專利名稱：結構體和結構體的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種結構體和一種結構體的制造方法。例如，本發明適用于一種用在火車車廂或建筑結構等上的擠壓成型鋁合金制框架構件制成的結構體和結構體的制造方法。
摩擦振顫接合方法是一種通過旋轉插入接合部分的圓桿(被稱作旋轉工具)，將旋轉工具沿著擠壓框架構件的接合線移動并且摩擦振顫接合部分被加熱、軟化和塑化并固化連接的方法。旋轉工具由插入接合部分的小直徑部分和位于旋轉工具的小直徑部分外側的大直徑部分構成。旋轉工具的小直徑部分和大直徑部分同軸。旋轉工具的小直徑部分和大直徑部分之間的邊界稍微插入接合部分。上述技術例如由日本專利申請公開號平9-309164(EP0797043A2)公開。
該文獻的圖9中，中空擠壓成型框架構件的兩個表面的接合是在中空擠壓成型框架構件的兩個表面之一進行的。此外，示出了防止中空擠壓成型框架構件變形的連接件。
在日本專利申請公開號平9-221024公開了一種可容易地制造火車車體的結構體的方法。在該方法中，中空框架構件側表面之一的板端部伸出于另一側表面的板端部，并且該伸出的板相互從上部焊接。接著，另外的面板之間用蓋板連接。
摩擦振顫接合與弧焊之間的不同在于，在摩擦振顫接合中，通過將旋轉工具插入要接合的構件中，會作用較大的負載。該負載主要作用在旋轉工具的插入方向(旋轉工具的軸向)。即，工具的插入力作用在要接合的構件上。
當中空擠壓成型框架構件實施摩擦振顫接合時，在一個面板和兩個平行面板接合的筋板上作用著旋轉工具的插入力，則中空擠壓成型框架構件會變形。為此，必須形成一個可防止連接件部分變形的結構。
這種防變形裝置由上述日本專利申請公開號平9-309164(EP0797043A2)公開。在該文獻中，對于兩個中空擠壓成型框架構件的接合部分，提供了一個用于將中空擠壓成型框架構件的兩個面板接合的縱板(稱作縱筋板)。該縱筋板位于旋轉工具軸線的延長線上。縱筋板是連接中空擠壓成型框架構件的兩個面板的筋板。因較大負載同心作用在該縱筋板上，因此必須使得中空擠壓成型框架構件的板厚較厚。為此，難以獲得重量輕的結構連接件。
此外，中空擠壓成型框架構件的該縱筋板可從其他方面考慮。當表面向外彎曲力作用在中空擠壓成型框架構件上時，眾所公知，支配整體剛性的部分是筋板。為了改進耐表面外側彎曲力的剛性，理想的情況是將筋板布置在相對面板為45度角方向上，該方向是所受力的主應力方向。然而，垂直于兩個薄面板的縱長筋板幾乎不作為加強構件。
正如上述，當結構體用作加強件時，幾乎不考慮縱筋板對剛性的增強，因為該筋板必須使得中空擠壓成型框架構件的板厚較厚才能支承摩擦振顫接合期間的插入力，所以難以減輕中空擠壓成型框架構件的連接件的結構重量。
上述日本專利申請公開號平9-221024示出的蓋板焊在中空框架構件的桁架的交叉點上。
本發明的目的是提供一種重量輕、剛性好的結構體和結構體的制造方法。
實現上述目的的結構體的制造方法的特征在于，制備中空框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接；第二構件基本上朝著所述另一面板的延伸方向定位，以及第二構件的端部與所述另一面板的所述端部的接合是摩擦振顫接合。
可實現上述目的的結構體制造方法的特征在于，制備中空框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，以及該構件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座；準備一個第二中空框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，以及該構件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座；第一中空框架構件的所述面板之一的所述端部與所述第二中空框架構件的所述支座重疊；所述第一中空框架構件的所述面板之一的所述端部與所述第二中空框架構件的所述支座重疊；并分別將所述重疊部分接合。
可實現上述目的的結構體包括的特征在于，中空框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部一側與所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接；一個第二構件基本上位于所述另一面板的延長線方向上；以及所述第二構件端部與所述另一面板的端部的接合是摩擦振顫接合。
