CN110666339A - 一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头 - Google Patents

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罗键
王以奇
高建军
耿海滨
王家发
李高松
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Abstract

本发明涉及一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，包括主轴连接体和螺接于主轴连接体下端的轴肩连接体，所述轴肩连接体的中部设有轴向贯穿的通孔，所述通孔内设有下端伸出通孔的搅拌针，所述搅拌针的上端经由紧固件与轴肩连接体相固联，由于采用紧固件进行连接，即可方便对搅拌针伸出通孔的长度进行调整；所述主轴连接体的下端中部螺接有轴向限位杆，所述轴向限位杆的下端伸入通孔内并与搅拌针的顶面相抵紧，轴向限位杆对搅拌针进行轴向定位，确保搅拌针装配牢固。本发明结构简单、合理，不仅易于操作人员进行搅拌针长度的调整，而且方便更换搅拌头，使用方便，可明显提升焊接效率。

Description

一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头
技术领域：
本发明涉及一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头。
背景技术：
在焊接低熔点合金如铝及镁合金等时，由于利用传统的熔焊工艺在焊接时会出现诸多问题，如焊接气孔及热裂纹等缺陷，且会造成晶粒粗化严重，残余应力高等现象，严重影响焊接接头的力学性能，使接头的强度远低于母材。搅拌摩擦焊是一项由英国焊接研究所于1991年发明的固相焊接技术，其工作原理为：将一个搅拌工具（搅拌头）连接在焊接机床上压入板材后高速旋转并同时前进，通过搅拌头上的轴肩和搅拌针与板材的摩擦从而产生摩擦热，使搅拌头周围金属塑化并发生粘塑性流动，从而达到固相连接的目的。
现阶段在实际搅拌摩擦焊作业中，通常使用的是一体式尺寸固定搅拌头。但搅拌摩擦焊工艺的特殊性，在进行平板对接焊时应对不同板厚情况需要严格控制搅拌针的长度。同时，搅拌头造价昂贵，若需要同时焊接不同厚度的板材则需要准备不同针长的搅拌头，这势必会带来高昂的焊接成本。此外，更换搅拌头也需要一定的时间，这也影响了焊接效率。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，结构简单、操作便捷，且可提升焊接效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，包括主轴连接体和螺接于主轴连接体下端的轴肩连接体，所述轴肩连接体的中部设有轴向贯穿的通孔，所述通孔内设有下端伸出通孔的搅拌针，所述搅拌针的上端经由紧固件与轴肩连接体相固联；所述主轴连接体的下端中部螺接有轴向限位杆，所述轴向限位杆的下端伸入通孔内并与搅拌针的顶面相抵紧。
进一步的，所述主轴连接体包括用于与搅拌摩擦焊机床主轴连接的圆柱体状第一连接部，所述第一连接部的下端连接有圆柱体状的第二连接部，第二连接部的直径大于第一连接部的直径；所述轴肩连接体包括从上往下依次设置的第一圆柱体段、第二圆柱体段、圆台段以及第三圆柱体段，所述第一圆柱体段的直径小于第二圆柱体段的直径，所述第二圆柱体段的直径与圆台段的上底面直径相同，所述圆台段的下底面直径与第三圆柱体段的直径相同。
进一步的，所述第一圆柱体段的外表面设有外螺纹；所述第二连接部的底面中部设有用以容置第一圆柱体段的圆形凹部，所述圆形凹部的侧壁设有用以与外螺纹相螺接的内螺纹。
进一步的，所述圆形凹部的底面中部设有用以与轴向限位杆相螺接的连接螺孔。
进一步的，所述第一连接部的外表面设有以利于与搅拌摩擦焊机床主轴上的紧固螺钉相抵紧的抵接平面。
进一步的，所述搅拌针包括圆柱体状的搅拌针本体，所述搅拌针本体的上端设有圆柱体状的锁紧部，所述锁紧部的直径大于搅拌针本体的直径，锁紧部的外表面沿轴向并排设有若干个锁紧螺孔；所述第二圆柱体段的外表面设有锁紧平面，所述锁紧平面的中部设有沿轴向延伸的且与通孔相连通的长条状槽孔，所述紧固件为径向固定螺钉，所述径向固定螺钉穿过槽孔后其中一个锁紧螺孔相螺接。
