(57)【要約】  第１の実施形態において、磁気パルス溶接時に、段差のある管のプロファイルの機械加工処理は、減少された壁の厚みを持つ断面を形成すべく、壁付き管に端部から推移深さまで内側に軸方向の穴を開け、次に、前記壁付き管に前記推移深さから減少深さまで軸方向の穴を開け、それにより、最大化された溶接の壁の断面を持つ断面を形成する。  第２の実施形態においても、磁気パルス溶接時に、表面角度を持つ管のプロファイルの機械加工処理は、最大化された壁の断面の内側に傾斜された溶接の壁の厚みを形成すべく、表面角度において、壁付き管に端部から穴の長さまで軸方向の穴を開ける。両方の実施形態において、複数の穴の表面は複数のピット、油、残留物、または酸化がなく、汚染されていないため、機械加工された壁付き管を直ちに磁気パルス溶接に利用可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差のある管のプロファイルの機械加工処理であって、
壁付き管にその端部から推移深さまで内側に軸方向の穴を開け、前記壁付き管の前記端部から前記推移深さまでの複数のピット、油、破片屑、および酸化を除去し、それにより、前記壁付き管内に第１の減少された溶接の壁の厚みを有する第１の穴の表面を形成する段階と、
壁付き管に前記推移深さから減少深さまで内側に軸方向の穴を開け、前記壁付き管の前記端部から前記減少深さまでの複数のピット、油、破片屑、および酸化を除去し、それにより、前記壁付き管内に前記第１の減少された溶接の壁の厚みより厚い第２の減少された溶接の壁の厚みを有する第２の穴の表面を形成する段階と、
直ちに、前記壁付き管をワークピースに磁気パルス溶接する段階とを備える、段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項２】
前記ワークピースは端部金具であって、
前記磁気パルス溶接の段階の直前に、前記端部金具が前記壁付き管の前記減少深さに接触するまで、前記端部金具が前記壁付き管の前記穴の端部まで挿入される、請求項１に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項３】
前記端部金具が管のヨークを含み、前記壁付き管がドライブシャフト管を含む、請求項２に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項４】
さらに、
複数の薄い管の形状を選択し、それにより、複数のエネルギー必要量を減少させ、壁の強度を維持し、かつ前記磁気パルス溶接に関連付けられた複数の挫滅力を低減させる段階を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項５】
前記端部金具および前記壁付き管が高力アルミニウム合金を含む、請求項２に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項６】
さらに、
前記壁付き管および前記端部金具の内側に沿って、前記穴の直径を増大させ、それにより、複数の挫滅力を減少させる段階を備える、請求項２に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項７】
前記壁付き管は外縁に４５°の面取りを有し、かつ前記壁付き管は前記端部から、約１７８．４ｍｍの全径に対し、インセット約５．６ｍｍである前記推移深さまで、内側方向に軸方向に穴が開けられ、それにより、インセット約４．４ｍｍである減少された溶接の壁の厚みを持つ断面を形成する段階を備える、請求項１に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項８】
さらに、
前記壁付き管は前記推移深さから約３６．８ｍｍの前記減少深さまで軸方向の穴が開けられ、それにより、インセット約４．４ｍｍである前記減少された溶接の壁の厚みよりまた厚い約６．７ｍｍの壁付き管の元の厚みと比較し、約５．９ｍｍの最大化された溶接の壁の断面を形成する段階を備える請求項７に記載の段差のある管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項９】
テーパ状の管のプロファイルの機械加工処理であって、
壁付き管にその端部から穴の長さまで内側にテーパ状の表面角度で軸方向の穴を開け、前記壁付き管の前記端部から最大化された溶接の壁の断面まで複数のピット、油、破片屑、および酸化を除去し、それにより、前記壁付き管内に、前記最大化された溶接の壁の断面の内側に対し傾斜された溶接の壁の厚みを有する穴の表面を形成し、かつ、直ちに前記壁付き管をワークピースに磁気パルス溶接する段階を備えるテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１０】
