CN106736329A - 工业用冷却铜背板制造方法和摩擦搅拌结合机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工业用冷却铜背板制造方法和摩擦搅拌结合机，其方法主要为：A、在冷却板本体上加工出多个阶梯槽，所述阶梯槽的上部为盖板放置槽，所述阶梯槽的下部为水槽；B、将盖板放置在盖板放置槽里，将下压块压在盖板上实现盖板的固定，C、对每个盖板依次进行焊接，具体为：旋转头的焊针逐渐旋转入盖板与工业用冷却铜背板本体的拼接处，旋转头的轴肩与盖板表面和冷却板本体的表面接触，旋转头的焊针沿盖板和冷却板本体之间的拼接处进行移动且焊针在旋转头带动下进行旋转进而使盖板和冷却板本体熔接，D、将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作，本方法利用产品本身材料进行焊接，节省材料，牢固且没有缝隙产生。

Description

工业用冷却铜背板制造方法和摩擦搅拌结合机

技术领域

本发明涉及冷却用铜背板制造领域，特别涉及工业用冷却铜背板制造方法和摩擦搅拌结合机。

背景技术

冷却用铜背板被广泛应用于工业，具有很高效率的冷却功能。比如在制造液晶的真空室里进行作业时，溅镀靶材会产生大量的热量，如不进行冷却会影响成膜质量和性能，因此在制造液晶时需要使用冷却背板对其进行冷却。又如在新能源汽车领域，使用冷却背板对新能源汽车的电池进行冷却。所述冷却背板主要结构为：使用非铁金属(铜或者铜合金或者铝或者铝合金等)制成的板材，内部含有水槽，板材上有通向进水水槽的进水口和出水口，接着盖上盖板，与本体通过焊接密封，最后制成的背板可作为冷却用背板使用。目前，背板的本体与盖板的焊接方法有电子束焊接法，扩散焊接法，焊剂焊接法等等。除背板以外，各种水冷罩，水冷土等均可作为散热板使用，两者都是和前面背板一样使用了内部的水槽构造，但是这些焊接方法在焊接后会导致变形度大，焊接面无法达到完全融合，焊接不牢固，焊接后的修正操作需要通过机械加工达到表面光滑，对品质，精度，包括生产性，成本等等都有影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种能制作出变形度小，高强度、高密度的工业用冷却铜背板制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：工业用冷却铜背板制造方法，包括：

A、在工业用冷却铜背板本体上加工出多个阶梯槽，所述阶梯槽的上部为盖板放置槽，所述阶梯槽的下部为水槽；

B、将盖板放置在盖板放置槽里，将下压块压在盖板上实现盖板的固定，

C、对每个盖板依次进行融合，具体为：旋转头的焊针逐渐旋转入盖板与工业用冷却铜背板本体的拼接处，旋转头的轴肩与盖板表面和工业用冷却铜背板本体的表面接触，旋转头的焊针沿盖板和工业用冷却铜背板本体融合的拼接处进行移动且焊针在旋转头带动下进行旋转使用摩擦产生的能量进而使盖板和工业用冷却铜背板本体熔合；

D、将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作。

进一步的是：融合时，旋转头的焊针朝旋转头的前进方向的反向倾斜，旋转头转速为1300rpm—2000rpm。

进一步的是：B步骤完成后先进行虚焊再进行C步骤，所述虚焊包括：先在盖板与工业用冷却铜背板本体拼接处周向选取多个虚焊点，然后将旋转头的焊针从每个虚焊点定点旋转使得盖板和工业用冷却铜背板本体熔合固定。