进一步的，所述通孔包括直径从上往下依次减小的第一孔部、第二孔部以及第三孔部，所述第二孔部与锁紧部滑动配合，所述第三孔部与搅拌针本体滑动配合。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构简单、合理，不仅易于操作人员进行搅拌针长度的调整，而且方便更换搅拌头，使用方便，可明显提升焊接效率。
附图说明：
图1是本发明实施例的立体构造示意图；
图2是本发明实施例的主视构造示意图；
图3是本发明实施例的主视剖面示意图；
图4是本发明实施例的侧视剖面示意图；
图5是主轴连接体的立体构造示意图；
图6是轴肩连接体的立体构造示意图一；
图7是轴肩连接体的立体构造示意图二；
图8是搅拌针的构造示意图。
图中：
1-主轴连接体；2-轴肩连接体；3-通孔；4-搅拌针；5-轴向限位杆；6-第一连接部；7-第二连接部；8-第一圆柱体段；9-第二圆柱体段；10-圆台段；11-第三圆柱体段；12-圆形凹部；13-连接螺孔；14-抵接平面；15-搅拌针本体；16-锁紧部；17-径向固定螺钉；18-锁紧平面；19-槽孔；20-锁紧螺孔。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～8所示，本发明一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，包括主轴连接体1和螺接于主轴连接体1下端的轴肩连接体2，所述轴肩连接体2的中部设有轴向贯穿的通孔3，所述通孔3内设有下端伸出通孔的搅拌针4，所述搅拌针4的上端经由紧固件与轴肩连接体2相固联，由于采用紧固件进行连接，即可方便对搅拌针4伸出通孔的长度进行调整；所述主轴连接体1的下端中部螺接有轴向限位杆5，所述轴向限位杆5的下端伸入通孔内并与搅拌针4的顶面相抵紧，轴向限位杆5对搅拌针4进行轴向定位，确保搅拌针装配牢固。
本实施例中，所述主轴连接体1包括用于与搅拌摩擦焊机床主轴连接的圆柱体状第一连接部6，所述第一连接部6的下端连接有圆柱体状的第二连接部7，第二连接部7的直径大于第一连接部6的直径。
本实施例中，所述轴肩连接体2包括从上往下依次设置的第一圆柱体段8、第二圆柱体段9、圆台段10以及第三圆柱体段11，所述第一圆柱体段8的直径小于第二圆柱体段9的直径，所述第二圆柱体段9的直径与圆台段10的上底面直径相同，所述圆台段10的下底面直径与第三圆柱体段11的直径相同。
本实施例中，所述第一圆柱体段8的外表面设有外螺纹；所述第二连接部7的底面中部设有用以容置第一圆柱体段8的圆形凹部12，圆形凹部12的深度与第一圆柱体段8的长度相同，所述圆形凹部12的侧壁设有用以与外螺纹相螺接的内螺纹。装配时，将轴肩连接体的第一圆柱体段旋入到圆形凹部内，实现轴肩连接体与主轴连接体的牢固连接。
本实施例中，所述圆形凹部12的底面中部设有用以与轴向限位杆5相螺接的连接螺孔13。使用时，计算螺纹配合的旋入深度并通过游标卡尺等测量工具进行精准测定，以保证在进行搅拌头装配时轴向限位杆能够有效对搅拌针的轴向自由度进行限制且使主轴连接体及轴肩连接体能进行组装无间隙。优选的，所述轴向限位杆采用螺柱。
本实施例中，所述第一连接部6的外表面设有以利于与搅拌摩擦焊机床主轴上的紧固螺钉相抵紧的抵接平面14。具体安装为：通过紧固螺钉，将螺钉下部与主轴连接体上端所楔出的抵接平面相接触并拧紧螺钉，完成对组合式搅拌头与机床主轴的连接工作。
本实施例中，所述搅拌针4包括圆柱体状的搅拌针本体15，所述搅拌针本体15的上端设有圆柱体状的锁紧部16，所述锁紧部16的直径大于搅拌针本体15的直径，锁紧部16的外表面沿轴向并排设有三个锁紧螺孔16，三个锁紧螺孔16对应搅拌针4的不同长度，即为三个工位；所述第二圆柱体段9的外表面设有锁紧平面18，所述锁紧平面18的中部设有沿轴向延伸的且与通孔相连通的长条状槽孔19，所述紧固件为径向固定螺钉17，所述径向固定螺钉17穿过槽孔19后其中一个锁紧螺孔20相螺接，以实现搅拌针与轴肩连接体的牢固连接。
本实施例中，在开始焊接及调试机床前，精确测量待焊板材接合处的厚度以确定该工况下搅拌针所需长度，搅拌针长度应小于待焊板材厚度0.2mm。
本实施例中，所述通孔3包括直径从上往下依次减小的第一孔部、第二孔部以及第三孔部，所述第二孔部与锁紧部滑动配合，所述第三孔部与搅拌针本体15滑动配合。