可實現上述目的的結構體的制造方法的特征在于，制備第一中空框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，所述面板之一的端部與所述另一面板的端部的連接是將所述第一中空框架構件的面板之一的端部與所述第二中空框架構件的支座重疊而實現；所述第二中空框架構件的面板之一的端部與所述第一中空框架構件的支座重疊，有助于構成桁架的多個筋板，其具有在所述桁架附近并且在所述另一面板端部處的支座；制備第二中空框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，以及該構件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座；所述第一中空框架構件的所述面板之一的端部與所述第二中空框架構件的所述支座重疊；以及分別將所述重疊部分接合。
可實現上述目的的使用摩擦振顫接合的中空框架構件的特征在于，兩個薄面板由多個筋板連接成桁架型；所述面板之一的一端部從所述另一面板的一端部朝所述端部一側伸出；以及所述面板之一的端部與所述另一面板的端部由構成桁架的筋板連接。
可實現上述目的的使用摩擦振顫接合的中空框架構件的特征在于，兩個薄面板由多個筋板連接成桁架型；所述面板之一的一個端部從另一面板的一個端部朝著中空框架構件的端部一側伸出；以及所述面板之一的所述端部與所述面板之一的中部由構成桁架的筋板連接。
圖1為本發明的結構體和結構體制造方法的一實施例，示出接合部分的主要部分的縱剖視圖，圖2為本發明的結構體和結構體制造方法的一實施例，示出一對中空框架構件一例的縱剖視圖，圖3示出火車車廂的斜視圖，圖4為本發明的結構體和結構體制造方法的另一實施例，示出接合部分的主要部分的縱剖視圖，圖5為本發明的結構體和結構體制造方法的又一實施例，示出接合部分的主要部分的縱剖視圖，圖6為本發明另一實施例的接合部分的主要部分的縱剖視圖，圖7為本發明結構體和結構體制造方法的又一實施例，示出接合部分的主要部分的縱剖視圖，圖8為本發明的結構體和結構體制造方法的再一實施例，示出接合部分的主要部分的縱剖視圖。
參照圖1-圖3，說明本發明的結構體和結構體制造方法的一實施例。車廂200由構成車廂200側面的側結構體201，構成車廂200頂部的頂結構體202，構成車廂200底板的臺架203，和構成車廂200縱向端部的側結構體204構成。側結構體201、頂結構體202和臺架203每個分別由接合的多個擠壓成型框架構件構成。縱向的擠壓成型框架構件朝著車廂200的縱長方向成形。擠壓成型框架構件是由鋁合金制成的中空框架構件。
下面說明構成側結構體201的中空擠壓成型框架構件10和20的構成和接合方法。其他部分和其他結構體與上述類似。
中空擠壓成型框架構件10和中空擠壓成型框架構件20由兩個薄面板11，12和21，22以及桁架型布置的多個筋板13，23構成。兩個薄面板11和12(兩個薄面板21和22)基本平行。由筋板13和23構成的桁架的節距是相同的。桁架由筋板13和23以及面板11、12和21、22的板厚中心線構成。在面板11、12和21、22的側部存在頂點，該頂點用黑圓點示出。
在火車車廂內側的桁架頂點附近，成整體地設置安裝機器和設備的軌道19和29。軌道19和29為L型的兩個構件。軌道用作安裝如內部安裝板和椅子等機器和設備的支座。
下面說明中空擠壓成型框架構件10和中空擠壓成型框架構件20接合部分的構成。構成桁架一側的筋板13A延伸至中空擠壓成型框架構件10的端部。面板12的端部進一步從面板11的端部朝著端部側(鄰近中空框架構件20的一側)伸出。在端部的筋板13A通過面板12的端部與面板11的端部接合。筋板13B將面板11與面板12的端部接合。由筋板13A和13B構成等腰三角形桁架。其他桁架也是等腰三角形。
中空擠壓成型框架構件20的面板21的端部進一步從面板12端部朝著端部一側(相鄰的中空擠壓成型框架構件10的一側)伸出。此處無接合面板21端部與面板22端部的筋板。
面板21的端部內側與從筋板13A伸出的支座17重疊。支座17位于筋板13A和13B交叉點附近的筋板17A處。面板22端部的內側與從面板22端部伸出的支座27重疊。
當兩個中空擠壓成型框架構件10和20抵接時，等腰三角形桁架由筋板23B、13A和面板21構成。該桁架的尺寸與其他桁架的尺寸相同。其他桁架也是等腰三角形。