前記ワークピースは端部金具であって、
直ちに磁気パルス溶接する前記段階の直前に、前記端部金具が前記壁付き管の前記最大化された溶接の壁の断面に接触するまで、前記端部金具が前記壁付き管の前記穴の端部まで挿入される、請求項９に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１１】
前記端部金具が管のヨークを含み、前記壁付き管がドライブシャフト管を含む、請求項１０に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１２】
前記ワークピースおよび前記壁付き管が高力アルミニウム合金を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１３】
前記表面角度が６０°である、請求項９から１２のいずれか一項に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１４】
さらに、
複数のピット、油、破片屑および酸化のための複数のプロセス仕様を用いて機械加工された表面を制御する段階を備える、請求項９から１３のいずれか一項に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１５】
さらに、
複数の薄い管の形状を選択し、それにより、複数のエネルギー必要量を減少させ、かつ前記磁気パルス溶接に関連付けられた複数の挫滅力を低減させる段階を備える請求項９から１４のいずれか一項に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１６】
さらに、
壁の強度を維持し、複数の挫滅力を減少させるべく、前記壁付き管および複数の端部金具の複数の断面を減少させる段階を備える、請求項９から１５のいずれか一項に記載のテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理。
【請求項１７】
壁付き管を有する段差のある管の端部金具であって、
前記壁付き管が、
その端部から、内部に第１の段差のある穴の表面および第１の減少された壁の厚みを持つ推移深さまで、内側に開けられた軸方向の穴と、
前記推移深さから、内部に第２の段差のある穴の表面および前記第１の減少された壁の厚みより厚い第２の減少された壁の厚みを持つ減少深さまで、内側に開けられた軸方向の穴とを有し、
前記壁付き管の前記端部と内側方向の前記減少深さ領域との間の両方の穴の表面は、ピットフリー、油フリー、破片屑フリー、および酸化フリーであり、直ちに磁気パルス溶接をする準備ができている、壁付き管を有する段差のある管の端部金具。
【請求項１８】
壁付き管を備えるテーパ状の管の端部金具であって、
壁付き管が、
表面角度において、その端部から、内部に最大化された溶接の壁の断面の中に傾斜されたテーパ状の溶接の壁の厚みを持つ最大化された溶接の壁の断面まで、内側方向に開けられた軸方向の穴を有し、
前記壁付き管の前記端部から前記穴の長さまでの間を内側に貫く前記穴の表面の両方は、ピットフリー、油フリー、破片屑フリー、および酸化フリーであり、直ちに磁気パルス溶接をする準備ができている、端部金具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、管の表面の外径に取り付けられる管の表面の内径の機械加工処理に関する。具体的には、本願発明は、磁気パルス溶接を介して管の表面の外径に取り付けられる管の表面の内径の機械加工処理に関する。
［関連出願］
本願に係る特許請求の範囲は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１２年１１月８日に出願された仮出願第６１／７２３、９０７の利益を享受し、参照により本明細書に全体として組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
磁気パルス溶接（ＭＰＷ）は、２つのワークピースを共に駆動させるべく、複数の磁気力を使用する溶接処理であって、それにより、当該２つのワークピースを共に溶接する。
【０００３】
特に、ＭＰＷは導電性材料の近くに配置される誘導コイルを介して流される非常に高い交流電流を扱う。従って、上記導電性材料に二次的な渦電流を生成する、強い磁場が局地的に形成される。その結果、上記二次電流は、上記導電性材料を、上記導電性材料の軌道内に近接配置される固定材料に向かって、非常に高速で加速させる力を生成する。すると、非常に速い速度により、上記２つの材料間に衝撃が与えられ、それにより実質、上記導電性材料と上記固定材料との間に固相の溶接を確立する。通常、このような複数の溶接は、わずか数ミリメートルの分離距離にわたり実現される。例えば、本明細書に全体として組み込まれるＹａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖの米国特許第７、０１５、４３５はＭＰＷの使用について教示する。
