CN105269143A - 一种分体式双轴肩搅拌头 - Google Patents

Abstract

一种分体式双轴肩搅拌头，搅拌头（1）的面（A）开有键槽，搅拌头（1）与搅拌针（4）的端（B）连接，上轴肩紧定机构（2）与搅拌头（1）连接，上轴肩（3）的上表面（C）与上轴肩紧定机构（2）的面（E）相接触、下底面（D）与搅拌头（1）的面（A）贴合；搅拌针（4）的端（B）加工成与面（A）相适合的键，尾部设有螺纹，与支撑机构（7）的内螺纹进行螺纹连接；角接触轴承（8）安装于支撑机构（7）上，与支撑机构（7）的外表面配合，支撑机构（7）内部的内螺纹与搅拌针（4）相连，支撑机构（7）的外螺纹安装螺母定位轴承；下轴肩（5）安装于单旋转转换机构（6）上，通过顶丝与（6）连接；单旋转转换机构（6）安装于轴承上。

Description

一种分体式双轴肩搅拌头

技术领域

本发明属于机床加工工具领域，具体是一种搅拌摩擦焊接用的双轴肩搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的专利焊接技术，在焊接过程中工件要刚性固定在垫板上，垫板既起到承受搅拌头传来的顶端力，又防止半塑性金属从底部流出。因此，垫板在辅助焊接过程中造成了几个问题：1.为防止搅拌针和垫板接触造成搅拌针或垫板的磨损，搅拌针末端与垫板存在一定距离，容易发生根部未焊透缺陷；2.焊接过程中需要垫板造成装夹要求的显著提高，许多场合下如多层板的搅拌摩擦焊难以进行，大大限制了搅拌摩擦焊的使用范围。为此开发出了自支撑的双轴肩搅拌摩擦焊，双轴肩搅拌摩擦焊由搅拌针底部的下轴肩代替传统的垫板。使上下轴肩的顶锻力大小相等方向相反，减少了对焊机的要求；一根直转工件的搅拌针可以预防工件背部未焊透缺陷的产生。但是由于上下轴肩同时进行焊接，会在工件上下表面产生两个方向相反的流场，在两个流场的交汇处极易产生隧道缺陷，该缺陷相比根部未焊透更难发现，为焊件造成重大质量隐患。为解决此缺陷，提供出了一种搅拌摩擦焊用的下轴肩不随搅拌针旋转双轴肩搅拌头。

常规双轴肩搅拌头上下轴肩间隙不可调，当板厚发生变化或者轴肩间隙需要微调整时就只能更换搅拌头，间隙可调的双轴肩搅拌头更具适应性。上、下轴肩、搅拌针相对于搅拌头不完全独立，由于焊接时仅对上、下轴肩和搅拌针的材料要求比较严格，磨损及断裂等损耗比较严重，对其余部分的材料要求和损耗并不大，造成了大量的浪费；独立加工的上、下轴肩、搅拌针的大小和、表面形状可以根据使用要求而更改，加工方便、灵活性大。

传统的单轴肩搅拌摩擦焊转为双轴肩搅拌摩擦焊时为适应新型的搅拌头安装往往需要更换机头，费用将非常昂贵，一个结构合理的搅拌头其适应性应该很强，既可以保证使用需求，又能实现装备的通用性，同时造价合理容易让人接受。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊接用的下轴肩不随搅拌针旋转的分体式双轴肩搅拌头，以解决上述背景技术的问题。

本发明是一种分体式双轴肩搅拌头，包括搅拌头1、上轴肩紧定机构2、上轴肩3、搅拌针4、下轴肩5、单旋转转换机构6、支撑机构7，搅拌头1的第一面A开有键槽，搅拌头1与搅拌针4的端B连接，搅拌头利用键槽起对搅拌针4到定位和传递扭矩的作用；上轴肩3与上轴肩紧定机构2利用键连接传递扭矩，上轴肩紧定机构2与搅拌头1连接，上轴肩3的上表面C与上轴肩紧定机构2的第二面E相接触、下底面D与搅拌头1的第一面A贴合；搅拌针4的端B加工成与第一面A相适合的键，尾部设有螺纹，与支撑机构7的内螺纹螺纹进行螺纹连接；轴承8安装于支撑机构7上，与支撑机构7的外表面配合，支撑机构7内部的内螺纹与搅拌针4相连，支撑机构7的外螺纹安装螺母定位轴承；下轴肩5安装于单旋转转换机构6上，通过顶丝与6连接；单旋转转换机构6安装于轴承上，利用顶丝定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以有效改善因下轴肩旋转产生的流场与上轴肩产生的流场在交汇处相互影响而产生缺陷；搅拌针、上轴肩、下轴肩等对材料性能要求较高的易损处采用分体式设计，一方面某个部位损坏可以单独更换，可降低使用成本；另一方面分体式设计更适合复杂形状的加工，搅拌头更具可变性；支撑机构内部靠内螺纹对整个机构进行轴向定位和纵向定位，外部链接轴承和定位轴承的螺母，使整个机构精确且稳定；上下轴肩均为中心为通孔的双圆台结构，上下圆台作用独立，下部圆台起到定位作用，上圆台为用于接触的轴肩，可以根据需求修改上圆台的尺寸和形状，而对搅拌头整体不造成牵连和影响；该发明在传统搅拌摩擦焊机头上就可实行改造，不必跟新机头，具有较好的适应性、经济性。