在鄰接部分的外側具有升高部分15、25和16、26。升高部分15、25和16、26的高度和寬度相同。該鄰接部分起到摩擦振顫接合作用。筋板13A、13B和23B的板厚比其他筋板13和23的板厚要厚。在由筋板13A、13B和23B以及面板12、22構成的桁架頂點的垂直線(沿著面板法線的直線)上存在抵接面。從旋轉工具250定位準確考慮，在實際使用中，旋轉工具250的軸線定位于桁架頂點附近的垂直線上。
基座240裝在中空擠壓成型框架構件10和20上，此處面板12和22作為下部。旋轉工具250從上部插入鄰接部分，以實現摩擦振顫接合。
升高部分15、25和16、26的抵接面15b和26b垂直抵靠板面11和22。相應地抵接面垂直于構件。垂直面15b、26b和支座17、27的上表面構成凹部。該凹部沿著面板11、22的表面和中空擠壓成型框架構件10、20的端部側開口。
抵接面15b、26b正交于面板11、12和面板21、22。即，抵接面沿著面板的法線。抵接面15b、26b沿著中空擠壓成型框架構件10、20的厚度方向設置。
抵接面15b、26b的位置從穿過桁架頂點的法線朝著中空擠壓成型框架構件10、20的另一端部側定位。在抵接面15b、26b處于穿過桁架頂點法線的情況下，和另一面板21、12的端部較短(在可允許的誤差范圍內)情況下，旋轉工具250的插入位置靠近另一面板側。在這種情況下，可能在靠近側的筋板負載過大。檢測兩個升高部分15、25(16和26)的寬度，然后，使旋轉工具250的軸線對中。
下面說明這種結構體的制造方法。將中空擠壓成型框架構件10、20安裝和固定在基座240上。使面板11、21(面板12、22)端部的抵接部分接觸或接近。面板11、21上表面側的抵接部分中升高部分15、25從上部用弧焊臨時固定。間隙地進行這種臨時焊接。
升高部分16、26裝在基座240上。筋板23B和面板22之間的交叉點周圍安裝在基座240上。
在這種情況下，摩擦振顫接合設備的旋轉工具250從上部插入到升高部分15、25的抵接部分，并沿著接合線移動，然后實施摩擦振顫接合。旋轉工具250的軸線在垂直方向。然而，為阻止旋轉工具250向前，軸線是傾斜的，正如所公知的。檢測兩個升高部分15、25的寬度，將旋轉工具250的軸線對中。
旋轉工具250包括一個較大直徑部分252和在較大直徑部分252末端處的較小直徑部分251。旋轉工具250的較小直徑部分251的末端從支座17的上部深深插入。旋轉工具250的較大直徑部分252的下端位于升高部分15、25的頂點與面板11、21的外表面之間。旋轉工具250的較大直徑部分252的直徑小于兩個升高部分15和25構成的寬度。旋轉工具250的較小直徑部分251形成螺栓件。
由于這種摩擦振顫接合，形成于面板11和12的抵接部分之間的間隙被埋上和接合。
接著，該結構體倒置并裝在基座240上。從升高部分16和26的上部通過弧焊臨時固定。之后，由旋轉工具250，從升高部分16和26的上部實施摩擦振顫接合。該摩擦振顫接合的實施類似于上述。
最后，火車車廂200外表面側的升高部分被切去，制成與面板相同的表面。
按照上述，旋轉工具250的軸心處于由兩個筋板13A和13B(筋板13A和23B)構成的桁架頂點或處于通過頂點附近的垂直直線上。在摩擦振顫接合期間的插入力是由朝旋轉工具250軸線布置的兩個筋板13A和13B(13A和23B)支承的。因此，可限制筋板13A、13B和23B彎曲。筋板13A、13B和23B的板厚可以減薄，從而獲得減輕重量的結構。當然，也可限制面板11和12彎曲。筋板13A、13B、23B的板厚比其他筋板13和23的板厚要厚。
因為有支承筋板13A、13B和23B的基座240，可防止面板彎曲。
此外，在摩擦振顫接合后，當作為結構體使用時，所有的結構體基本上為桁架結構。為此，可改進表面外彎剛性，可獲得重量輕的結構。
兩個筋板13A和13B(兩個筋板13A和23B)的頂點可定位在面板11和21的外表面側。
上述實施例的接合是一種摩擦振顫接合，然而接合之一或接合兩者均可通過弧焊實現。弧焊時，因為接合期間無負載，筋板13A、13B和23B可較薄。伸出支座17的上表面和支座17的下表面可傾斜。
在上述的結構體和結構體制造方法的實施例中，面板11和12以及面板21和22是平行的，但在一些場合，面板之一相對另外面板可以是傾斜的。
圖4示出結構體和結構體制造方法另一實施例，在該例中，接合部分的面板法線是傾斜的。中空擠壓成型框架構件10的一端是水平的。中空擠壓成型框架構件10和20安裝在基座240上。這可使側結構體201端部的接合線容易形成。旋轉體的軸線沿著面板的法線。該法線通過桁架頂點附近。箭頭標記示出旋轉工具250的位置和方向。
