應(yīng)于工件期望的、非平面結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該銷從第一肩部向第二肩部延伸。優(yōu)選地，成形工具具有第一和第二銷，第一銷從第一肩部延伸，第二銷從第二肩部延伸。優(yōu)選地，至少一個致動器被構(gòu)造成在至少兩線性方向上和環(huán)繞至少兩旋轉(zhuǎn)軸來調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具。優(yōu)選地，第一和第二磨擦攪拌成形機器的肩部被構(gòu)造成大致平行的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明也提供了一種成形工件的方法。工件至少部分地抵靠在模具上，驅(qū)使成形工具的肩部抵靠在該工件上。銷至少部分地穿入工件，并且工件抵靠著輪廓表面被彎曲。該工具的銷在工件中旋轉(zhuǎn)以使工件的一部分塑化，從而形成具有細化粒狀結(jié)構(gòu)的磨擦攪拌成形區(qū)域。在對應(yīng)于模具輪廓表面的預(yù)定路徑上調(diào)節(jié)工具從而使肩部驅(qū)使工件成形為具有期望的、非平面的結(jié)構(gòu)。工件的整個表面可以被塑化，從而在表面上細化工件的粒狀結(jié)構(gòu)。進一步，設(shè)置兩個或多個結(jié)構(gòu)部件并將它們連接起來形成工件。優(yōu)選地，提供由鋼、鋁、鈦和這些金屬的合金材料中的至少一種所形成的工件。優(yōu)選地，所述的提供步驟包括提供具有圓屋頂形狀表面的模具，以及所述調(diào)節(jié)步驟包括沿圓屋頂形狀輪廓表面移動工具。優(yōu)選地，所述促使形工具肩部靠在工件上的步驟包括驅(qū)動銷穿入工件的大約一半厚度。優(yōu)選地，所述的提供步驟包括在模具的輪廓表面上至少形成一個細節(jié)特征，從而使相應(yīng)的細節(jié)特征形成在工件上。優(yōu)選地，在所述的調(diào)節(jié)步驟中旋轉(zhuǎn)工件。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例的方法包括通過第一和第二磨擦攪拌成形工具成形工件，其中該第一和第二磨擦攪拌成形工具被構(gòu)造成具有相對的結(jié)構(gòu)，從而肩部朝向支承在兩工具之間的工件向內(nèi)。驅(qū)動第一和第二工具的肩部抵靠在工件的相應(yīng)側(cè)面，第一和第二工具的銷至少部分穿透相應(yīng)側(cè)面。銷被旋轉(zhuǎn)以使工件的相對部分塑化，從而在工件中形成相對的磨擦攪拌成形區(qū)域，該區(qū)域具有細化的粒狀結(jié)構(gòu)。在相應(yīng)的預(yù)定路徑中也對工具進行調(diào)整從而使肩部驅(qū)動工件，使之成形為具有期望的、非平面結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，將第一和第二工具中的銷插入工件的大約一半厚度中，從而使形成在工件第一側(cè)的磨擦攪拌成形區(qū)域向形成在工件第二側(cè)的磨擦攪拌成形區(qū)域延伸。優(yōu)選地，提供第一和第二肩部，該兩肩部通過在兩者之間延伸的銷來連接。優(yōu)選地，提供一工件，該工件由鋼、鋁、鈦和這些金屬的合金材料中的至少一種所形成。優(yōu)選地，沿著曲線路徑來調(diào)節(jié)工具，從而使肩部驅(qū)使工件成形為曲線結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，連續(xù)地使工件的基本整個第一和第二側(cè)塑化，從而在第一和第二側(cè)上細化工件的粒狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述的支撐步驟包括至少提供兩個結(jié)構(gòu)部件作為工件，在所述調(diào)節(jié)步驟期間連接各結(jié)構(gòu)部件。