【０００４】
多くの溶接操作の場合と同様、良好な溶接を生成すべく、導電性材料と固定材料との間の複数の取付表面は汚れていない必要がある。例えば、ＭＰＷ操作の前に、これらの表面から油を取り除くべく、酸が使用される。この処理には、当該溶接エリアから上記酸を除去し、当該溶接エリアを乾燥させる時間を取る複数の処理が伴う。残念なことに、酸は溶接に悪影響を与える可能性のある、残留物、複数のピット、および酸化を上記これらの表面に残し得る。従って、溶接される上記これらの表面に残されている可能性のある残りの残留物をすべて除去すべく、これらの表面は更なる処理を必要とする。
【０００５】
また、管アイテムの溶接については、上記２つの材料の壁の厚みが、導電性材料が固定材料に向かって加速する結果、生じる挫滅力を維持すべく適切である必要がある。Ｙａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖの特許では、適切な溶接を保証すべく、形状がかなり複雑かつ厚いものとなっており（例えば、Ｙａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖの図面１９から２５を参照）、これにより今度は、効率的な磁気パルス溶接をもたらすべく、追加の力を必要とする。
【０００６】
従って、酸、剥離、追加の処理時間、複雑な形状、さらなる壁の厚み、およびさらなる強力な力の生成を必要としない、より良い複数の条件を提供すると有益であろう。結果として、これによって、さらなる高速な生産サイクルタイム、材料費および人件費の削減、より高品質な部品をもたらすはずである。
【発明の概要】
【０００７】
第１の実施形態において、磁気パルス溶接の直前または磁気パルス溶接時において、段差のある管のプロファイルの機械加工処理は、壁付き管のその端部から推移深さまで、内側に軸方向の穴を開け、それにより、減少された溶接の壁の厚みを持つ第１の断面を形成する段階を備える。さらに、管のプロファイルの機械加工処理は、壁付き管に推移深さから減少深さまで、軸方向の穴を開け、それにより、壁付き管の元の厚みより薄いが、減少された壁の厚みより大きい厚みを持つ第２の最大化された溶接の壁の断面を形成する段階を備える。そこでは、壁付き管の端部から減少領域までの間の複数の穴の表面は、複数のピット、油、破片屑、または酸化といったこれらのアイテムを除去することで、汚染されていない、すなわち上記表面上にこれらアイテムを有していない。よって、機械加工された壁付き管は直ちに磁気パルス溶接に利用可能とされる。この処理は、当該処理自体を複数のより厚い壁付き管に役立つようにする。
【０００８】
第２の実施形態において、磁気パルス溶接の直前または磁気パルス溶接時において、テーパ状の管のプロファイルの機械加工処理は、壁付き管にその端部から穴の長さまで、表面角度において軸方向の穴を開け、それにより、最大化された溶接の壁の断面に対し、傾斜された溶接の壁の厚みを形成する段階を備える。そこでは、壁付き管の端部から穴の長さまでの間の穴の表面は、複数のピット、油、破片屑、または酸化といったこれらのアイテムを除去することで、汚染されていない、すなわち上記表面上にこれらアイテムを有していない。よって、機械加工された壁付き管は直ちに磁気パルス溶接に利用可能とされる。この処理は、当該処理自体を複数のより薄い壁付き管に役立つようにする。
【０００９】
本願発明の更なる複数の目的および利点は、明細書の一部を形成する複数の添付図面に対し参照がなされる以下の詳細な説明から明らかになる。添付図面においては、同様の参照文字は、複数のビューの複数の対応部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願発明の実施形態に係る管の端部における軸方向の図である。
【図２】２つの挿入図を持つ、図１の線２―２に沿って、切断された管の断面図である。
【図３】本願発明の別の実施形態に係る別の管の端部における軸方向の図である。
【図４】図３の線４―４に沿って、切断された別の管の断面図である。
