一種厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，包括軸肩轉(zhuǎn)接套、攪拌針轉(zhuǎn)接套、軸肩、攪拌針、軸承及調(diào)整塊，軸肩通過(guò)軸肩轉(zhuǎn)接套與軸肩主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)，攪拌針通過(guò)攪拌針轉(zhuǎn)接套與攪拌針主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)；軸肩主軸與攪拌針主軸構(gòu)成同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，同時(shí)設(shè)計(jì)了獨(dú)特的動(dòng)密封和大載荷工況下保證良好同心度的結(jié)構(gòu)；焊接時(shí)，軸肩與攪拌針獨(dú)立驅(qū)動(dòng)并可設(shè)定不同的旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明解決了采用傳統(tǒng)攪拌工具焊接厚板時(shí)因厚度方向溫度梯度過(guò)大而導(dǎo)致的焊縫質(zhì)量不一致問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摩擦焊技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種厚板焊接用攪拌工具。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊技術(shù)是一種非熔化焊接方法。該方法利用一種特殊工具一攪拌工具，高速旋轉(zhuǎn)并插入待焊件中，攪拌工具與待焊件產(chǎn)生大量摩擦熱，待金屬處于塑性狀態(tài)時(shí)開始行進(jìn)，焊接過(guò)程中攪拌頭將塑性狀態(tài)金屬引至其后方，在頂端壓力下鍛造形成致密焊縫。攪拌摩擦焊技術(shù)現(xiàn)已在特種加工領(lǐng)域大量應(yīng)用，并在焊接大厚鋁/鎂/銅板焊接領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0003]攪拌工具作為攪拌摩擦焊使用的工具，是攪拌摩擦焊技術(shù)的核心技術(shù)。攪拌工具的端部為直徑較小的攪拌針，深入到焊件的深處，與焊件表面接觸產(chǎn)生摩擦熱的為攪拌工具軸肩部分。傳統(tǒng)的攪拌工具如圖1所示，攪拌針與軸肩為一個(gè)整體，共同旋轉(zhuǎn)。攪拌摩擦焊接的熱源主要來(lái)源于軸肩、攪拌針與材料的摩擦產(chǎn)熱，由于軸肩直徑通常是攪拌針直徑的數(shù)倍，因此大部分的熱量都源于軸肩的摩擦產(chǎn)熱。對(duì)于針部的焊接熱源一方面來(lái)自攪拌針與材料的摩擦熱，另一部分來(lái)自軸肩的摩擦熱在厚度方向的熱傳導(dǎo)。使用傳統(tǒng)攪拌工具焊接厚板時(shí)，由于板厚大，軸肩與母材的摩擦產(chǎn)熱難以傳遞到攪拌針底部，并且此處由于與母材的接觸面積小，此處散熱條件最好，這樣造成了攪拌針底部往往產(chǎn)熱不足，底部材料塑性不足，容易引起隧道型缺陷。在這種情況下，只能通過(guò)增加攪拌工具的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)提高焊縫底部的產(chǎn)熱量。提高旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，軸肩與母材的大面積摩擦往往引起表面過(guò)熱，而針部由于產(chǎn)熱不足容易引起隧道型缺陷。若是通過(guò)減少軸肩面積來(lái)減少焊縫表面產(chǎn)熱，又會(huì)出現(xiàn)焊接軸肩無(wú)法完全拘束材料，造成表面溝槽、飛邊過(guò)大等缺陷。所以傳統(tǒng)的攪拌工具在焊接厚板時(shí)，存在厚度方向上溫度梯度大，厚度方向焊接質(zhì)量不均一的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，具有良好的同軸度、剛度、摩擦損耗小的特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的攪拌工具在焊接厚板時(shí)厚度方向上溫度梯度大，厚度方向焊接質(zhì)量不均一的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，基于雙驅(qū)動(dòng)攪拌摩擦焊接裝置，包括軸肩和攪拌針，還包括軸肩轉(zhuǎn)接套和攪拌針轉(zhuǎn)接套，其中，軸肩通過(guò)軸肩轉(zhuǎn)接套與軸肩主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)，攪拌針通過(guò)攪拌針轉(zhuǎn)接套與攪拌針主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)；軸肩主軸與攪拌針主軸構(gòu)成同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副；在所述軸肩與攪拌針之間設(shè)置有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，在軸肩主軸與攪拌針主軸構(gòu)成的同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副之間設(shè)置有軸承或軸承組合，以保證良好同心度，焊接時(shí)，所述軸肩與攪拌針獨(dú)立驅(qū)動(dòng)并可設(shè)定不同的旋轉(zhuǎn)速度，焊接時(shí)，軸肩與攪拌針獨(dú)立驅(qū)動(dòng)并可設(shè)定不同的旋轉(zhuǎn)速度。