已經(jīng)總體描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，這些附圖不需按比例繪制，附圖如下圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例用來成形工件的裝置的透視圖；圖2是示出圖1所示裝置的剖視圖，該圖示出部分成形的工件；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例用來成形工件的裝置的剖視圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例用來成形工件的裝置的正視圖；
圖5是示出圖4所示裝置的正視圖，該圖示出部分成形的工件；以及圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例用來成形工件的裝置的正視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明進行更充分的說明，在這些附圖中并沒有示出本發(fā)明的所有實施例。實際上，本發(fā)明可用多種不同的形式實施并且不局限于所述的實施例；更準確地說，提供這些實施例可使這種公開能夠滿足法定的要求。相同的附圖標記指示附圖中的相同構(gòu)件。
現(xiàn)在參照附圖，特別是參照圖1，圖中示出用來將工件100成形為期望結(jié)構(gòu)的裝置10。該工件100可由金屬形成，諸如鋼、鋁、鈦，或這些金屬的合金、聚合體和其它與磨擦攪拌加工處理兼容的其它材料。工件100可被用于各種應(yīng)用，包括結(jié)構(gòu)板、支架、管、蓋和類似構(gòu)件，但是并不局限于這些構(gòu)件。例如，形成圓屋頂形狀的工件100和管狀工件110(圖3)并將它們連接起來從而形成封閉或部分封閉的容器。工件100能用作航天宇宙飛行器、航空運載器、航海工具和汽車工業(yè)車輛的結(jié)構(gòu)部件，或者用作其它結(jié)構(gòu)部件，例如壓力容器、武器和類似構(gòu)件。
裝置10包括模具20，其限定對應(yīng)于工件100所期望的、非平面結(jié)構(gòu)的輪廓表面22。圖1所示的模具20的輪廓表面22是圓屋頂形狀，但是，該輪廓表面可以另外限定包括復雜曲線、棱角等其它形狀。優(yōu)選地，輪廓表面22是非平面的，即輪廓表面22限定一個或多個曲線、棱角或其它非平面特征。例如，非平面表面可以由兩個或多個以一定角度設(shè)置的平面部分構(gòu)成。也可以通過在平面模具上設(shè)置脊、通道或其它特征來形成非平面表面。模具20固定在基座30或框架上，該基座30或框架被構(gòu)造成旋轉(zhuǎn)或移動模具20。模具20部分地容納工件100，從而例如使工件100接觸輪廓表面22的一部分。螺栓24或其他連接裝置用來將工件100固定在模具20的輪廓表面22上。
裝置10還包括具有肩部42和銷44的磨擦攪拌成形工具40。致動器50被構(gòu)造成旋轉(zhuǎn)工具40并相對于模具20和工件100調(diào)節(jié)工具40。因而，致動器50可朝向工件100驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工具40并使銷44至少部分地穿透工件100的第一側(cè)102。致動器50也被構(gòu)造成沿預(yù)定路徑調(diào)節(jié)工具40從而使可轉(zhuǎn)動銷44被移動走過工件100。例如，致動器50可與連接件或支撐和/或移動致動器50的框架52連接。特別地，致動器50和/或框架52可以是計算機數(shù)字控制(CNC)裝置，其是可編程的，傳統(tǒng)上用來控制加工頭。
當可轉(zhuǎn)動銷44被移動走過工件100時，銷44磨擦生熱并使工件100的區(qū)域塑化。被塑化的區(qū)域然后冷卻并硬化以形成磨擦攪拌成形區(qū)域114，該區(qū)域114具有細化的粒狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。因此，由本發(fā)明磨擦攪拌加工操作所導致的對工件100材料特性的影響類似或等同于由磨擦攪拌焊接而產(chǎn)生的影響，Thomas等人在美國專利5,460,317中已經(jīng)公開了這種磨擦攪拌焊接，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。由于磨擦攪拌成形而形成工件100的細化粒狀結(jié)構(gòu)，所以工件100的材料特性可以通過諸如增加工件100的強度和抗腐蝕性而得到改善。