进一步的是：虚焊完成后，在盖板与工业用冷却铜背板本体拼接处周向选取多个位置进行条焊，所述每段条焊长度为3-4cm。

进一步的是：在步骤C中，对同一个水槽的两边使用两个旋转头进行同时融合。

进一步的是：在步骤C中，将工业用冷却铜背板本体固定在散热板上，旋转头附近安装有冷气喷射头，在旋转头高速运转过程中，向旋转头上部喷射冷气。

进一步的是：步骤C中，在对一个盖板融合完成后，更换新的旋转头进行下一个盖板的融合。

本发明还公开了用于上述工业用冷却铜背板制造方法的摩擦搅拌接合机，包括从上至下依次设置的主轴驱动部，主架体、支撑旋转部和融合头，所述主轴驱动部包括主轴电机和与主轴电机输出轴连接的减速机，所述减速机的输出轴连接有穿过主架体延伸至支撑旋转部的主轴，所述主轴远离减速机一端设置有万向联轴器，所述主架体与支撑旋转部转动连接，所述主架体上设置有旋转电机，所述旋转电机通过设置在主架体和支撑旋转部内的传动机构驱动支撑旋转部转动，所述融合头包括与支撑旋转部连接的连接壳体，所述连接壳体内设置有旋转头，所述旋转头通过轴承与连接壳体连接，所述旋转头包括伸出连接壳体的融合部和与万向联轴器连接的连接部，所述融合部包括轴肩伸出轴肩的焊针。

进一步的是：所述支撑旋转部包括旋转部壳体，所述旋转部壳体外设置有伸入旋转部壳体内部用于固定融合头的角度调整板，所述角度调整板上设置有多个腰形槽，所述旋转部壳体上设置有与多个腰形槽一一对应的多个螺栓孔，所述角度调整板通过螺栓与壳体固定连接。

进一步的是：所述角度调整板上设置有指示箭头，旋转部壳体上设置有角度尺，所述角度尺位于箭头指向处。

本发明的有益效果是：本发明使用的方法在融合时使用摩擦搅拌技术，通过旋转头的高速旋转对融合部位进行摩擦，使得摩擦部产生大量热量，导致摩擦部的金属融化合在一起，冷却后使得的融合处融合在一起，实现融合目的，且本融合方法无需使用外部融合材料，利用产品本身材料进行融合，节省材料，且由于需要融合的两个结构完全融合在一起，使得融合牢固且没有缝隙以及气泡产生，与传统融合方法相比，强度高、密度高，且在熔合时，旋转头与融合方向反向倾斜，使得在融合时，轴肩后沿能够对焊缝施加一定的融合顶锻力，从而提高融合质量。

附图说明

图1为背板平面图。

图2为图1所示背板的部分横截面图。

图3为图1旋转头移动平面图。

图4为需进行重叠焊的背板平面图。

图5为图4所示背板的部分横截面图。

图6为焊针运动轨迹示意图。

图7为焊针倾斜角度示意图。

图8为制造工业用冷却铜背板的摩擦搅拌接合机示意图。

图中标记为：工业用冷却铜背板本体1、盖板2、转弯部3、水槽4、旋转头6、轴肩7、焊针8、假终端9、散热板14、冷气喷射头15、冷气16、减速机21、主轴电机22、主架体23、支撑旋转部24、主轴头部25、旋转电机26。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明公开了一种工业用冷却铜背板制造方法，包括：

A、在工业用冷却铜背板本体上加工出多个阶梯槽，所述阶梯槽的上部为盖板放置槽，所述阶梯槽的下部为水槽；

B、将盖板放置在盖板放置槽里，将下压块压在盖板2上实现盖板的固定，

C、对每个盖板依次进行融合，具体为：旋转头6的焊针8逐渐旋转入盖板与工业用冷却铜背板本体的拼接处，旋转头6的轴肩7与盖板表面和工业用冷却铜背板本体的表面接触，旋转头的焊针沿盖板2和工业用冷却铜背板本体1融合的拼接处进行移动且焊针在旋转头带动下进行旋转使用摩擦产生的能量进而使盖板和工业用冷却铜背板本体熔合。