附图说明

图1为本发明的整体示意图，图2为图1的剖视图，图3、图4、图5为搅拌头的结构示意图，图6、图7为上轴肩紧定机构的结构示意图，图8、图9为上轴肩的结构示意图，图10、图11为搅拌针的结构示意图，图12为下轴肩的结构示意图，图13为单旋转转换机构的结构示意图，图14、图15为支撑机构的结构示意图，附图标记及对应名称为：搅拌头1、上轴肩紧定机构2，上轴肩3，搅拌针4，下轴肩5，单旋转转换机构6，支撑机构7，轴承8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~图15所示，本发明是一种分体式双轴肩搅拌头，包括搅拌头1、上轴肩紧定机构2、上轴肩3、搅拌针4、下轴肩5、单旋转转换机构6、支撑机构7，搅拌头1的第一面A开有键槽，搅拌头1与搅拌针4的端B连接，搅拌头利用键槽起对搅拌针4到定位和传递扭矩的作用；上轴肩3与上轴肩紧定机构2利用键连接传递扭矩，上轴肩紧定机构2与搅拌头1连接，上轴肩3的上表面C与上轴肩紧定机构2的第二面E相接触、下底面D与搅拌头1的第一面A贴合；搅拌针4的B端加工成与第一面A相适合的键，尾部设有螺纹，与支撑机构7的内螺纹螺纹进行螺纹连接；角接触轴承8安装于支撑机构7上，与支撑机构7的外表面配合，支撑机构7内部的内螺纹与搅拌针4相连，支撑机构7的外螺纹安装螺母，定位轴承；下轴肩5安装于单旋转转换机构6上，通过顶丝与6连接；单旋转转换机构6安装于轴承上，利用顶丝定位。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述搅拌头1的中心处开有沉头孔，下部起到定位和支撑作用的轴肩采用法兰设计，开有四个螺纹通孔。

如图1、图2、图3、图4、图5、图8、图9所示，所述上轴肩紧定机构2通过螺栓与搅拌头1连接，通过键槽向上轴肩3提供扭矩，内表面与上轴肩3的轴肩相接，提供定位和支撑。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，所述上轴肩3为圆台形，中心开通孔与搅拌针间隙配合，外轮廓上有两个键与上轴肩紧定机构2配合，轴肩表面设计为多组同心圆的凹面或光滑结构。

如图10、图11所示，所述搅拌针4顶部设为键槽，与搅拌头1的键槽配合，且搅拌针4顶部的中心处加工有内螺纹盲孔，通过螺栓与搅拌头相连；搅拌针4参与焊接部分设计为圆锥面，或圆柱面，或三切面，或四切面；搅拌针4穿过上轴肩3、下轴肩5、单旋转转换机构6、支撑机构7；搅拌针4底部配有外螺纹，与支撑机构螺纹连接。

如图14、15所示，所述支撑机构7的尾部设有供轴承安装的轴肩，支撑机构7外表面与轴承配合，且除轴承安装处外，外表面加工为小于轴承内径的螺纹，利用自设计或标准螺母对轴承进行定位；支撑机构7内径加工为尾部内螺纹、上部中心孔的设计。

如图13所示，所述单旋转转换机构6为一两侧内凹开有中心孔的的圆柱体，中心孔与搅拌针间隙配合，其上部的内凹处安装下轴肩5，利用顶丝定位；下半部内凹处与轴承定位、内表面与轴承外表面间隙配合，利用顶丝定位。