磨擦攪拌成形工具40和/或模具20可以被調(diào)節(jié)，從而移動工具40走過工件100。例如，如圖1所示，模具20通過旋轉(zhuǎn)裝置32連接于基座30，該旋轉(zhuǎn)裝置32被構(gòu)造成通過手工或致動器(未示出)相對于基座30旋轉(zhuǎn)模具20和工件100。另外，致動器50沿著相對應(yīng)于模具20的輪廓的弧線來調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具40，如圖2所示。即，工具40沿彎曲路徑移動并環(huán)繞垂直于銷44縱向的軸旋轉(zhuǎn)，從而使驅(qū)動銷44移動走過工件100。因而，調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具40和模具20，從而使驅(qū)動銷44走過工件100的整個表面102。例如，當模具20旋轉(zhuǎn)時，從工件100的中心朝向工件100的邊緣徑向向外地調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具40，從而沿螺旋路徑調(diào)節(jié)銷44使其走過工件100。
在其他實施例中，磨擦攪拌成形工具40和模具20能以其他方式相對于彼此移動。例如，當移動成形工具40走過工件100的表面102時，模具20保持固定不動，成形工具40繞多個軸旋轉(zhuǎn)從而使肩部42保持基本上平行于模具20的輪廓面22和/或工件100的表面102。在任何情況下，銷44都能垂直于肩部42，從而在促使肩部42靠在表面102時，銷44保持基本上垂直于工件100的表面，即銷44垂直于在與銷44共線的一點處相切于輪廓表面22的平面。
銷44足夠長以至于能伸過工件100的整個厚度?？蛇x擇的是，銷44的長度可以比工件100的厚度小，例如，其長度大約是工件100厚度的一半。而且，銷44相對于肩部42可以被調(diào)節(jié)，從而使銷44能如圖2所示那樣伸出并能如圖1所示那樣縮回。因而，工具40能用來加工具有不同厚度的工件100。另外，在工件100的加工期間能調(diào)節(jié)銷44以至于銷44能在不同深度處穿透工件100的不同部分。例如，如果工件100的厚度不均勻，當加工工件100的較厚部分時，銷44被伸出，當加工工件100的較薄部分時，銷44被縮回。在每次加工操作開始期間，銷44可從肩部42伸出并進入工件100，和/或在每次加工操作結(jié)束時，銷44從工件100和肩部42縮回。
當移動銷44走過工件100時，驅(qū)使肩部42壓靠在工件100上并朝向輪廓表面22驅(qū)使工件100且使工件100具有期望的結(jié)構(gòu)。因而，工件100開始時是平面結(jié)構(gòu)，并能彎曲或形成其他期望的形狀，如圖2所示。進一步地，盡管在圖2中示出工件100的厚度是均勻的，但是，肩部42能施力于工件100的被加工部分的被塑化材料，從而在工件100中形成不均勻，或形成整體上較薄的均勻工件100。預(yù)定通道穿過工件100的整個表面102，從而基本上使整個表面102的粒狀結(jié)構(gòu)細化?？蛇x擇的是，銷44僅穿過工件100的選擇部分，例如，在工件100中漸增間隔位置處或具有期望粒狀細化的特殊部分處。另外，細節(jié)特征26，例如凹槽、脊、孔、旋鈕和類似結(jié)構(gòu)可設(shè)置在輪廓表面22上，以至于當工件100抵靠模具20成形時，相應(yīng)的細節(jié)特征形成在工件上。圖1和2所示的細節(jié)特征26是圍繞模具20圓周延伸的凹槽，這將使相應(yīng)的脊形成在工件100中。