D、将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作。

本方法采用摩擦生热的原理，使用旋转头6旋转与工业用冷却铜背板和盖板2接触，所述旋转头6的硬度大于工业用冷却铜背板和盖板2的硬度，当旋转头6与工业用冷却铜背板和盖板2接触时，由于旋转头6处于高速旋转中，旋转头6与工业用冷却铜背板和盖板2高速摩擦产生大量热量，产生的热量使得摩擦部的工业用冷却铜背板和盖板2融化混合在一起，当融化部冷却后，使得融合面达到完全融合，其熔合部硬度大于其他部位的硬度，此种融合方法改变了以往使用焊枪、焊锡丝等传统手法，减少了外部材料的使用，同时使得融合更牢固，变形度小。

上述实现方式可将高速旋转装置安装在三轴液压驱动机构上实现，所述高速旋转装置和三轴液压驱动机构均为现有产品，本领域技术人员可自行选择组装来实现上述方法。

在上述基础上，融合时，旋转头的焊针朝旋转头的前进方向的反向倾斜，所述焊针与竖直方向的夹角可以为4度、7度、10度等，如图7所示，所示角度α即为反向倾斜的角度，箭头所指方向为运动方向，旋转头6转速为1300rpm—2000rpm，由于在融合时旋转头6的焊针8与融合方向存在一定角度，这使得焊针8在旋转前推过程中，轴肩7会对焊缝施加一定的融合顶锻力，使得熔化部紧密的融合在一起，防止融合部出现空洞，造成融合不牢固。

在上述基础上，B步骤完成后先进行虚焊再进行C步骤，所述虚焊包括：先在盖板表面边缘沿周向选取多个虚焊点，然后将旋转头的焊针从盖板表面的每个虚焊点向下旋转至工业用冷却铜背板本体使得盖板和工业用冷却铜背板本体虚焊，使得盖板2与工业用冷却铜背板连接在一起，盖板2不会相对工业用冷却铜背板进行移动，虽然在融合前使用压板对工业用冷却铜背板实现了固定，但由于在融合时，融合头边旋转摩擦边移动，无法保证工业用冷却铜背板和盖板2不会发生微小的移动，因此在正式融合前，先在工业用冷却铜背板和盖板2上选取几个点进行点焊操作，使得工业用冷却铜背板和盖板2固定在一起，在进行融合时，工业用冷却铜背板和盖板2不会发生相对移动，增加了融合的精确度。

此外，虚焊完成后，在盖板与工业用冷却铜背板本体拼接处周向选取多个位置进行条焊，所述每段条焊长度为3-4cm，由于在融合时，盖板与工业用冷却铜背板传热迅速，使得融合时，热量会迅速传递至旋转头后部，使得融化的材料逐渐后推，此时会使得融合操作时金属会发生变形，而经过条焊后，盖板与工业用冷却铜背板本体牢牢的固定在一起，由于条焊部位的硬度大于其他部位，冷却板前端进行融合操作时，后端的盖板与工业用冷却铜背板也不会发生变形，从而提高融合质量。

此外，在对同一个水槽4的两边使用两个旋转头6进行同时融合，提高了融合速度。

此外，融合时，将工业用冷却铜背板本体1固定在散热板14上，旋转头6附近安装有冷气喷射头15，在旋转头6高速运转过程中，向旋转头6上部喷射冷气16，在融合中，旋转头6的表面温度会达到400℃，旋转头6的轴承等如果一直处于高温下会产生不良，旋转头6传来的热量会使轴承温度迅速上升，使得设备在运行过程中发生故障，而散热板14和冷气喷射头15的设置可以很好的降温作用，使得旋转头6表面温度下降到150℃左右，可以防止旋转头6受到损伤，加强旋转头6的使用寿命。

在上述基础上，在对一个盖板2融合完成后，更换新的旋转头6进行下一个盖板2的融合，用过的旋转头6可以在工具箱内冷却下来，减轻旋转头6的负担，防止旋转头6在高温下连续运作，对旋转头6的使用寿命造成影响。