【図５】端部金具および図１または図３に係る管の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、別途逆に明示した場合を除き、様々な代替的な方向および手順の順序を想定可能であることが理解されるべきである。また、複数の添付図面に図示される、および以下の明細書に示される、複数の特定のデバイスおよび処理は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明のコンセプトについての単なる複数の例示的な実施形態であることが理解されるべきである。従って、特許請求の範囲で別途明示する場合を除き、開示された複数の実施形態に関する、特定の複数の寸法、方向または他の物理的な特性は限定的なものとして考慮されるべきではない。
【００１２】
図１および２は、本願発明の第１の実施形態を示し、そこでは段差のある管のプロファイルの機械加工処理が、例えば高力アルミニウム合金を有する壁付き管１０に適用されている。ここでは、複数の円形断面の管が示されるが、正方形、長方形、三角形のような他の複数の断面も適用される。
【００１３】
磁気パルス溶接の直前または磁気パルス溶接時に、壁付き管１０は、その外縁に面取りＣ（例えば、図２の下側の挿入図に示されるように４５°）を持たせ、その端部１２（例えば、約１７８．４ｍｍの全径を有する）から、推移深さ１４（例えば、インセット約５．６ｍｍ）まで、内部に軸方向に穴が開けられる。それにより、減少された溶接の壁の厚み１６（例えば、インセット約４．４ｍｍ）を持つ断面を形成する。
【００１４】
次に、図２の上側の挿入図にも示されるように、段差のある管のプロファイルの機械加工処理において、壁付き管１０は推移深さ１４から減少深さ１８まで軸方向に穴が開けられ（例えば、推移深さ１４と減少深さ１８との間は約３６．８ｍｍ）、それにより、壁付き管の元の厚み２２（例えば、約６．７ｍｍ）より薄いが、減少された壁の厚み１６より厚い最大化された溶接の壁の断面２０の厚み（例えば、約５．９ｍｍ）を形成する。そこでは、壁付き管１０の端部１２と減少領域１８との間の内側の穴の表面２１、２３は汚染されていない、つまり、当該表面上に複数のピット、油、残留物、または酸化を有しておらず、よって、機械加工された壁付き管１０を直ちに磁気パルス溶接に利用可能とする。概要については、ＹａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖおよびＭＰＷの詳細に関するその他複数を参照のこと。
【００１５】
このピット、油、残留物または酸化を除去する処理はまた、後に詳述される第２の実施形態に係る管３０の内側のテーパ状の穴の表面４０にも適用される。しかしながら、第１の実施形態の管１０に関する上述の処理は、当該処理自体を複数のより厚い壁付き管に役立つようにする。
【００１６】
減少された溶接の壁の厚み１６は、壁付き管１０の内側に沿って、穴の直径２４を増大させることで作成され、減少された溶接の壁の厚み１６は溶接を達成するために必要とされる複数の挫滅力Ｆｃの必要量を減少させるのに役立つ。推移深さ１４は、プロファイルが穴の直径２４からフィット直径２６に移行する箇所であり、推移深さ１４は、その形状および厚みの両方が挫滅力Ｆｃに強く影響し得るので、制御領域でもある。通常、必要な挫滅力Ｆｃを維持できる減少された壁の厚みは、より少ないエネルギーを必要とし、その結果、より良い磁気パルス溶接をもたらす。
【００１７】
減少領域１８は、複数の機械加工された表面２１、２３が機械加工されていない表面に移行する箇所である。複数の応力集中レベルがここで最大となるので、直径における、または複数のピットフリー、油フリー、破片屑フリー、および酸化フリー等の複数の表面組織における、複数の急激な移行（例えば、図２の上側挿入図に示された、参照アイテム１８に対する参照線が指す角ばった領域が傾斜されている）を最小化するよう配慮が必要であるゆえ、減少領域１８は重要である。これは、実施形態１０、３０の両方に当てはまり、そこでは複数のピット、油、破片屑、および酸化の量およびタイプを制限する複数のプロセス仕様が維持される。
【００１８】
換言すれば、上記処理は、端部１２から内側に、内部に第１の穴の表面２１と第１の減少された端部金具の壁の厚み１６とを持つ推移深さ１４までの軸方向の穴２４を有する壁付き管１０に対し、磁気パルス溶接される端部金具４５（ＭＰＷを適用するため、端部金具４５が壁付き管１０内に移動されるのを示す図５の矢印を参照）をもたらすことができる。段差のある管はさらに、推移深さ１４から内側に、内部に第２の穴の表面２３と第１の減少された壁の厚み１６より厚い第２の減少された端部金具の壁の厚み２０とを持つ、減少深さ１８までの軸方向の穴２６を有する。結果的に、軸方向の穴の両方の表面２１、２３は、壁付き管の端部１２から減少深さ１８までの複数のピット、油、破片屑、および酸化を除去し、壁付き管１０を端部金具４５に対し、直ちに磁気パルス溶接できるようにする。換言すれば、表面２１、２３は複数のピット、油、破片屑、および酸化からフリーであり、磁気パルス溶接の準備ができている。