[0007]所述的軸肩轉(zhuǎn)接套上部設(shè)置了對(duì)稱的鍵槽結(jié)構(gòu)，與軸肩主軸緊固連接，通過(guò)鍵傳動(dòng)；下部設(shè)置了軸肩安裝孔及軸承安裝孔。
[0008]所述的攪拌針轉(zhuǎn)接套上部設(shè)置了對(duì)稱的鍵槽結(jié)構(gòu)，與攪拌針主軸緊固連接，通過(guò)鍵傳動(dòng)；中部徑向設(shè)置了對(duì)稱的兩排緊固件安裝孔，供夾持?jǐn)嚢栳槪幌虏吭O(shè)置了對(duì)稱的軸向鍵槽及攪拌針安裝孔。
[0009]所述的攪拌針上部為夾持部分，該部分加工對(duì)稱的鍵槽，與攪拌針轉(zhuǎn)接套緊固連接，通過(guò)鍵槽結(jié)構(gòu)傳動(dòng)；攪拌針根部設(shè)計(jì)了帶環(huán)形凹槽的小型軸肩，為材料流動(dòng)提供空間，減少塑性材料進(jìn)入間隙的可能性。
[0010]所述的軸肩上部通過(guò)緊固件及鍵與軸肩轉(zhuǎn)接套連接，共同旋轉(zhuǎn)；軸肩下部為內(nèi)凹平面，設(shè)計(jì)了環(huán)形凹槽，促進(jìn)材料流動(dòng)。
[0011]所述的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，目的在于防止焊接時(shí)材料進(jìn)入攪拌針與軸肩的間隙。攪拌針與軸肩的間隙設(shè)置為0.25mm,間隙內(nèi)的攪拌針外圓設(shè)置與針部螺紋旋向相同的螺紋，焊接時(shí)，對(duì)間隙入口的材料以下壓力，形成動(dòng)密封的效果。
[0012]所述的大載荷工況下保證良好同心度的結(jié)構(gòu)，目的在于減小旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦損耗，保證攪拌工具的結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定性。焊接厚板時(shí)，攪拌工具受到很大的前進(jìn)抗力和頂鍛力，根據(jù)軸承承載能力，選擇合理的軸承及軸承組合安裝在攪拌針與軸肩旋轉(zhuǎn)體之間，一方面保證良好同心度，一方面減小摩擦損耗。
[0013]本發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)攪拌摩擦焊接裝置的雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，由于采用上述的技術(shù)方案，因此具有良好的同軸度、剛度、摩擦損耗小特點(diǎn)，取得了如下的有益效果:
[0014]1、通過(guò)實(shí)現(xiàn)軸肩與攪拌針雙速旋轉(zhuǎn)的分體結(jié)構(gòu)，改善了攪拌工具軸肩與攪拌針的產(chǎn)熱比例，降低了焊接厚度方向的溫度梯度，提高了焊縫厚度方向質(zhì)量的均一性。
[0015]2、設(shè)計(jì)了動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，即處于攪拌針與軸肩間隙處的攪拌針外圓設(shè)置了與針部螺紋旋向相同的螺紋。焊接時(shí)，通過(guò)對(duì)間隙入口的塑性材料以下壓力，防止塑性材料進(jìn)入間隙造成攪拌針與軸肩卡死。
[0016]3、選用了滿足承載要求的軸承或軸承組合安裝于相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副之間，保證攪拌工具同軸度，避免不同軸造成的摩擦損耗及結(jié)構(gòu)的失效。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)攪拌工具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明軸肩轉(zhuǎn)接套的軸向俯視圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的軸肩轉(zhuǎn)接套軸向仰視圖；
[0021]圖5是本發(fā)明軸肩轉(zhuǎn)接套的剖視圖；
[0022]圖6是本發(fā)明軸肩的剖視圖；
[0023]圖7是本發(fā)明攪拌針轉(zhuǎn)接頭的剖視圖；
[0024]圖8是本發(fā)明攪拌針的剖視圖；
[0025]圖9是本發(fā)明攪拌針的軸向視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0027]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具實(shí)施。
