CN102161130A - 一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头 - Google Patents

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一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头，其主要是：该搅拌头主体内有中心通孔，该通孔顶部与堵头螺纹连接，该堵头下面设有弹簧，该弹簧的下面固定在推料塞上，该推料塞下部的中心通孔为低熔点金属粉腔，搅拌头主体下部中心通孔的直径大于上部中心通孔的直径，其内设有导向凸块，并且该导向凸块的端顶卡在主体中心通孔两直径相交处，主体下部侧壁设水平的螺孔，穿过该螺孔的螺钉里端与导向凸块上的槽孔相对应，该导向凸块内设贯穿上下两端并且上端与低熔点金属粉腔相连通的通孔。本发明可以实现在线添加低熔点金属粉，不仅简化了加工工艺同时也降低了加工成本。搅拌头工作部分可以方便地进行更换。

Description

一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头
技术领域  本发明涉及一种金属材料的加工装置，尤其是一种摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的加工装置。
背景技术  摩擦搅拌加工(以下简称FSP)是一种全新的固态下材料加工技术。因加工过程中的最高温度小于基体材料的熔点，故称为固态加工技术，其基本工作原理是：搅拌头高速旋转，搅拌头与工件基体接触部位发生摩擦产生的热量导致搅拌头周围金属软化。随后搅拌头沿某一方向按一定速度行进，此时搅拌头对周围的塑化金属产生碎化、机械混合、碾压等作用，在搅拌头扫过的区域形成了一种极其细密的合金组织。这项技术已在铝基复合材料制备、材料表面改性等方面得到应用。目前摩擦搅拌加工使用的搅拌头，其结构主要是：实心的圆柱体形搅拌头，其上部置于与其相对应的搅拌头卡具内，搅拌头下端为工作平面，该工作平面中部设有与该搅拌头同轴线的导向凸块。它的不足之处是：1、FSP技术的关键是添加的金属料需要在焊接之前填充到预加工位置，可以采用在板材表面开槽或在板材表面以下开孔的形式，或者采用类似“三明治”的方法把两种或多种合金板组合在一起。然而上述方法都需要焊前对被加工基材进行机械加工才能实现，既提高成本又麻烦。2、所采用的实心式搅拌头不能进行在线添加合金料。3、在加工过程中，要求搅拌头位置必须和预埋合金料的位置严格对应，需要精确的装配和加工过程控制。4、现有搅拌头多为一体式实心结构，一旦发生磨损，搅拌头整体报费，增加了加工成本。
发明内容  本发明的目的在于提供一种能够有效降低FSP加工成本，实现在线添加低熔点金属粉的一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头。本发明主要是搅拌头体内设可装有低熔点金属粉的空腔，并且导向凸块活动连接在搅拌头主体上。本发明主要包括有：搅拌头主体、堵头、弹簧、推料塞、导向凸块及低熔点金属粉。其中，该搅拌头仍有上部可置于与其相对应的搅拌头卡具内的圆柱形主体，但该圆柱形主体内有中心通孔，该通孔顶部设有内螺纹，其与将中心通孔顶部活动封闭的堵头螺纹连接。该堵头下面设有弹簧，该弹簧的下面固定在圆柱形推料塞上，该推料塞的直径与主体中心通孔直径相同。该推料塞下部的中心通孔为低熔点金属粉腔，该腔内可装有如Sn、Pb、Ga、In及其它们的合金等金属粉。搅拌头主体下部中心通孔的直径大于上部中心通孔的直径，其内设有导向凸块，并且该导向凸块的端顶卡在主体中心通孔两直径相交处，主体下部侧壁设水平的螺孔，穿过该螺孔的螺钉里端与导向凸块上的槽孔相对应，以便将导向凸块定位。该导向凸块内设贯穿上下两端并且上端与低熔点金属粉腔相连通的通孔，该通孔可以是单独一个孔，该孔可以是直孔，即通孔与导向凸块同轴线，该孔也可以是斜孔，即通孔与导向凸块不同轴线；上述通孔可以是上面为一个孔，下面为2-8个与上面相连通的支孔。最好，上述导向凸块伸到主体工作平面外的部分位于工作平面中部，并且直径小于主体内的部分。
本发明的工作过程大体如下：向上述专用搅拌头的低熔点金属粉腔内装有低熔点合金。工作时，搅拌头以一定转速(ω)旋转，产生的摩擦热熔化搅拌头内的低熔点合金粉。随后搅拌头按一定速度(v)行进，同时借助弹簧产生的推力，由推料塞把熔化的低熔点金属从搅拌头导向凸块下端挤出，并与周围高温塑化的铝金属基体混合，冷却后形成固态合金。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)可以实现在线添加低熔点金属粉；
2)加工前不需要对被加工件进行机械加工来预填低熔点金属粉，不仅减少了加工工序同时也降低了加工成本；
3)对加工过程不需要进行精确控制，简化了加工工艺；
4)搅拌头工作部分如果发生磨损，可以方便地进行更换，降低了搅拌头的使用成本。
附图说明
图1是本发明主视剖面示意图。
具体实施方式
在图1所示的一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头主视剖面示意图中，该搅拌头有上部可置于与其相对应的搅拌头卡具1内的圆柱形主体2，该圆柱形主体内有中心通孔，该通孔顶部设有内螺纹，其与将中心通孔顶部活动封闭的堵头3螺纹连接。该堵头下面设有弹簧4，该弹簧的下面固定在圆柱形推料塞5上，该推料塞的直径与主体中心通孔直径相同。该推料塞下部的中心通孔为低熔点金属粉腔，该腔内可装有镓金属粉6。搅拌头主体下部中心通孔的直径大于上部中心通孔的直径，其内设有导向凸块7，并且该导向凸块的端顶卡在主体中心通孔两直径相交处，主体下部侧壁设水平的螺孔，穿过该螺孔的螺钉8里端与导向凸块上的槽孔相对应。该导向凸块内设贯穿上下两端并且上端与低熔点金属粉腔相连通的通孔，该通孔是单独一个直孔。上述导向凸块伸到主体工作平面外的部分即置于工件9上的部分位于主体工作平面中部，并且直径小于主体内的部分。

Claims (5)

1.一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头，该搅拌头有上部可置于搅拌头卡具内的主体，其特征在于：该主体内有中心通孔，该通孔顶部与堵头螺纹连接，该堵头下面设有弹簧，该弹簧的下面固定在推料塞上，该推料塞下部的中心通孔为低熔点金属粉腔，搅拌头主体下部中心通孔的直径大于上部中心通孔的直径，其内设有导向凸块，并且该导向凸块的端顶卡在主体中心通孔两直径相交处，主体下部侧壁设水平的螺孔，穿过该螺孔的螺钉里端与导向凸块上的槽孔相对应，该导向凸块内设贯穿上下两端并且上端与低熔点金属粉腔相连通的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头，其特征在于：导向凸块伸到主体工作平面外的部分位于工作平面中部，并且直径小于主体内的部分。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头，其特征在于：导向凸块内的通孔是单独一个直孔，
4.根据权利要求1或2所述的一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头，其特征在于：导向凸块内的通孔是单独一个斜孔，
5.根据权利要求1或2所述的一种采用摩擦搅拌方法混合铝与低熔点金属的专用搅拌头，其特征在于：导向凸块内的通孔是上面为一个孔，下面为2-8个与上面相连通的支孔。
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