本申请的所述的工业用冷却铜背板制造方法，有多种实施例，以下列举其中的几种实施例：

实施例1：

图1所示的工业用冷却铜背板主体和盖板2，工业用冷却铜背板主体内设置有U型水槽4，盖板2放置在水槽4上，盖板2与工业用冷却铜背板本体1具有段差构造，侧视图如图2所示，进行融合时，有轴夹和焊针8组成的旋转头6一边融合一边移动，如图3所示，冷，旋转头6沿融合线方向，在水槽4左侧融合，融合完成后，将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作。

实施例2：

图3所示的工业用冷却铜背板，在融合时，旋转头6处于盖板与工业用冷却铜背板本体的拼接处慢慢向下旋转使盖板与工业用冷却铜背板本体融化，旋转头6朝旋转头的前进方向的反向倾斜，所述焊针与竖直方向的夹角为6°，进行摩擦搅拌融合，在运行到转弯部3时，旋转头6仍保持相同的倾斜角度，即当旋转头6方向是右转时，旋转头6向左倾斜，防止在转弯口融合时出现细小的缺口，旋转头6绕细缝一直融合至假终端9处，融合完成后，将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作并将假终端9切下。

实施例3：

将盖板2放置在水槽4上，在正式融合前先对工业用冷却铜背板和盖板2进行虚焊，虚焊时使用直径13mm轴肩7的旋转头6，转速1500rpm在工业用冷却铜背板和盖板2的拼接部位进行多出点焊，使得工业用冷却铜背板主体和盖板2位置准确，在进行正式融合时不会发生相对移动，点焊完成后，将旋转头6的焊针8从拼接处向下旋转融合，旋转头6的轴肩7压在拼接处，并沿盖板2和工业用冷却铜背板本体1的拼接处进行旋转移动，在高速旋转过程中，旋转头6与工业用冷却铜背板本体1和盖板2摩擦生热，使得旋转头6与工业用冷却铜背板本体1和盖板2的接触部分融化，待冷却后盖板2与工业用冷却铜背板本体1融合在一起完成融合，融合完成后，将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作并将假终端9切下。

实施例4：

在融合如图4所示的水槽4时，先将盖板2盖在水槽4上，然后对工业用冷却铜背板和盖板2进行虚焊操作，接下来沿着焊线a-a'和b-b'，使用2个旋转头6同时进行融合，两个旋转头6保持一定的间隔并且互不干涉，接下来是c-c'和d-d'、e-e'和f-f'的顺序，融合完成后，将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作。

实施例5：

融合前，将工业用冷却铜背板本体1固定在有制冷剂循环水槽4的散热板14上，工业用冷却铜背板本体1上设置有假终端9，在旋转头6附近安装冷气16喷射口，将盖板2放置在工业用冷却铜背板本体1的水槽4上，融合时，有轴夹和焊针8组成的旋转头6在工业用冷却铜背板本体和盖板拼接处一边融合一边移动，在融合过程中，冷气16喷射口不断向旋转头6喷射冷气16，直至融合至假终端9，融合完成后，将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作并将假终端9切下。

由于在融合头摩擦旋转过程中，旋转头6表面的温度会达到400℃，旋转头6的热量传递会使轴承和主轴电机22的温度上升，主轴电机22和轴承若一直处在高温下会发生不良，偶尔会发生主轴电机22停止转动的情况，因此在冷气16的作用下，旋转头6温度得到降低，进而不会将高温传至主轴电机22和轴承，使得主轴电机22和轴承能安全稳定的运行。

实施例6：

在工业用冷却铜背板主体上盖上盖板2，使用旋转头6对工业用冷却铜背板本体1和盖板2的融合方法同实施例1所述，当一块盖板2融合完成后，重新更换工具盒里准备好的已经冷却好的旋转头6进行下一个盖板2的融合，使得发热的旋转头6能在工具盒里冷却下来，减轻旋转头6的负担，以此提升旋转头6的使用寿命，当工业用冷却铜背板整体融合完成后，将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作并将假终端9切下。