[0028]圖1是傳統(tǒng)攪拌工具示意圖，攪拌針與軸肩為一個(gè)整體，共同旋轉(zhuǎn)。
[0029]圖2是本發(fā)明雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括:軸肩轉(zhuǎn)接套(I)、攪拌針轉(zhuǎn)接套(2 )、軸肩(3 )、攪拌針(4)、軸承(5 )及調(diào)整塊(6 )，該發(fā)明基于雙驅(qū)動(dòng)攪拌摩擦焊接裝置，軸肩主軸與攪拌針主軸分別被獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。軸肩(3)通過(guò)軸肩轉(zhuǎn)接套(I)與軸肩主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)，攪拌針(4 )通過(guò)攪拌針轉(zhuǎn)接套(2 )與攪拌針主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)；軸肩主軸與攪拌針主軸構(gòu)成同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副；設(shè)計(jì)了獨(dú)特的動(dòng)密封和大載荷工況下保證良好同心度的結(jié)構(gòu)；焊接時(shí)，軸肩(3)與攪拌針(4)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)并可設(shè)定不同的旋轉(zhuǎn)速度。
[0030]圖3、4、5分別為軸肩轉(zhuǎn)接套(I)的軸向視圖和剖視圖，上部通過(guò)緊固件緊固在軸肩主軸，并設(shè)置了對(duì)稱定位鍵(7)進(jìn)行安裝定位。下端面中心，軸向設(shè)置有軸承安裝孔
(10)，軸承外圓通過(guò)軸承安裝孔(10)同軸安裝在軸肩轉(zhuǎn)接套(I)內(nèi)，采用過(guò)渡配合；下端面設(shè)置有內(nèi)螺紋的緊固件安裝孔以及對(duì)稱的兩個(gè)鍵槽(8);軸肩轉(zhuǎn)接套(I)的下端面中心，軸向設(shè)置有一個(gè)軸肩安裝孔(11)，軸肩(3)的上部通過(guò)軸肩安裝孔同軸安裝在軸肩轉(zhuǎn)接套的下端頭部，并通過(guò)緊固件安裝軸肩。軸肩轉(zhuǎn)接套(I)的對(duì)稱兩側(cè)設(shè)置有通孔(9)供拆卸緊固攪拌針(4)的緊固件。
[0031]圖6為軸肩(3)的剖視圖，上部設(shè)置有軸承`安裝孔(10)，外圓與軸肩轉(zhuǎn)接套(I)裝配，軸肩(3)與軸肩轉(zhuǎn)接套(I)的結(jié)合面設(shè)置對(duì)稱的鍵槽(8)，通過(guò)鍵定位，通過(guò)緊固件安裝緊固；軸肩下部為內(nèi)凹面，帶環(huán)形凹槽(14)，促進(jìn)材料流動(dòng)。
[0032]圖7為攪拌針轉(zhuǎn)接套(2)剖視圖，下端部對(duì)稱的兩側(cè)分別設(shè)置三個(gè)緊固件安裝孔；攪拌針轉(zhuǎn)接套(2)的下端面中心，軸向設(shè)置有一個(gè)攪拌針安裝孔(15)及鍵槽(16)，攪拌針的上部通過(guò)攪拌針安裝孔(15)和平鍵同軸安裝在攪拌針轉(zhuǎn)接套(2)的下端頭部；具有外螺紋的緊固件通過(guò)緊固件安裝孔上的螺紋孔橫向旋入攪拌針轉(zhuǎn)接套(2)，其前端頂緊攪拌針上部夾持部分，將攪拌針(4 )緊固在攪拌針轉(zhuǎn)接套(2 )上。
[0033]圖8、9分別為攪拌針(4)剖視圖及軸向視圖，上部夾持部分，并設(shè)置了對(duì)稱設(shè)置鍵槽(16);攪拌針根部加工出小軸肩，帶環(huán)形凹槽(17)，提供材料流動(dòng)的空間，減小塑性材料進(jìn)入攪拌針與軸肩的間隙中；根部上方設(shè)置有與針部螺紋旋向相同的螺紋(18)，通過(guò)螺紋的下壓力，防止塑性材料進(jìn)入間隙造成攪拌針(4)與軸肩(3)的卡死。
[0034]攪拌針與軸肩的旋轉(zhuǎn)速度不同造成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若兩者間隙過(guò)小，則摩擦損耗非常大，容易造成結(jié)構(gòu)失效；若間隙過(guò)大則材料易擠入間隙，造成攪拌針與軸肩卡死現(xiàn)象。本發(fā)明攪拌針與軸肩設(shè)置0.25mm間隙。選用了滿足承載軸承組合安裝于相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副之間，保證攪拌工具同軸度，避免不同軸造成的摩擦損耗及結(jié)構(gòu)的失效。軸承間設(shè)置調(diào)整塊，減小軸承間的摩擦，提高軸承壽命。
[0035]?雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具安裝過(guò)程