【００１９】
図３および４は、本願発明の第２の実施形態を示し、そこではテーパ状の管のプロファイルの機械加工処理が壁付き管３０に適用される。磁気パルス溶接の直前または磁気パルス溶接時に、壁付き管３０は表面角度θ（例えば６０°）でテーパ状に壁付き管３０の端部３１から壁付き管３０の内側を貫き穴の長さ３４まで、軸方向に穴が開けられており、それにより、テーパ状に傾斜された溶接の壁の厚み３６を最大化された溶接の壁の断面３８の中へ形成する。ここにおいて、傾斜されたテーパ状の穴を開けることで、壁付き管３０の端部３１と最大化された断面における穴の長さ３４との間に、内側のテーパ状の穴の表面４０を形成する。そのように穴を開けることで、壁付き管の端部３２から穴の長さ３４までにわたり、複数のピット、油、破片屑および酸化を除去し、壁付き管３０を直ちに磁気パルス溶接できるようにする。換言すれば、表面４０は複数のピット、油、破片屑、および酸化からフリーであり、磁気パルス溶接の準備ができている。この処理は当該処理自体を複数のより薄い壁付き管に役立つようにする。
【００２０】
穴３２の開口端部３１は、穴の切り取りが開始する理論直径である。表面角度θは、機械加工された表面４０の角度であり、従って、この表面４０はテクスチャのためのプロセス仕様によって制御される。穴の長さ３４は、穴の表面４０が適切なテクスチャとされ、適切に移行される必要のある長さである。このテーパ状のプロファイルの実施形態は、より簡易にＭＰＷを適用するため、より簡素な穴開けをもたらす。
【００２１】
換言すれば、上記の第２の実施形態の処理は、端部３１から内側に、最大化された溶接の断面３８の中に傾斜された溶接の壁の厚み３６を持つ、穴の長さ３４まで、表面角度θの軸方向の穴３２を有する壁付き管３０に対し、端部金具を磁気パルス溶接する（ＭＰＷを適用するため、端部金具４５が壁付き管３０内に移動されるのを示す図５の矢印を参照）結果をもたらす。結果的に、軸方向の穴の表面４０は、壁付き管の端部から最大化された溶接の壁の断面３８までの複数のピット、油、破片屑、および酸化を除去し、壁付き管３０を直ちに磁気パルス溶接できるようにする。概要については、ＹａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖおよびＭＰＷの詳細に関するその他複数を参照のこと。
【００２２】
ＭＰＷプロセスの開始直前またはＭＰＷプロセス開始時に、複数の穴の複数の表面を作成する際に実現される複数の利点によって、材料費および人件費が節約される。すべてのことを考慮すると、これらの即時のＭＰＷプロセスは、複数のパルス溶接をもたらすのに、より多くのエネルギーを消費する、酸および／または研磨された表面の準備、より厚い壁付き管を必要とする複数のＭＰＷプロセスに対し、有利である。後者のＭＰＷプロセスは複数の管の部品の取付直前または取付時に完了されない。それにより、本願発明は処理時間を低減する一方で、複数のより高品質な部品をもたらす。
【００２３】
また、本願発明の２つの実施形態は、ビークルのドライブシャフト管をドライブシャフトヨークに取り付ける等、複数のアイテムの取付にＭＰＷを使用する際の複数のエネルギー必要量の削減を可能にする、より良い複数の管の形状をもたらす。従って、本発明の主題は、図５に示されるドライブシャフトヨーク４５に対するＹａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖの特許におけるビークルの複数のドライブシャフトのような、壁付き管１０または３０を磁気パルス溶接するために使用され得る。
【００２４】
しかしながら、本主題の複数の実施形態は、図１から５に示される実施形態に限定されない。むしろ、ＭＰＷを用いる任意の２つの補助部品の取付が上記部品の複数の切断面を減少させることによる上記方法で達成できる。これによって、より少ない材料に必要なエネルギーを低減する一方で、溶接に関連付けられた壁の強度を維持する（すなわち、結果的に発生する挫滅力Ｆｃの吸収に利用可能な十分な材料を提供する）。
【００２５】
特許法の複数の規定に従い、本発明の動作に係る複数の原理およびモードが複数の好ましい実施形態として説明および図示されている。しかしながら、本発明はその精神および範囲から逸脱することなく、具体的に説明および図示された以外の態様で実施可能であることを理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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