本發(fā)明的成形裝置10a也可以被用來將工件100與另一構(gòu)件110連接。例如，如圖3所示，模具20包括圓屋頂形狀的輪廓，其類似于圖1所示的輪廓。但是，延長部分28設(shè)置在基座30和模具20之間，以至于諸如管的附加構(gòu)件110可被設(shè)置在工件100的附近。支撐構(gòu)件34支撐管110，從而在工件100被成形為期望的結(jié)構(gòu)時，管110鄰近工件100定位，從而使分界面112限定在工件100和管110之間。夾緊構(gòu)件36也可以被設(shè)置用來將管110固定在支撐構(gòu)件34上。另外，管110和模具20能被旋轉(zhuǎn)裝置32支撐并可相對于磨擦攪拌成形工具40旋轉(zhuǎn)。如圖3所示，磨擦攪拌成形工具40的銷44可在工件100和管110之間的分界面處插入，旋轉(zhuǎn)裝置32旋轉(zhuǎn)工件100和管110，從而通過由分界面112限定的圓周路徑調(diào)節(jié)銷44。磨擦攪拌成形工具40磨擦生熱并在分界面處112使管110和工件100的材料塑化，從而在分界面112處形成磨擦攪拌焊接連接。因而，工件100成形之后，工件100與附加構(gòu)件110連接，這種連接可以在與成形操作相同的裝置10a中進行。
圖4和5示出本發(fā)明的另一成形裝置10b，在該成形裝置中，工件100由兩相對的磨擦攪拌成形工具40a、40b成形。工具40a、40b中的每一個都類似于上述工具40，包括肩部42a、42b和從肩部延伸的銷44a、44b。工具40a、40b與工件100相對設(shè)置，以至于肩部42a、42b向內(nèi)伸向工件100的相對側(cè)102、104。工件100由固定在基座或框架39上的夾緊構(gòu)件38或其它支承裝置固定。例如，夾緊構(gòu)件38可以是將工件100固定到位的機械夾鉗或液壓夾鉗。連接在連接構(gòu)件或框架上的致動器50a、50b旋轉(zhuǎn)工具40a、40b并沿預(yù)定路徑調(diào)節(jié)工具40a、40b。因此，致動器50a、50b可轉(zhuǎn)動銷44a、44b并向內(nèi)驅(qū)動工具40a、40b。銷44a、44b至少部分地穿透工件100的相對側(cè)102、104，致動器50a、50b沿預(yù)定路徑移動工具40a、40b，從而使工件100的區(qū)域塑化且工具40a、40b的肩部42a、42b驅(qū)使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)。例如，致動器50a、50b可沿工件100的長度平移，同時保持肩部42a、42b平行。致動器50a、50b也能繞垂直于銷44a、44b的縱軸的軸在圖4和圖5所示位置之間旋轉(zhuǎn)，從而使工件100成形為彎曲結(jié)構(gòu)。也能通過這種方式，即在兩個或多個線性方向上以及環(huán)繞兩個或多個旋轉(zhuǎn)軸調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具40a、40b中的一個或兩個來形成復雜的形狀，包括三維曲面。在成形結(jié)構(gòu)中，工件100限定磨擦攪拌成形區(qū)域114，該區(qū)域114由細化的粒狀結(jié)構(gòu)所限定。
如圖4所示，磨擦攪拌成形工具40a、40b的銷44a、44b的長度大約等于或小于工件100厚度的一半，從而在從相對側(cè)將銷44a、44b導入工件100中時，銷44a、44b相互不接觸。也能相對于各自的肩部42a、42b調(diào)節(jié)每個銷44a、44b，從而使銷44a、44b能如上所述那樣從肩部伸出或縮回。進一步地講，銷44a、44b能在稍微不同的位置處插入工件100中，以使銷44a、44b中的其中一個沿預(yù)定路徑“引導”另一銷。在任何情況下，磨擦攪拌成形區(qū)域114都能穿透工件100的整個厚度。工具40a、40b能用來使工件100的連續(xù)部分塑化直到整個工件100或工件100的選擇部分被加工。并且，盡管圖4和5僅示出單一工件100，但是可以理解的是，工件100可以由多個構(gòu)件形成并且磨擦攪拌成形工具40a、40b能通過磨擦攪拌焊接來連接這些構(gòu)件。
如圖6所示，成形裝置10c包括兩相對的肩部42c、42d，該肩部42c、42d由單一的自反應(yīng)式磨擦攪拌成形工具40c限定。延伸入工件100中的銷44c連接肩部42c、42d，從而朝向工件100的第一側(cè)102導向第一肩部42c，朝工件100的第二側(cè)104導向第二肩部42d。類似于上述致動器50、50a、50b的致動器50c被連接到磨擦攪拌成形工具40c并被構(gòu)造成調(diào)節(jié)工具40c走過工件100。在加工操作開始時，銷44c能從工件100的一端被引入工件100中，或銷44c能與肩部42c、42d中的一個或兩個分開，從而使銷44c能夠通過工件100中的孔設(shè)置并與肩部42c、42d裝配在一起，如圖所示。致動器50c然后沿非平面路徑調(diào)節(jié)工具40c走過工件100，從而可轉(zhuǎn)動銷44c使工件100的部分塑化，肩部42c、42d驅(qū)使工件100成形為期望的、非平面結(jié)構(gòu)。