如图12所示，下轴肩5为双圆台形状，开设有中心通孔，与搅拌针间隙配合；表面有螺纹槽或光滑设计利用顶丝与单旋转转换机构6定位。

如图10所示，搅拌头1与搅拌针4的端B用螺栓连接。

如图3、4、6所示，上轴肩紧定机构2与搅拌头1用螺栓连接。

如图1~15所示，搅拌头1中心为M5的沉头螺钉孔，其轴肩和加持部分加工为一个整体，轴肩呈四个M5螺纹通孔的法兰结构，上轴肩紧定装置2上有四个M5的沉头螺钉孔，利用螺钉与搅拌头1连接；上轴肩3为双圆台结构，与工件接触的上圆台表面内凹6°；搅拌针4上部直径为φ12，中部用于焊接部分截面为锥形，起到提高焊接时的顶锻力和减小下轴肩尺寸的作用，底部为M10的螺纹保证支撑装置安装的稳定性，并防止焊接时发生脱落；下轴肩5为双圆台形状，上圆台表面设计螺纹以方便金属向中心聚集，且直径小于上轴肩上圆台，下圆台一侧铣平用于顶丝定位；单旋转转换装置6加工有两个M6的内螺纹，用于顶丝的固定；支撑装置7内表面底部开有M10的螺纹，螺纹上部为φ10的通孔与搅拌针间隙配合以便搅拌针的螺纹可以最大化的利用，其外表面靠近轴肩侧为与轴承过渡配合的光滑轴，随后加工为小于该光滑轴直径的标准螺纹型号，利用自加工的薄螺母对轴承进行定位。

本发明的上轴肩3和下轴肩5之间的距离可以通过调节支撑装置7进行调节可以适应一定厚度范围内的工件。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围有所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种分体式双轴肩搅拌头，包括搅拌头（1）、上轴肩紧定机构（2）、上轴肩（3）、搅拌针（4）、下轴肩（5）、单旋转转换机构（6）、支撑机构（7），其特征在于，搅拌头（1）的第一面（A）开有键槽，搅拌头（1）与搅拌针（4）的端（B）连接，搅拌头利用键槽起对搅拌针（4）到定位和传递扭矩的作用；上轴肩（3）与上轴肩紧定机构（2）利用键连接传递扭矩，上轴肩紧定机构（2）与搅拌头（1）连接，上轴肩（3）的上表面（C）与上轴肩紧定机构（2）的第二面（E）相接触、下底面（D）与搅拌头（1）的第一面（A）贴合；搅拌针（4）的端（B）加工成与第一面（A）相适合的键，尾部设有螺纹，与支撑机构（7）的内螺纹螺纹进行螺纹连接；角接触轴承（8）安装于支撑机构（7）上，与支撑机构（7）的外表面配合，支撑机构（7）内部的内螺纹与搅拌针（4）相连，支撑机构（7）的外螺纹安装螺母定位轴承；下轴肩（5）安装于单旋转转换机构（6）上，通过顶丝与（6）连接；单旋转转换机构（6）安装于轴承上，利用顶丝定位。

2.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于，所述搅拌头（1）的中心处开有沉头孔，下部起到定位和支撑作用的轴肩采用法兰设计，开有四个螺纹通孔。

3.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于，所述上轴肩紧定机构（2）通过螺栓与搅拌头（1）连接，通过键槽向上轴肩（3）提供扭矩，内表面与上轴肩（3）的轴肩相接，提供定位和支撑。

4.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于，所述上轴肩（3）为圆台形，中心开通孔与搅拌针间隙配合，外轮廓上有两个键与上轴肩紧定机构（2）配合，轴肩表面设计为多组同心圆的凹面或光滑结构。

5.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于，所述搅拌针（4）顶部设为键槽，与搅拌头（1）的键槽配合，且搅拌针（4）顶部的中心处加工有内螺纹盲孔，通过螺栓与搅拌头相连；搅拌针（4）参与焊接部分设计为圆锥面，或圆柱面，或三切面，或四切面；搅拌针（4）穿过上轴肩（3）、下轴肩（5）、单旋转转换机构（6）、支撑机构（7）；搅拌针（4）底部配有外螺纹，与支撑机构螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于，所述支撑机构（7）的尾部设有供轴承安装的轴肩，支撑机构（7）外表面与轴承配合，且除轴承安装处外，外表面加工为小于轴承内径的螺纹，利用自设计或标准螺母对轴承进行定位；支撑机构（7）内径加工为尾部内螺纹、上部中心孔的设计。

7.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于，所述单旋转转换机构（6）为一两侧内凹开有中心孔的的圆柱体，中心孔与搅拌针间隙配合，其上部的内凹处安装下轴肩（5），利用顶丝定位；下半部内凹处与轴承定位、内表面与轴承外表面间隙配合，利用顶丝定位。

8.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于所述下轴肩（5）为双圆台形状，开设有中心通孔，与搅拌针间隙配合；表面有螺纹槽或光滑设计利用顶丝与单旋转转换机构（6）定位。

9.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于搅拌头（1）与搅拌针（4）的端（B）用螺栓连接。

10.根据权利要求1所述的分体式双轴肩搅拌头，其特征在于上轴肩紧定机构（2）与搅拌头（1）用螺栓连接。