CN110102871A - 一种搅拌摩擦焊机的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种搅拌摩擦焊机的冷却装置，包括结构轴套、密封骨架、挡板、盖板和循环油路；结构轴套固定在搅拌摩擦焊机机头上，结构轴套内壁安装有环形密封骨架，机头上的搅拌轴从密封骨架中伸出，并由结构轴套、密封骨架以及搅拌轴构成油冷密封腔，结构轴套上设有连接循环油路的进油口和出油口；结构轴套的开口安装有挡板，并由紧固件将盖板固定在挡板上，挡板中心孔的孔径大于搅拌轴的直径，使挡板和搅拌轴之间形成容纳气体冷却介质的空腔，挡板上设有进气口，搅拌轴的轴头从盖板穿出，并且搅拌轴和盖板之间留有供气体冷却介质排出的缝隙。本发明可以解决搅拌摩擦焊接高熔点金属材质过程中搅拌产生摩擦过热从而导致主轴过热、搅拌工具寿命缩短的技术问题。

Description

一种搅拌摩擦焊机的冷却装置
技术领域
本发明属于搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种用于冷却搅拌摩擦焊机的装置。
背景技术
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)技术是1991年由英国焊接技术研究所（TWI)发明的一项新型固相连接技术。目前在铝、镁等轻金属材料的焊接领域取得了重要的进展。基于搅拌摩擦焊技术的简单、优质、高效、环保及自动化等方面的诸多优越性，经过世界范围内20多年的研究和开发，搅拌摩擦焊已经在轻金属材料领域得到非常瞩目的发展和很多成功的工业化应用。虽然钛合金总体上可焊性较好，但工件变形、焊接质量问题也经常发生，并且由于钛合金价格较高、加工成本高，工程上很难接受因焊接问题导致结构报废。另有一些材料传统焊接方法的焊接性较差，很难通过熔焊方法焊接。搅拌摩擦焊提供了一种新的高质量、低变形、高可靠焊接手段。
目前对搅拌摩擦焊头进行冷却的方式主要由两种，一种是在搅拌摩擦焊接过程中直接对搅拌头进行冷却液喷洒，另一种方式则是在搅拌头内部加工循环水冷却液通道，如申请号为201711307038.3的专利中，在搅拌头内加工多个冷却通道实现冷却液的循环冷却。但是上述两种方式都存在明显的缺点。采用冷却液直接喷洒的方式，会将冷却液喷洒到焊接工件上，影响焊接过程，难以保证焊缝质量。采用带内循环水冷通道的自冷却式搅拌头虽然可以很好的克服上述问题，但搅拌头内部接头复杂，加工难度大。尤其对于钢、钛等高熔点材料的焊接，通常采用硬度极高的钨合金搅拌头，采用内部加工通道的方式不仅加工难度极大，搅拌头的强度也会受损，对搅拌头的使用寿命有明显的影响，同时难以保证焊接质量。
发明内容
本发明的目的是提供一整套冷却装置，以解决搅拌摩擦焊接高熔点金属材质过程中搅拌产生摩擦过热从而导致主轴过热、搅拌工具寿命缩短的技术问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种搅拌摩擦焊机的冷却装置，包括结构轴套、密封骨架、挡板、盖板和循环油路；所述结构轴套固定在搅拌摩擦焊机机头上，结构轴套内壁安装有环形的密封骨架，所述机头上的搅拌轴从密封骨架中伸出，并由结构轴套、密封骨架以及搅拌轴构成油冷密封腔，所述结构轴套上设有连接所述循环油路的进油口和出油口，为所述油冷密封腔提供冷却油；所述结构轴套的开口位置安装有挡板，并由紧固件将盖板固定在挡板上，所述挡板中心孔的孔径大于所述搅拌轴的直径，以使挡板和搅拌轴之间形成容纳气体冷却介质的空腔，所述挡板上设有向所述空腔引入气体冷却介质的进气口，所述搅拌轴的轴头从盖板穿出，并且所述搅拌轴和盖板之间留有供气体冷却介质排出的缝隙。
所述结构轴套的内壁上加工有固定台阶，所述的密封骨架安装在固定台阶上。
所述密封骨架内环采用双唇式密封结构。
所述密封骨架下方设有安装在搅拌轴上的第一轴承，并由所述挡板对第一轴承进行轴向定位。
所述盖板上开设有安装槽，和搅拌轴配合的第二轴承安装在所述的安装槽内。
所述进气口设置在挡板的一侧。