[0036]通過(guò)緊固件及鍵將攪拌針轉(zhuǎn)接套安裝于攪拌針主軸上；然后通過(guò)緊固件及鍵將軸肩轉(zhuǎn)接套安裝于軸肩主軸上；將安裝好鍵、軸承及調(diào)整塊的攪拌針通過(guò)攪拌針安裝孔安裝于攪拌針轉(zhuǎn)接套中，通過(guò)緊固件橫向旋入攪拌針轉(zhuǎn)接套，其前端頂緊攪拌針上部夾持部分，將攪拌針緊固在攪拌針轉(zhuǎn)接套內(nèi)；最后通過(guò)鍵及緊固件將軸肩同軸安裝于軸肩轉(zhuǎn)接套上。[0037]?雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具攪拌摩擦焊接實(shí)施
[0038]焊接前根據(jù)焊接要求分別設(shè)定攪拌針與軸肩的旋轉(zhuǎn)速度，確定其他的焊接參數(shù)后，緩慢扎入待焊材料，待材料達(dá)到塑化狀態(tài)時(shí)，攪拌工具開始行進(jìn)，形成焊縫。
[0039]?雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具拆卸
[0040]其 拆卸過(guò)程與安裝過(guò)程相反進(jìn)行，在此不再累述。
【權(quán)利要求】
1.一種厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，包括軸肩和攪拌針，其特征在于，兩者以不同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；還包括軸肩轉(zhuǎn)接套和攪拌針轉(zhuǎn)接套，其中，軸肩通過(guò)軸肩轉(zhuǎn)接套與軸肩主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)，攪拌針通過(guò)攪拌針轉(zhuǎn)接套與攪拌針主軸連接，共同旋轉(zhuǎn)；軸肩主軸與攪拌針主軸構(gòu)成同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副；在所述軸肩與攪拌針之間設(shè)置有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，在軸肩主軸與攪拌針主軸構(gòu)成的同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副之間設(shè)置有軸承或軸承組合，以保證良好同心度，焊接時(shí)，所述軸肩與攪拌針獨(dú)立驅(qū)動(dòng)并可設(shè)定不同的旋轉(zhuǎn)速度。
2.如權(quán)利要求1所述的厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，其特征在于，所述軸肩與攪拌針之間設(shè)置的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)是處于所述攪拌針與軸肩間隙處的攪拌針外圓上與針部螺紋旋向相同的螺紋，通過(guò)螺紋的下壓力，防止塑性材料進(jìn)入間隙造成攪拌針與軸肩的卡死，形成動(dòng)密封的效果。
3.如權(quán)利要求1所述的厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，其特征在于，所述軸承間設(shè)置調(diào)整塊，減小軸承間的摩擦，提高軸承壽命。
4.如權(quán)利要求1所述的厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，其特征在于，所述的軸肩轉(zhuǎn)接套上部設(shè)置了對(duì)稱的鍵槽結(jié)構(gòu)，與軸肩主軸緊固連接，通過(guò)鍵傳動(dòng)；下部設(shè)置了軸肩安裝孔及軸承安裝孔。
5.如權(quán)利要求4所述的厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，其特征在于，所述的軸肩上部通過(guò)緊固件及鍵與軸肩轉(zhuǎn)接套連接，共同旋轉(zhuǎn)；軸肩下部為內(nèi)凹平面，設(shè)計(jì)了環(huán)形凹槽，促進(jìn)材料流動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，其特征在于，所述的攪拌針轉(zhuǎn)接套上部設(shè)置了對(duì)稱的鍵槽結(jié)構(gòu)，與攪拌針主軸緊固連接，通過(guò)鍵傳動(dòng)；中部徑向設(shè)置了對(duì)稱的兩排緊固件安裝孔，供夾持?jǐn)嚢栳槪幌虏吭O(shè)置了對(duì)稱的軸向鍵槽及攪拌針安裝孔。
7.如權(quán)利要求6所述的厚板焊接用雙速旋轉(zhuǎn)攪拌工具，其特征在于，所述的攪拌針上部為夾持部分，該部分加工對(duì)稱的鍵槽，與攪拌針轉(zhuǎn)接套緊固連接，通過(guò)鍵槽結(jié)構(gòu)傳動(dòng)；攪拌針根部設(shè)計(jì)了帶環(huán)形凹槽的小型軸肩，為材料流動(dòng)提供空間，減少塑性材料進(jìn)入間隙的可能性。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK103801817SQ201310055136
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】夏佩云 申請(qǐng)人:上海航天設(shè)備制造總廠