实施例7：

图5为盖板2和工业用冷却铜背板主体平面形状相同的横截面图，盖板2覆盖在多条水槽4上方，融合时，旋转头6的焊针8插入盖板2和工业用冷却铜背板的重合部位，焊针8穿过背板插入工业用冷却铜背板主体内进行旋转摩擦融合，实现重合融合，融合方法同实施例一所述的摩擦搅拌融合。

本发明还公开了一种制造工业用冷却铜背板的摩擦搅拌接合机，包括从上至下依次设置的主轴驱动部，主架体23、支撑旋转部24和融合头25，所述主轴驱动部包括主轴电机22和与主轴电机22输出轴连接的减速机21，所述减速机21的输出轴连接有穿过主架体23延伸至支撑旋转部24的主轴，所述主轴远离减速机21一端设置有万向联轴器，所述主架体23与支撑旋转部24转动连接，主架体与支撑旋转部之间通过旋转接头连接，所述旋转接头为现有技术，可通过购买获得，所述主架体23上设置有旋转电机26，所述旋转电机26通过设置在主架体和支撑旋转部内的传动机构驱动支撑旋转部转动，所述融合头25包括与支撑旋转部24连接的连接壳体，所述连接壳体内设置有旋转头6，所述旋转头6通过轴承与连接壳体连接，所述旋转头6包括伸出连接壳体的融合部和与万向联轴器连接的连接部，所述融合部包括轴肩7和伸出轴肩7的焊针8；

上述的传动机构有多种实现形式，以下为其中一种实现形式：在支撑旋转部上固定有齿轮盘，所述齿轮盘上啮合有旋转齿轮，所述旋转电机的输出轴驱动旋转齿轮转动，当旋转齿轮转动时，与旋转齿轮啮合的齿轮盘随之转动，从而驱动支撑旋转部发生转动。

使用前，根据所需倾斜角度将主轴头部25通过连接件安装到支撑旋转部24，将主轴头部25内的连接部与万向联轴器连接，工作时，主轴电机22驱动减速机21转动，减速机21驱动主轴转动，主轴通过万向联轴器驱动旋转头6转动，使得旋转头6能与工业用冷却铜背板主体和盖板2进行摩擦搅拌融合，由于在融合时主轴头部25与融合时的行进方向的相反方向有一定倾角，使得在融合时，轴肩7后沿能够对焊缝施加一定的融合顶锻力，从而提高融合质量，因此在融合转弯部3时，旋转电机26驱动支撑旋转部24旋转，支撑旋转部24带动主轴头部25转动，使得主轴头部25整体发生旋转，从而促使在融合转弯处时，使得旋转头6永远与旋转头6运动方向的反方向保持同样的夹角，不会每当运动到转弯处时，夹角不能及时调整，使得转弯处的融合出现细孔。

在上述基础上，所述支撑旋转部24包括旋转部壳体，所述旋转部壳体外设置有伸入旋转部壳体内部用于固定主轴头部25的角度调整板，所述角度调整板上设置有多个腰形槽，所述旋转部壳体上设置有与多个腰形槽一一对应的多个螺栓孔，所述角度调整板通过螺栓与壳体固定连接，在安装主轴头部25时，将主轴头部25与角度调整板固定连接，再松动螺栓，调整角度调整板与旋转部壳体的角度，再将螺栓拧紧，使得角度调整板与旋转部壳体固定连接，此种方法可方便调整旋转头6角度，方便快捷。

上述所述的支撑旋转部24与主轴头部25的固定方式有多种，如直接使用螺栓从下端两侧将支撑旋转部24和主轴头部25连接，通过改变两侧螺栓的拧入深度来调节旋转头6的角度。

此外，所述角度调整板上设置有指示箭头，旋转部壳体上设置有角度尺，所述角度尺位于箭头指向处，当旋转角度调整板时，可通过指示箭头指向角度尺的角度来对旋转头6角度进行精确调整，使得融合时更精准。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.工业用冷却铜背板制造方法，包括：