通過上述任一加工過程進行磨擦攪拌成形之后，也能在裝置10、10a、10b、10c中加工工件100及其附加構(gòu)件110。例如，加工頭(未示出)能將工件100加工成使其具有預(yù)定公差，該加工頭能替換致動器50、50a、50b、50c上的磨擦攪拌成形工具40、40a、40b、40c或分開設(shè)置。進一步地講，通過根據(jù)預(yù)定的方案將工件100加熱或冷卻至一個或多個預(yù)定的溫度來進行熱處理。當工件100被固定在裝置10、10a、10b、10c中時可以進行熱處理，或者將工件100從裝置10、10a、10b、10c中移去并在不同裝置中對其進行熱處理。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠想到在此闡述的本發(fā)明的多種變化和其他實施例，這些實施例和多種變化具有所述說明和相關(guān)附圖所示的技術(shù)效果。例如，盡管在前述實施例中成形工具40、40a、40b、40c中的肩部42、42a、42b、42c、42d驅(qū)使工件100，從而使其成形為期望的結(jié)構(gòu)，但可以理解的是，當成形工具40、40a、40b、40c、40d通過磨擦攪拌成形來加工工件100時，工件100至少能夠部分地彈性彎曲成期望的形狀并以該形狀被約束，從而使工件100被釋放之后其能保持期望的形狀。這種約束能通過使用機械夾鉗或液壓夾鉗或其他限制裝置來執(zhí)行。因此，可以理解的是，本發(fā)明并不局限于所述的特殊實施例，修改和其他實施例也包含在下面的權(quán)利要求中。盡管在此使用了專用術(shù)語，但是僅以概括和描述的目的來使用這些術(shù)語，而不是出于限制的目的。
權(quán)利要求
1.一種使用磨擦攪拌成形工具將工件成形為所期望的非平面結(jié)構(gòu)的方法，其中該成形工具包括肩部和銷，該方法包括提供具有非平面輪廓表面的模具，該輪廓表面對應(yīng)于工件的期望結(jié)構(gòu)；使工件至少部分地支承在模具上；促使形工具的肩部靠在工件上，使銷至少部分地穿入工件，從而使工件彎曲靠在輪廓表面上；至少部分地在所述促使形工具肩部靠在工件上的步驟期間，使工具的銷在工件中旋轉(zhuǎn)，從而使工件的一部分塑化；以及至少部分地在所述促使形工具肩部靠在工件上的步驟期間，按照相對應(yīng)于模具的輪廓表面的預(yù)定路徑調(diào)節(jié)工具，使肩部驅(qū)使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)，該工具在工件中形成具有細化粒狀結(jié)構(gòu)的磨擦攪拌成形區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的調(diào)節(jié)步驟包括保持肩部基本上平行于輪廓表面。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的支撐步驟包括至少提供兩個結(jié)構(gòu)部件作為工件，在所述的調(diào)節(jié)步驟期間連接這些結(jié)構(gòu)部件。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括相對于肩部調(diào)節(jié)銷。
