CN110695512A - 一种搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，搅拌针的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部。该搅拌头具有结构简单可靠、可提高强度并增加摩擦面积、能提高焊接速度的优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及搅拌摩擦焊技术，尤其涉及一种搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头。
背景技术
在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头与工件材料间相互作用产热，把搅拌头周边的工件材料加热到塑化状态而形成焊缝，该热量主要包括轴肩和搅拌针与母材间的摩擦产热及工件材料被搅拌、挤压而产生的塑性变形热。在搅拌摩擦焊接过程中，工件温度场的分布不均匀，呈现搅拌头轴肩处温度最高并向搅拌针端面依次递减的规律。
搅拌头是搅拌摩擦焊接技术的核心。它与被焊接工件相互作用，实现被焊材料连接。
搅拌头尺寸设计尚无一套成熟理论，大多根据经验设计，搅拌头主要由搅拌针、轴肩和夹持区等部分组成，搅拌针位于搅拌头的顶部，形状各异。搅拌针通过旋转摩擦产生部分热能，搅拌针的主要作用类似于泵的作用，它能使处于高塑化状态的金属在保持上下运动的同时，沿着搅拌针从前向后流动，通过搅拌头轴肩锻压、冷却形成接头。搅拌针的大小决定了焊缝焊核区组织的尺寸和焊接速度；搅拌针的形状一方面决定了焊接过程中的加热方式和塑性材料被顶锻的模式，另一方面直接影响着焊缝区软化材料的流动形式，对接头成型产生重要作用。搅拌针形状和尺寸及相关焊接工艺参数共同决定了焊接过程中的产热和材料流动，最终决定了搅拌摩擦焊接接头的质量。
普通搅拌头在焊接过程中，因为搅拌针表面积较小，摩擦产热较小，造成材料的流动偏小，焊接速度会偏小，不利于生产效益的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠、可提高强度并增加摩擦面积、能提高焊接速度的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，所述搅拌针的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部。
作为上述技术方案的进一步改进：
定义搅拌针的轴线为旋转中心线，定义凸部的周侧外廓线为旋转母线，所述凸部由旋转母线绕旋转中心线旋转一周形成。
定义搅拌针的针尖部的直径为L1，定义搅拌针的针根部的直径为L2，凸部的周侧外廓线直径大于L1和L2。
所述针尖部的直径L1小于针根部的直径L2。
所述凸部的周侧外廓线为一段光滑过渡的外凸圆弧线。
所述凸部的周侧外廓线由多段外凸的圆弧线连接构成。
所述凸部的周侧外廓线由外凸的圆弧线和斜线连接构成。
所述圆弧线靠近针根部，所述斜线靠近针尖部。
所述圆弧线靠近针尖部，所述斜线靠近针根部。
所述凸部的周侧外廓线由多段外凸的圆弧线和多段直线交替连接构成，相邻的圆弧线和直线连接构成外凸台。
所述凸部的周侧外廓线由多段直线交替连接构成，相邻直线段连接构成外凸台。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，搅拌针的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部。焊接时，利用夹持部进行装夹，搅拌针通过旋转摩擦产生热能，利用轴肩部形成锻压。较传统结构而言，该搅拌头在搅拌针的周侧设置有凸部，即搅拌针的周侧外廓线外凸，相应搅拌针强度有所提高，有利于提高焊接速度；同时，凸部使搅拌针增加了表面积，因而增加了与焊件摩擦的摩擦面积，有利于材料的流动，也有利于提高焊接速度，提高生产效益；其结构简单可靠。
附图说明
图1是本发明实施例1的立体结构示意图。
图2是本发明实施例1的主视结构示意图。
图3是本发明实施例1的局部放大结构示意图。
图4是本发明实施例1中搅拌针的结构示意图。
图5是本发明实施例2中搅拌针的结构示意图。
图6是本发明实施例3中搅拌针的结构示意图。
图7是本发明实施例4中搅拌针的结构示意图。
图8是本发明实施例5中搅拌针的结构示意图。
图9是本发明实施例6中搅拌针的结构示意图。
图中各标号表示：
1、夹持部；2、轴肩部；3、搅拌针；31、凸部；311、旋转母线；32、旋转中心线；33、针尖部；34、针根部；35、外凸台。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
图1至图4示出了本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头的第一种实施例，包括依次连接的夹持部1、轴肩部2和搅拌针3，搅拌针3的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部31。焊接时，利用夹持部1进行装夹，搅拌针3通过旋转摩擦产生热能，利用轴肩部2形成锻压。较传统结构而言，该搅拌头在搅拌针3的周侧设置有凸部31，即搅拌针3的周侧外廓线外凸，相应搅拌针3强度有所提高，有利于提高焊接速度；同时，凸部31使搅拌针3增加了表面积，因而增加了与焊件摩擦的摩擦面积，有利于材料的流动，也有利于提高焊接速度，提高生产效益；其结构简单可靠，适用于钛、铜、钢等高熔点的金属、厚板、材料硬塑化性能差、要求产热量高的结构产品。
本实施例中，定义搅拌针3的轴线为旋转中心线32，定义凸部31的周侧外廓线为旋转母线311，凸部31由旋转母线311绕旋转中心线32旋转一周形成。凸部31由旋转母线311绕旋转中心线32旋转一周形成一体式结构，提高了整体强度。