A、在工业用冷却铜背板本体上加工出多个阶梯槽，所述阶梯槽的上部为盖板放置槽，所述阶梯槽的下部为水槽；

B、将盖板放置在盖板放置槽里，将下压块压在盖板(2)上实现盖板的固定，

C、对每个盖板依次进行融合，具体为：旋转头(6)的焊针(8)逐渐旋转入盖板与工业用冷却铜背板本体的拼接处，旋转头(6)的轴肩(7)与盖板表面和工业用冷却铜背板本体的表面接触，旋转头的焊针沿盖板(2)和工业用冷却铜背板本体(1)融合的拼接处进行移动且焊针在旋转头带动下进行旋转使用摩擦产生的能量进而使盖板和工业用冷却铜背板本体融合；

D、将工业用冷却铜背板表面进行清理、去毛刺操作。

2.如权利要求1所述的工业用冷却铜背板制造方法，其特征在于：融合时，旋转头的焊针朝旋转头的前进方向的反向倾斜，旋转头(6)转速为1300rpm—2000rpm。

3.如权利要求1所述的工业用冷却铜背板制造方法，其特征在于：B步骤完成后先进行虚焊再进行C步骤，所述虚焊包括：先在盖板与工业用冷却铜背板本体拼接处周向选取多个虚焊点，然后将旋转头的焊针从每个虚焊点定点旋转使得盖板和工业用冷却铜背板本体熔合固定。

4.如权利要求3所述的工业用冷却铜背板制造方法，其特征在于：虚焊完成后，在盖板与工业用冷却铜背板本体拼接处周向选取多个位置进行条焊，所述每段条焊长度为3-4cm。

5.如权利要求1所述的工业用冷却铜背板制造方法，其特征在于：在步骤C中，对同一个水槽(4)的两边使用两个旋转头(6)进行同时融合。

6.如权利要求1所述的工业用冷却铜背板制造方法，其特征在于：在步骤C中，将工业用冷却铜背板本体(1)固定在散热板(14)上，旋转头(6)附近安装有冷气喷射头(15)，在旋转头(6)高速运转过程中，向旋转头(6)上部喷射冷气(16)。

7.如权利要求1所述的工业用冷却铜背板制造方法，其特征在于：步骤C中，在对一个盖板(2)融合完成后，更换新的旋转头(6)进行下一个盖板(2)的融合。

8.用于权利要求1所述的工业用冷却铜背板制造方法的摩擦搅拌接合机，其特征在于：包括从上至下依次设置的主轴驱动部，主架体(23)、支撑旋转部(24)和融合头(25)，所述主轴驱动部包括主轴电机(22)和与主轴电机(22)输出轴连接的减速机(21)，所述减速机(21)的输出轴连接有穿过主架体(23)延伸至支撑旋转部(24)的主轴，所述主轴远离减速机(21)一端设置有万向联轴器，所述主架体(23)与支撑旋转部(24)转动连接，所述主架体(23)上设置有旋转电机(26)，所述旋转电机(26)通过设置在主架体和支撑旋转部内的传动机构驱动支撑旋转部转动，所述融合头(25)包括与支撑旋转部(24)连接的连接壳体，所述连接壳体内设置有旋转头(6)，所述旋转头(6)通过轴承与连接壳体连接，所述旋转头(6)包括伸出连接壳体的融合部和与万向联轴器连接的连接部，所述融合部包括轴肩(7)和伸出轴肩(7)的焊针(8)。

9.如权利要求7所述的制造工业用冷却铜背板的摩擦搅拌接合机，其特征在于：所述支撑旋转部(24)包括旋转部壳体，所述旋转部壳体外设置有伸入旋转部壳体内部用于固定融合头(25)的角度调整板，所述角度调整板上设置有多个腰形槽，所述旋转部壳体上设置有与多个腰形槽一一对应的多个螺栓孔，所述角度调整板通过螺栓与壳体固定连接。

10.如权利要求8所述的制造工业用冷却铜背板的摩擦搅拌接合机，其特征在于：所述角度调整板上设置有指示箭头，旋转部壳体上设置有角度尺，所述角度尺位于箭头指向处。