5.一種使工件成形為所期望的非平面結(jié)構(gòu)的方法，其中，該工件具有相對的第一側(cè)和第二側(cè)，該方法包括提供至少一個磨擦攪拌成形工具，所述的至少一個磨擦攪拌成形工具限定第一肩部和第二肩部，所述肩部以相對結(jié)構(gòu)構(gòu)成并且向內(nèi)導向，至少一個銷至少部分地延伸在所述肩部之間；將工件支撐在第一和第二肩部之間，以至于第一肩部朝向工件的第一側(cè)，第二肩部朝向工件的第二側(cè)；促使第一肩部靠在工件的第一側(cè)，促使第二肩部靠在工件的第二側(cè)；至少部分地在所述促使肩部靠在工件上的步驟期間，至少使一個銷在工件中旋轉(zhuǎn)，以使工件的一部分塑化；以及至少部分地在所述促使肩部靠在工件上的步驟期間，沿著預(yù)定路徑調(diào)節(jié)至少一個工具，從而使肩部促使工件成形為所期望的非平面結(jié)構(gòu)，至少一個銷在工件上形成具有細化粒狀結(jié)構(gòu)的磨擦攪拌成形區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的提供步驟包括提供第一和第二磨擦攪拌成形工具，第一工具限定第一肩部，第二工具限定第二肩部，每一工具限定至少一個從肩部延伸的銷。
7.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的調(diào)節(jié)步驟包括基本上保持肩部平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的調(diào)節(jié)步驟包括相對于肩部軸向調(diào)節(jié)至少一個銷。
9.一種用來將工件成形為期望的非平面結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置包括具有輪廓表面的模具，該輪廓表面相對應(yīng)于工件的期望、非平面結(jié)構(gòu)；磨擦攪拌成形工具，該成形工具包括肩部和從肩部延伸的可轉(zhuǎn)動銷，該工具被構(gòu)造成朝向模具的輪廓表面驅(qū)動肩部和銷，從而使肩部抵靠在模具上并使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)，該銷至少部分地穿透工件并旋轉(zhuǎn)以形成磨擦攪拌成形區(qū)域，該區(qū)域由細化的粒狀結(jié)構(gòu)所限定；以及用來調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具的致動器，該致動器構(gòu)造成沿預(yù)定路徑調(diào)節(jié)工具，肩部使該工件成形為期望的非平面結(jié)構(gòu)，其中預(yù)定路徑對應(yīng)于模具的輪廓表面。
10.一種用來將工件成形為期望的非平面結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置包括至少一個磨擦攪拌成形工具，具有第一和第二相對的肩部和至少一個至少在肩部之間部分延伸的銷，該肩部大致向內(nèi)伸從而在兩者之間容納工件；至少一個用來調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具的致動器，該致動器被構(gòu)造成以向內(nèi)方向調(diào)節(jié)肩部，從而驅(qū)使肩部抵靠工件的相對側(cè)并且旋轉(zhuǎn)，銷至少部分地穿入工件以形成磨擦攪拌成形區(qū)域，該區(qū)域由細化的粒狀結(jié)構(gòu)限定，其中，該致動器被構(gòu)造成沿預(yù)定路徑調(diào)節(jié)磨擦攪拌成形工具，從而使肩部驅(qū)使工件成形為期望的非平面結(jié)構(gòu)，其中該預(yù)定路徑對應(yīng)于工件期望的非平面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用來將工件成形為期望的非平面結(jié)構(gòu)的裝置和方法。具有肩部和銷的至少一個磨擦攪拌成形工具被用來驅(qū)使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)并且磨擦攪拌形成該工件。成形工具能夠驅(qū)使工件抵靠在模具的輪廓表面或肩部上，該肩部與工具的結(jié)構(gòu)部件相對。因而，該成形工具使工件的一部分塑化并使工件成形為期望的結(jié)構(gòu)。另外，通過磨擦攪拌加工來改善工件的材料特性。
文檔編號B21D31/00GK1623763SQ200410087409
公開日2005年6月8日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者羅伯特·S·福里斯特, 道格拉斯·J·沃爾德倫 申請人:波音公司