本实施例中，定义搅拌针3的针尖部33的直径为L1，定义搅拌针3的针根部34的直径为L2，凸部31的周侧外廓线直径大于L1和L2。即凸部31的周侧外廓线始终位于针尖部33外轮廓与针根部34外轮廓的连线之外，从而提高了搅拌针3强度。
本实施例中，针尖部33的直径L1小于针根部34的直径L2。这样设置使得搅拌针3整体呈锥状结构，提高了锻压力。
本实施例中，凸部31的周侧外廓线为一段光滑过渡的外凸圆弧线。该结构中，凸部31的周侧外廓线由单曲线构成，其结构简单、易于成型。
实施例2：
如图5所示，本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头的第二种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31的周侧外廓线由多段外凸的圆弧线连接构成。该结构中，凸部31的周侧外廓线由多曲线构成，其结构简单可靠。
实施例3：
如图6所示，本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头的第三种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31的周侧外廓线由外凸的圆弧线和斜线连接构成。该结构中，凸部31的周侧外廓线由曲线斜线组合构成，其结构简单可靠。
本实施例中，圆弧线靠近针根部34，斜线靠近针尖部33。其结构简单易行。
实施例4：
如图7所示，本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头的第四种实施例，该搅拌头与实施例3基本相同，区别仅在于：本实施例中，圆弧线靠近针尖部33，斜线靠近针根部34。其结构简单易行。
实施例5：
如图8所示，本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头的第五种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31的周侧外廓线由多段外凸的圆弧线和多段直线交替连接构成，相邻的圆弧线和直线连接构成外凸台35。该结构中，凸部31的周侧外廓线通过多段外凸的圆弧线和多段直线交替连接形成带有外凸台35的阶梯结构，在提高强度的同时，也进一步提高了锻压力。
实施例6：
如图9所示，本发明搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头的第六种实施例，该搅拌头与实施例5基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31的周侧外廓线由多段直线交替连接构成，相邻直线段连接构成外凸台35。该结构中，凸部31的周侧外廓线通过多段直线交替连接构成形成带有外凸台35的阶梯结构，在提高强度的同时，也进一步提高了锻压力。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (11)
1.一种搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，包括依次连接的夹持部(1)、轴肩部(2)和搅拌针(3)，其特征在于：所述搅拌针(3)的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部(31)。
2.根据权利要求1所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：定义搅拌针(3)的轴线为旋转中心线(32)，定义凸部(31)的周侧外廓线为旋转母线(311)，所述凸部(31)由旋转母线(311)绕旋转中心线(32)旋转一周形成。
3.根据权利要求2所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：定义搅拌针(3)的针尖部(33)的直径为L1，定义搅拌针(3)的针根部(34)的直径为L2，凸部(31)的周侧外廓线直径大于L1和L2。
4.根据权利要求3所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述针尖部(33)的直径L1小于针根部(34)的直径L2。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述凸部(31)的周侧外廓线为一段光滑过渡的外凸圆弧线。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述凸部(31)的周侧外廓线由多段外凸的圆弧线连接构成。
7.根据权利要求3或4所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述凸部(31)的周侧外廓线由外凸的圆弧线和斜线连接构成。
8.根据权利要求7所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述圆弧线靠近针根部(34)，所述斜线靠近针尖部(33)。
9.根据权利要求7所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述圆弧线靠近针尖部(33)，所述斜线靠近针根部(34)。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述凸部(31)的周侧外廓线由多段外凸的圆弧线和多段直线交替连接构成，相邻的圆弧线和直线连接构成外凸台(35)。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的搅拌针旋转轮廓外凸型搅拌头，其特征在于：所述凸部(31)的周侧外廓线由多段直线交替连接构成，相邻直线段连接构成外凸台(35)。
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