CN109570736A - 一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具及方法，更具体的说是一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法,包括刀柄、弹性元件和搅拌头，所述刀柄和搅拌头之间设置有多个弹性元件，多个弹性元件之间相互堆放组合；可以利用碟簧组合等负荷大的弹性元件保证足够的焊接压力；通过调整碟簧的直径、叠放方式和个数来调节预期的焊接压力，并使达到焊接压力值时碟簧的压缩变形量较大，从而降低当工件表面高低不平时输出压力的波动幅度；同时利用碟簧组合等机械元件可实时随动、响应速度快的特点，实现轴肩与工件不平表面的紧密接触；搅拌头外部加工有花键，用于传递扭矩。
Description
技术领域
本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具及方法，更具体的说是一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法。
背景技术
目前搅拌摩擦焊设备的焊接控制模式主要分为位移控制和压力控制。采用位移控制时，搅拌头只能沿着预定路径行走，不能随着工件表面高低变化而上下协调运动。这导致的结果就是当焊缝较长且表面高度存在变化时，易出现轴肩压入不足导致缺陷的问题，或者出现压入过多导致飞边过大的现象。而目前所采用的压力控制是利用压力传感器，检测焊接过程中的压力变化，然后调整搅拌头的位置，来保证其下压力的稳定性。压力控制能够时刻根据表面高度调整搅拌头位置，保证轴肩压入量的一致性和焊缝表面的稳定性，但是也存在一定的问题。从压力的检测到反馈控制会有一定的延时，在高速焊接时，这种调节的滞后性对焊接的影响较大，容易导致缺陷的产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法，可以通过弹性元件的组合设计，实现在工件表面上下波动2mm范围内情况下，焊接压力基本维持在一个水平，保持焊接压力的稳定性，同时避免了传感器控制的滞后效应，提升压力反馈的实时性。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，包括刀柄、弹性元件和搅拌头，所述刀柄和搅拌头之间设置有多个弹性元件，多个弹性元件之间相互堆放组合。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，所述弹性元件为碟簧组合，多个碟簧组合之间相互堆放组合。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，所述机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具还包括搅拌头套和顶丝螺栓，搅拌头间隙配合在搅拌头套内，搅拌头套间隙配合在刀柄下端的内侧，刀柄上通过螺纹连接有顶丝螺栓，顶丝螺栓的内端顶在搅拌头套上。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，所述搅拌头还包括搅拌头主体、限位台阶、碟簧限位筒和花键，搅拌头主体的上端固定连接有限位台阶，限位台阶的上端固定连接有碟簧限位筒，搅拌头主体的外侧固定连接有花键，搅拌头主体间隙配合在搅拌头套内，花键间隙配合在搅拌头套内，多个碟簧组合均位于刀柄和碟簧限位筒之间。
一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具的方法包括以下步骤：
步骤一：刀柄旋转通过顶丝螺栓的定位带动搅拌头套高速转动，搅拌头套通过花键将扭矩传递给搅拌头，使搅拌头同步高速旋转；
步骤二：搅拌头旋转扎入表面不平的工件中，直至达到预定位置；此时，碟簧组合被压缩，并为搅拌头施加焊接压力，通过选择不同的碟簧组合直径、数量和叠放方式，保证输出足够的焊接压力，同时碟簧组合产生较大的压缩变形量ΔL；
步骤三：搅拌头向前进行焊接，焊接工件表面高低不平与起焊位置的高度差为±ΔH，碟簧组合的压缩变形量跟随运动变化量为±ΔH，其中通过碟簧组合的设计保证ΔH/ΔL的比值不超过10％，以基本保证焊接压力的稳定性。
本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法的有益效果为：
本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法，可以利用碟簧组合等负荷大的弹性元件保证足够的焊接压力；通过调整碟簧的直径、叠放方式和个数来调节预期的焊接压力，并使达到焊接压力值时碟簧的压缩变形量较大，从而降低当工件表面高低不平时输出压力的波动幅度；同时利用碟簧组合等机械元件可实时随动、响应速度快的特点，实现轴肩与工件不平表面的紧密接触；搅拌头外部加工有花键，用于传递扭矩。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具整体结构示意图；
图2是本发明的搅拌头结构示意图。
图中：刀柄1；搅拌头套2；搅拌头3；搅拌头主体3-1；限位台阶3-2；碟簧限位筒3-3；花键3-4；顶丝螺栓4；碟簧组合5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式一：
下面结合图1-2说明本实施方式，一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，包括刀柄1、弹性元件和搅拌头3，所述刀柄1和搅拌头3之间设置有多个弹性元件，多个弹性元件之间相互堆放组合；可以利用碟簧组合5等负荷大的弹性元件保证足够的焊接压力；通过调整碟簧组合5的直径、叠放方式和个数来调节预期的焊接压力，并使达到焊接压力值时碟簧组合5的压缩变形量较大，从而降低当工件表面高低不平时输出压力的波动幅度；同时利用碟簧组合5等机械元件可实时随动、响应速度快的特点，实现轴肩与工件不平表面的紧密接触；搅拌头3外部加工有花键3-3，用于传递扭矩。