所述进气口通过进气管与空气泵连接。
所述循环油路包括进油管、出油管和油冷箱，所述出油口通过出油管连接油冷箱，所述油冷箱通过进油管和所述进油口连接。
所述出油口位置高于所述进油口的位置。
所述结构轴套呈锥台形，其大头端与搅拌摩擦焊机机头固定连接，小头端安装所述的挡板和盖板。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用油冷和空冷两种方式对搅拌工具和摩擦焊机机头进行冷却，冷却效果明显，对搅拌工具及摩擦焊机机头起到良好的降温作用，避免搅拌工具的磨损，提高搅拌工具的使用寿命，同时也提高了焊接效率和焊接质量；
（2）油冷部分采用了密封骨架进行密封，密封骨架采用唇式密封，与搅拌轴直接接触，该密封结构简单可靠，更换容易，安全满足密封要求；
（3）该冷却装置采用双轴承结构设计，第一轴承主要起定位作用，实现结构轴套、密封骨架和搅拌轴轴心同线，提升油冷密封效果；第二轴承用于固定搅拌头，防止搅拌头在焊接过程中产生晃动；
（4）该冷却装置可直接固定在现有搅拌摩擦焊接设备上，拆装方便，冷却装置的零部件加工难度低，部分密封件和轴承可按照标准件直接采购获得，可实现快速换装。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中标记：1、结构轴套，2、密封骨架，3、第一轴承，4、挡板，5、第二轴承，6、盖板，7、油冷箱，8、进油管，9、出油管，10、空气泵，11、进气管，12、搅拌轴，13、机头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
参照附图1所示，一种搅拌摩擦焊机的冷却装置，安装在搅拌摩擦焊机上，包括结构轴套1、密封骨架2、挡板4、盖板6和循环油路。
其中结构轴套1呈中空的锥台形，其大头端朝上并通过周向均布的螺栓固定在现有搅拌摩擦焊机的机头13上，其小头端具有延伸的圆柱壁，结构轴套1的主体为圆锥壁，在圆锥壁和圆柱壁相接处加工台阶结构，所述的密封骨架2安装在该台阶结构上，密封骨架2内环直接与搅拌轴12接触，密封骨架2外环和结构轴套1内壁贴合形成密封，密封骨架2内环采用双唇式密封设计，且由于搅拌轴12线速度远远小于12m/s，因此密封骨架2可以与转动的搅拌轴12形成良好密封。
在密封骨架2的下方安装第一轴承3，第一轴承3的内圈和所述搅拌轴12连接，第一轴承3主要起到结构轴套1和密封骨架2的安装定位作用，确保结构轴套1、密封骨架2和搅拌轴12三者装配轴心在一条线上，进一步提高密封骨架2的密封效果。
所述的结构轴套1、搅拌轴12和密封骨架2共同形成一个油冷密封腔，该油冷密封腔通过设置在结构轴套1上的进油口和出油口和外部的循环油路相连，实现冷却油得油冷密封腔内的循环流动，从而实现对搅拌摩擦焊机的机头13以及搅拌轴12轴体的冷却。
为了进一步提高油冷效果，所述的出油口设置位置高于进油口的设置位置。所述的循环油路包括出油管9、进油管8和油冷箱7。所述油冷箱7内的冷却油通过进油管8、进油口进入所述的油冷密封腔内，对搅拌摩擦焊机的机头13以及搅拌轴12轴体进行冷却，热油通过所述出油口和出油管9注入油冷箱7内，油冷箱7将进入的热油进行冷却后重新注入油冷密封腔，从而形成循环冷却。
除了利用冷却油对搅拌轴12轴体和搅拌摩擦焊机机头13的冷却，本发明还可以利用空气对搅拌轴12的轴头进行冷却。
所述的挡板4安装在所述第一轴承3的下方，对第一轴承3支撑并限位，在所述挡板4的下方安装所述的盖板6，盖板6内侧面设置安装槽，在安装槽内安装第二轴承5，第二轴承5的内圈和所述搅拌轴12连接，第二轴承5用于固定搅拌轴12，防止搅拌轴12在焊接过程中产生晃动，与盖板6发生磕碰。由螺栓实现盖板6、挡板4以及结构轴套1小头端的固定。所述挡板4中心孔内径大于搅拌轴12的直径，这样挡板4和搅拌轴12之间形成可容纳冷却空气的空腔，并且该空腔为围绕搅拌轴12的腔体。在所述挡板4上设有向所述空腔引入冷却空气的进气口，所述搅拌轴12的轴头从盖板6穿出，并且所述搅拌轴12和盖板6之间留有供冷却空气排出的缝隙。所述的进气口通过进气管11和外部的空气泵10连接。使用时，空气泵10将冷却空气送入所述的空腔，利用搅拌轴12的高速旋转，将空气从盖板6与搅拌轴12的缝隙处排出，实现对搅拌轴12轴头的空冷。