本发明解决了搅拌摩擦焊技术在焊接不同厚度的低熔点合金需要更换搅拌头的问题，其优势在于：（1）可使搅拌针长度在0-6mm的范围内任意变化，可根据实际工况确定所需要的搅拌针长度；（2）结构简单，由主轴连接体、轴肩连接体、搅拌针以及轴向限位杆四个部分组成，制造成本低廉；（3）操作及装配简单，易于操作人员进行搅拌针长度的调整；（4）可明显提升焊接效率。
具体实施过程：以待焊平板的板厚为5mm，搅拌针长度为4.8mm为例：从轴肩连接体2的上端将搅拌针4从上往下插入，调整针长，利用游标卡尺等测量工具，使搅拌针4端部露出轴肩端面的距离为4.8mm，即为搅拌针长度。确定合适的搅拌针4上的锁紧螺孔20与径向固定螺钉17进行配合的螺纹工位，为最上端螺纹孔。利用径向固定螺钉对搅拌针的径向固定，确定搅拌针长度；此时需要保证径向固定螺钉上端头的下端面与第二圆柱体段9上的锁紧平面相接触，同时保证搅拌针侧面与轴肩连接体紧密贴合以保证焊接过程中搅拌针不发生径向窜动。此外，为保证搅拌针的轴向定位，计算轴向限位螺柱与主轴连接体螺纹连接的深度并利用游标卡尺等测量工具进行精确测量，以保证轴向限位螺柱的下端面与搅拌针的上端面相接触实现接触限位功能，而后将轴肩连接体通过螺纹连接与主轴连接体进行装配进而结合成搅拌头整体。最后将搅拌头整体通过紧固螺钉连接在搅拌摩擦焊主轴上，紧固螺钉的下端面与主轴连接体上部所楔出的抵接平面相接触，利用数控机床使搅拌头的搅拌针与焊缝中心对齐。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：包括主轴连接体和螺接于主轴连接体下端的轴肩连接体，所述轴肩连接体的中部设有轴向贯穿的通孔，所述通孔内设有下端伸出通孔的搅拌针，所述搅拌针的上端经由紧固件与轴肩连接体相固联；所述主轴连接体的下端中部螺接有轴向限位杆，所述轴向限位杆的下端伸入通孔内并与搅拌针的顶面相抵紧。
2.根据权利要求1所述的一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：所述主轴连接体包括用于与搅拌摩擦焊机床主轴连接的圆柱体状第一连接部，所述第一连接部的下端连接有圆柱体状的第二连接部，第二连接部的直径大于第一连接部的直径；所述轴肩连接体包括从上往下依次设置的第一圆柱体段、第二圆柱体段、圆台段以及第三圆柱体段，所述第一圆柱体段的直径小于第二圆柱体段的直径，所述第二圆柱体段的直径与圆台段的上底面直径相同，所述圆台段的下底面直径与第三圆柱体段的直径相同。
3.根据权利要求2所述的一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：所述第一圆柱体段的外表面设有外螺纹；所述第二连接部的底面中部设有用以容置第一圆柱体段的圆形凹部，所述圆形凹部的侧壁设有用以与外螺纹相螺接的内螺纹。
4.根据权利要求3所述的一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：所述圆形凹部的底面中部设有用以与轴向限位杆相螺接的连接螺孔。
5.根据权利要求2所述的一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：所述第一连接部的外表面设有以利于与搅拌摩擦焊机床主轴上的紧固螺钉相抵紧的抵接平面。
6.根据权利要求2所述的一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：所述搅拌针包括圆柱体状的搅拌针本体，所述搅拌针本体的上端设有圆柱体状的锁紧部，所述锁紧部的直径大于搅拌针本体的直径，锁紧部的外表面沿轴向并排设有若干个锁紧螺孔；所述第二圆柱体段的外表面设有锁紧平面，所述锁紧平面的中部设有沿轴向延伸的且与通孔相连通的长条状槽孔，所述紧固件为径向固定螺钉，所述径向固定螺钉穿过槽孔后其中一个锁紧螺孔相螺接。
7.根据权利要求6所述的一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于：所述通孔包括直径从上往下依次减小的第一孔部、第二孔部以及第三孔部，所述第二孔部与锁紧部滑动配合，所述第三孔部与搅拌针本体滑动配合。
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