具体实施方式二：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述弹性元件为碟簧组合5，多个碟簧组合5之间相互堆放组合。
具体实施方式三：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具还包括搅拌头套2和顶丝螺栓4，搅拌头3间隙配合在搅拌头套2内，搅拌头套2间隙配合在刀柄1下端的内侧，刀柄1上通过螺纹连接有顶丝螺栓4，顶丝螺栓4的内端顶在搅拌头套2上；搅拌头套2的位置可以在刀柄1内进行调整，从而调整搅拌头3和刀柄1之间的相对距离进一步调整多个碟簧组合5产生的压力，顶丝螺栓4用于固定搅拌头套2的位置。
具体实施方式四：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述搅拌头3还包括搅拌头主体3-1、限位台阶3-2、碟簧限位筒3-3和花键3-3，搅拌头主体3-1的上端固定连接有限位台阶3-2，限位台阶3-2的上端固定连接有碟簧限位筒3-3，搅拌头主体3-1的外侧固定连接有花键3-3，搅拌头主体3-1间隙配合在搅拌头套2内，花键3-3间隙配合在搅拌头套2内，多个碟簧组合5均位于刀柄1和碟簧限位筒3-3之间；限位台阶3-2用于对搅拌头主体3-1进行限位防止压力过大时将搅拌头主体3-1推出搅拌头套2，花键3-3用于传递扭矩，碟簧限位筒3-3为多个碟簧组合5提供安装平台。
一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具的方法包括以下步骤：
步骤一：刀柄1旋转通过顶丝螺栓4的定位带动搅拌头套2高速转动，搅拌头套2通过花键3-3将扭矩传递给搅拌头3，使搅拌头3同步高速旋转；
步骤二：搅拌头3旋转扎入表面不平的工件中，直至达到预定位置；此时，碟簧组合5被压缩，并为搅拌头3施加焊接压力，通过选择不同的碟簧组合5直径、数量和叠放方式，保证输出足够的焊接压力，同时碟簧组合5产生较大的压缩变形量ΔL；
步骤三：搅拌头3向前进行焊接，焊接工件表面高低不平与起焊位置的高度差为±ΔH，碟簧组合5的压缩变形量跟随运动变化量为±ΔH，其中通过碟簧组合5的设计保证ΔH/ΔL的比值不超过10％，以基本保证焊接压力的稳定性。
本发明的一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法，其工作原理为：
刀柄1旋转通过顶丝螺栓4的定位带动搅拌头套2高速转动，搅拌头套2通过花键3-3将扭矩传递给搅拌头3，使搅拌头3同步高速旋转；搅拌头3向前进行焊接，焊接工件表面高低不平与起焊位置的高度差为±ΔH，碟簧组合5的压缩变形量跟随运动变化量为±ΔH，其中通过碟簧组合的设计保证ΔH/ΔL的比值不超过10％，以基本保证焊接压力的稳定性。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，包括刀柄(1)、弹性元件和搅拌头(3)，其特征在于：所述刀柄(1)和搅拌头(3)之间设置有多个弹性元件，多个弹性元件之间相互堆放组合。
2.根据权利要求1所述的一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述弹性元件为碟簧组合(5)，多个碟簧组合(5)之间相互堆放组合。
3.根据权利要求1所述的一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具还包括搅拌头套(2)和顶丝螺栓(4)，搅拌头(3)间隙配合在搅拌头套(2)内，搅拌头套(2)间隙配合在刀柄(1)下端的内侧，刀柄(1)上通过螺纹连接有顶丝螺栓(4)，顶丝螺栓(4)的内端顶在搅拌头套(2)上。
4.根据权利要求3所述的一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述搅拌头(3)还包括搅拌头主体(3-1)、限位台阶(3-2)、碟簧限位筒(3-3)和花键(3-3)，搅拌头主体(3-1)的上端固定连接有限位台阶(3-2)，限位台阶(3-2)的上端固定连接有碟簧限位筒(3-3)，搅拌头主体(3-1)的外侧固定连接有花键(3-3)，搅拌头主体(3-1)间隙配合在搅拌头套(2)内，花键(3-3)间隙配合在搅拌头套(2)内，多个碟簧组合(5)均位于刀柄(1)和碟簧限位筒(3-3)之间。
5.使用权利要求4所述的一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具的方法，其特征在于：所述一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具的方法包括以下步骤：
步骤一：刀柄(1)旋转通过顶丝螺栓(4)的定位带动搅拌头套(2)高速转动，搅拌头套(2)通过花键(3-3)将扭矩传递给搅拌头(3)，使搅拌头(3)同步高速旋转；
步骤二：搅拌头(3)旋转扎入表面不平的工件中，直至达到预定位置；此时，碟簧组合(5)被压缩，并为搅拌头(3)施加焊接压力，通过选择不同的碟簧组合(5)直径、数量和叠放方式，保证输出足够的焊接压力，同时碟簧组合(5)产生较大的压缩变形量ΔL；
步骤三：搅拌头(3)向前进行焊接，焊接工件高低不平的表面与起焊位置的高度差为±ΔH，碟簧组合(5)的压缩变形量跟随运动变化量为±ΔH，其中通过碟簧组合(5)的设计保证ΔH/ΔL的比值不超过10％，以基本保证焊接压力的稳定性。
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