圖5示出結構體和結構體制造方法又一實施例，下面將加以說明。中空擠壓成型框架構件20是塊形構件30。構件30是否中空沒有關系。本發明該實施例中的其他構件與圖1所示實施例的相同。在該例中，構件30是中空擠壓成型框架構件，支座27具有將升高部分26與面板21連接的筋板。該筋板基本上正交于(沿著面板的法線)面板11。面板21基本上沿著面板11的延長線布置。
圖6示出結構體和結構體制造方法的再一實施例，下面將加以說明。在圖1所示的中空擠壓成型框架構件20中，沒有將面板21的端部與面板22的端部連接的筋板。另外，升高部分25和26直至面板的端部。為此，升高部分25的制造很難。本發明圖6所示實施例的目的在于改進上述實施例。具有將面板21的端部與面板22的端部連接的筋板23A。由筋板23A和23B以及面板21形成等腰三角形。采用這種結構，插入力由兩個筋板23A和23B支承。可將筋板13A、13B、23A和23B的板厚做薄。中空擠壓成型框架構件20制成后，可除去筋板23A，之后，可如圖1所示地實施摩擦振顫接合。
圖7示出結構體和結構體制造方法又一實施例，圖7中，筋板23A接近中空擠壓成型框架構件的端部設置。由筋板23A的中心線和筋板13B的中心線構成等腰三角形。在穿過這兩中心線交叉點的垂直軸線上設置旋轉工具250的軸線。采用這種結構，插入力可由三個筋板支承。
圖8示出結構體和結構體制造方法的另一實施例，在圖8中，旋轉工具250的插入位置形成于兩個交叉點之間。
本發明的技術范圍并不由所要求的每個權利要求的術語所限制或者由解決問題裝置中所描述的術語所限制，此外，它也涉及本技術領域易于涉足的范圍。
按照本發明，因接合兩個薄面板的兩個筋板頂點附近作為接合部分接合，從而可提供結構重量輕和剛度好的結構體。
權利要求
1.一種結構體的制造方法，其特征在于，制備中空擠壓成型框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的多個筋板連接；第二構件基本上朝著所述另一面板的延伸方向定位，以及第二構件的端部與所述另一面板的所述端部的接合是摩擦振顫接合。
2.按照權利要求1所述的結構體的制造方法，其特征在于，按照摩擦振顫接合進行所述面板之一的所述端部與所述第二構件的所述端部的抵接部分的摩擦振顫焊接。
3.按照權利要求1所述的結構體的制造方法，其特征在于，所述另一面板的所述端部與所述第二構件的所述端部的摩擦振顫接合位置位于所述桁架的頂點。
4.按照權利要求3所述的結構體的制造方法，其特征在于，在所述頂點附近，所述中空擠壓成型框架構件具有支座，將所述第二構件重疊在所述中空擠壓成型框架構件的所述支座上，然后，實施摩擦振顫接合。
5.一種結構體的制造方法，其特征在于，制備中空擠壓成型框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，以及該構件具有支座，該支座位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近；制備第二中空擠壓成型框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，以及該構件具有一個支座，該支座位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近；第一中空擠壓成型框架構件的所述面板之一的所述端部與所述第二中空擠壓成型框架構件的所述支座重疊；所述第一中空擠壓成型框架構件的所述面板之一的所述端部與所述第二中空擠壓成型框架構件的所述支座重疊；以及分別將所述重疊部分接合。
6.按照權利要求5所述的結構體的制造方法，其特征在于，所述接合是一種摩擦振顫接合。
7.按照權利要求6所述的結構體的制造方法，其特征在于，摩擦振顫接合是在所述第一中空擠壓成型框架構件的面板之一的端部與第二構件的另一面板的端部的抵接部分實施的。
8.按照權利要求7所述的結構體的制造方法，其特征在于，摩擦振顫接合位置位于所述端部的桁架頂點。
9.一種結構體，其特征在于，中空擠壓成型框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部一側與所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，第二構件基本上位于所述另一面板的延長線方向上，以及所述第二構件端部與所述另一面板的端部的接合是摩擦振顫接合。