焊接时，搅拌轴12旋转运动，结构轴套1由于安装在设备上并不转动。进油管8将冷油注入结构轴套1、搅拌轴12与密封骨架2形成的油冷密封腔内，冷油带走搅拌轴12和摩擦焊机机头13的热量，通过出油管9进入油冷箱7。油冷箱7将热油进行冷却后重新注入油冷密封腔内形成循环。与此同时，空气泵10将周围的冷空气抽入进气管11，通过挡板4上的进气口，使冷空气围绕在搅拌轴12周围。通过搅拌轴12的高速旋转将热量从盖板6与搅拌轴12的之间的缝隙排出，再次降低搅拌轴12的温度，延长使用寿命。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊机的冷却装置，其特征在于：包括结构轴套（1）、密封骨架（2）、挡板（4）、盖板（6）和循环油路；所述结构轴套（1）固定在搅拌摩擦焊机的机头（13）上，结构轴套（1）内壁安装有环形的密封骨架（2），所述机头（13）上的搅拌轴（12）从密封骨架（12）中伸出，并由结构轴套（1）、密封骨架（2）以及搅拌轴（12）构成油冷密封腔，所述结构轴套（1）上设有连接所述循环油路的进油口和出油口，为所述油冷密封腔提供冷却油；所述结构轴套（1）的开口位置安装有挡板（4），并由紧固件将盖板（6）固定在挡板（4）上，所述挡板（4）中心孔的孔径大于所述搅拌轴（12）的直径，以使挡板（4）和搅拌轴（12）之间形成容纳气体冷却介质的空腔，所述挡板（4）上设有向所述空腔引入气体冷却介质的进气口，所述搅拌轴（12）的轴头从盖板（6）穿出，并且所述搅拌轴（12）和盖板（6）之间留有供气体冷却介质排出的缝隙。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述结构轴套（1）的内壁上加工有固定台阶，所述的密封骨架（2）安装在固定台阶上。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述密封骨架（2）内环采用双唇式密封结构。
4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述密封骨架（2）下方设有安装在搅拌轴（12）上的第一轴承（3），并由所述挡板（4）对第一轴承（3）进行轴向定位。
5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述盖板（6）上开设有安装槽，和搅拌轴（12）配合的第二轴承（5）安装在所述的安装槽内。
6.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述进气口设置在挡板（4）的一侧。
7.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述进气口通过进气管（11）与空气泵（10）连接。
8.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述循环油路包括进油管（8）、出油管（9）和油冷箱（7），所述出油口通过出油管（9）连接油冷箱（7），所述油冷箱（7）通过进油管（8）和所述进油口连接。
9.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述出油口位置高于所述进油口的位置。
10.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊的冷却装置，其特征在于：所述结构轴套（1）呈中空的锥台形，其大头端与搅拌摩擦焊机的机头（13）固定连接，小头端安装所述的挡板（4）和盖板（6）。
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