10.按照權利要求9所述的結構體，其特征在于，所述面板之一的端部與所述第二構件的端部的抵接部分的接合是摩擦振顫接合。
11.按照權利要求9所述的結構體，其特征在于，所述另一面板的端部和所述第二構件的端部位置位于所述桁架的頂點處。
12.一種結構體的制造方法，其特征在于，制備第一中空擠壓成型框架構件，該構件中的兩個薄面板由多個筋板連接成桁架，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，所述面板之一的端部與所述另一面板的端部的連接是將所述第一中空擠壓成型框架構件的面板之一的端部與所述第二中空擠壓成型框架構件的支座重疊而實現；所述第二中空擠壓成型框架構件的面板之一的端部與所述第一中空擠壓成型框架構件的支座重疊，有助于構成桁架的多個筋板，其具有在所述桁架附近并且在所述另一面板端部處的支座；制備第二中空擠壓成型框架構件，該構件中的兩個薄面板通過多個筋板連接成桁架型，所述面板之一的端部從另一面板的端部朝所述端部的一側伸出，而所述面板之一的所述端部和所述另一面板的所述端部通過構成所述桁架的所述多個筋板連接，以及該構件具有位于所述另一面板的端部和在所述桁架的附近的支座。所述第一中空擠壓成型框架構件的所述面板之一的端部與所述第二中空擠壓成型框架構件的所述支座重疊；以及分別將所述重疊部分接合。
13.按照權利要求12所述的結構體，其特征在于，所述接合是一種摩擦振顫接合。
14.按照權利要求13所述的結構體，其特征在于，摩擦振顫接合是在所述第一中空擠壓成型框架構件的面板之一端部與所述第二中空擠壓成型框架構件的另一面板的端部抵接部分進行的。
15.按照權利要求15所述的結構體，其特征在于，摩擦振顫接合位于所述端部的所述桁架的頂點。
16.一種使用摩擦振顫接合的中空擠壓成型框架構件，其特征在于，兩個薄面板由多個筋板連接成桁架型；所述面板之一的一端部從所述另一面板的一端部朝所述端部一側伸出；以及所述面板之一的端部與所述另一面板的端部由構成桁架的筋板連接。
17.按照權利要求16所述的使用摩擦振顫接合的中空擠壓成型框架構件，其特征在于，所述中空擠壓成型框架構件的另一面板端部的所述桁架的頂點附近具有升高部分；所述升高部分分別朝著沿著另一面板的表面和另一面板端部的一側開口；以及所述升高部分由沿著另一面板的表面和沿著另一面板的厚度方向的表面構成。
18.按照權利要求17所述的使用摩擦振顫接合的中空擠壓成型框架構件，其特征在于，沿著另一面板厚度方向的所述表面是一條沿著所述中空擠壓成型框架構件的厚度方向的直線，并且處于從穿過所述頂點的直線的所述中空框架構件的另一面板的一側。
19.一種使用摩擦振顫接合的中空擠壓成型框架構件，其特征在于，兩個薄面板由多個筋板連接成桁架型；所述面板之一的一個端部從另一面板的一個端部朝著中空擠壓成型框架構件的端部一側伸出；以及所述面板之一的所述端部與所述面板之一的中部由構成桁架的筋板連接。
20.按照權利要求19所述的使用摩擦振顫接合的中空擠壓成型框架構件，其特征在于，在所述另一面板的所述端部之間由多個筋板構成的連接部分的附近，具有升高部分；所述升高部分分別朝著沿另一面板的表面和另一面板側端部的一側開口；以及所述升高部分由沿著另一面板的表面和沿著所述中空擠壓成型框架構件的厚度方向的表面構成。
21.按照權利要求19所述的使用摩擦振顫接合的中空擠壓成型框架構件，其特征在于，沿著所述中空擠壓成型框架構件厚度方向的所述表面是一條沿著所述中空擠壓成型框架構件厚度方向的直線，并且處于從穿過所述頂點的直線的所述中空擠壓成型框架構件的另一端部的一側。
全文摘要
中空擠壓成型框架構件通過在兩個面板11、12(21、22)之間由筋板13、13A、13B(23、23A、23B)接合成桁架構成。中空擠壓成型框架構件10之一的端部由構成桁架的筋板13A連接。另一中空擠壓成型框架構件20的面板21接合在中空擠壓成型框架構件10的桁架頂點附近。中空框架構件10的面板接合在另一中空擠壓成型框架構件20的桁架頂點附近。摩擦振顫接合期間的負載由筋板13A、13B(13A、23B)承受。桁架結構整體形成,可獲得重量輕、剛性佳的結構。
文檔編號B61D17/04GK1275452SQ0010895
公開日2000年12月6日 申請日期2000年5月24日 優先權日1999年5月28日
發明者中村英之, 川崎健, 牧野俊昭, 佐川年旦 申請人:株式會社日立制作所