CN112207422A - 一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摩擦焊技术领域，具体地说，涉及一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置。包括主体驱动电机与锂电池壳体，所述驱动电机的外壁安装有安装架，所述安装架的输出端连接有轴肩，且安装架的内壁安装有电动推杆，所述轴肩的内壁连接有搅拌针，且轴肩的外壁设置有贯穿至轴肩内部的转动机构。本发明中通过设置转动机构、升降机构以及夹紧机构，在焊接结束前，电动推杆对受力板进行挤压，受力板带动一号压板以转动轴为圆心进行转动，直至受力板抵住内齿轮的顶端、底端，内齿轮静止，一号齿轮在轴肩的带动下转动，与内齿轮产生转速差，一号齿轮在内齿轮的作用下自转，一号齿轮自转带动升降机构运行。

Description

一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置

技术领域

本发明涉及摩擦焊技术领域，具体地说，涉及一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置。

背景技术

摩擦焊，是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法，在压力作用下，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法，叠片式锂电池相对于卷绕电池而言，其各方面更具有质量优势，因此，近年来受到人们的青睐，但是，叠片式锂电池在使用前需要对其上的铝壳体与壳盖进行封装。

而搅拌摩擦焊用于锂电池壳体封装时，在焊接完成收尾位置，会在壳体上留下匙孔，不便于后续操作；同时焊接过程中，焊接位置局部温度较高，会对壳体内的蓄电池元件造成过热损害，导致产品不良率较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，包括主体驱动电机与锂电池壳体，所述驱动电机的外壁安装有安装架，所述安装架的输出端连接有轴肩，且安装架的内壁安装有电动推杆，所述轴肩的内壁连接有搅拌针，且轴肩的外壁设置有贯穿至轴肩内部的转动机构，所述转动机构的外壁连接有挤压机构，所述轴肩的内部设置有容纳槽，所述驱动电机的内部位于转动机构的一侧设置有升降机构，所述锂电池壳体的内壁连接有隔热机构，所述轴肩与搅拌针的内部设置有多个相互对齐的导热柱；

其中，所述转动机构包括有位于轴肩外壁的内齿轮，所述内齿轮内壁的上下两端均设置有贯穿至轴肩内部的连接块，且内齿轮的内壁位于两个连接块之间啮合贯穿至轴肩内部的一号齿轮，所述一号齿轮与轴肩通过旋转轴、轴承转动连接；

其中，所述挤压机构包括有位于内齿轮顶端与底端的连接箱，所述连接箱的内壁连接有一号压板，所述一号压板与连接箱之间连接有弹簧，所述一号压板的一端连接有连接板，所述连接板的一端连接有贯穿至连接箱外部的受力板，所述受力板的内部设置有贯穿至连接箱内部的转动轴，两个所述受力板相互靠近的一端连接有二号压板。

.根据权利要求所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述升降机构包括有位于轴肩内部且与一号齿轮相啮合的二号齿轮，且升降机构还包括有位于搅拌针外壁的移动板，所述二号齿轮的上方设置有贯穿二号齿轮并延伸至容纳槽内部与搅拌针相连的螺柱，所述螺柱的外壁位于轴肩的内部设置有连接孔，所述移动板的外壁设置有限位板，所述限位板的底端连接有挡板，所述限位板的内壁位于移动板的外壁设置有凹槽，所述移动板与凹槽相接触的位置处设置有凸块。

作为本技术方案的进一步改进，所述隔热机构包括有两个铬锰合金层，所述铬锰合金层的内壁连接有隔热层，所述隔热层的内壁连接有陶瓷层，一个所述隔热层的一端设置有连接槽。

作为本技术方案的进一步改进，所述轴肩与连接块相接触的位置处设置有与连接块相匹配的凹槽，且连接块与凹槽通过轴承转动连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述螺柱与二号齿轮相接触的位置处设置有与螺柱相匹配的内螺纹，所述连接孔的内壁与二号齿轮的外壁相契合。

作为本技术方案的进一步改进，所述挡板焊接在限位板的底端，且挡板与移动板接触但不相连，所述移动板与限位板通过凸块与凹槽滑动连接，且凹槽的竖截面呈三角形。

作为本技术方案的进一步改进，所述转动轴与连接箱通过轴承转动连接，所述连接箱与受力板相接触的位置处设置有开槽，所述开槽的高度大于受力板的高度。

作为本技术方案的进一步改进，一个所述隔热层的外壁与连接槽的内壁相契合，一个所述陶瓷层与另一个陶瓷层相接触的位置处设置有陶瓷密封圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置中，通过设置转动机构、升降机构以及夹紧机构，在焊接结束前，电动推杆对受力板进行挤压，受力板带动一号压板以转动轴为圆心进行转动，直至受力板抵住内齿轮的顶端、底端，内齿轮静止，一号齿轮在轴肩的带动下转动，与内齿轮产生转速差，一号齿轮在内齿轮的作用下自转，一号齿轮自转带动升降机构运行。

2、该一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置中，通过设置隔热机构与导热柱，隔热机构在焊接过程中，可有效防止搅拌摩擦产生的热量直接进入锂电池壳体内部，避免对锂电池内的元件在成过热损坏，同时导热柱在装置运行过程中，可使得搅拌针与轴肩的热胀冷缩程度大致相同，避免热障冷缩而导致的升降机构运行受阻的问题。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1的轴肩内部结构示意图；

图3为实施例1的A处局部放大图；

图4为实施例1的B处局部放大图；

图5为实施例1的挤压机构结构示意图；

图6为实施例1的螺柱安装示意图；

图7为实施例1的导热柱安装示意图；

图8为实施例1的移动板安装示意图；

图9为实施例1的锂电池壳体结构示意图；

图10为实施例1的隔热机构结构示意图；

图11为实施例1的C处局部放大图。

图中各个标号意义为：

1、驱动电机；

2、安装架；

3、电动推杆；

4、轴肩；

5、搅拌针；

6、转动机构；601、内齿轮；602、连接块；603、一号齿轮；604、旋转轴；

7、挤压机构；701、连接箱；702、弹簧；703、一号压板；704、连接板；705、转动轴；706、受力板；707、二号压板；

8、容纳槽；

9、升降机构；901、二号齿轮；902、螺柱；903、连接孔；904、移动板；905、限位板；906、挡板；907、凸块；908、凹槽；

10、锂电池壳体；

11、隔热机构；1101、铬锰合金层；1102、隔热层；1103、陶瓷层；1104、连接槽；

12、导热柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明提供一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，请参阅图1-图11，包括主体驱动电机1与锂电池壳体10，驱动电机1的外壁安装有安装架2，安装架2的输出端连接有轴肩4，且安装架2的内壁安装有电动推杆3，轴肩4的内壁连接有搅拌针5，且轴肩4的外壁设置有贯穿至轴肩4内部的转动机构6，转动机构6的外壁连接有挤压机构7，轴肩4的内部设置有容纳槽8，驱动电机1的内部位于转动机构6的一侧设置有升降机构9，锂电池壳体10的内壁连接有隔热机构11，轴肩4与搅拌针5的内部设置有多个相互对齐的导热柱12；

其中，转动机构6包括有位于轴肩4外壁的内齿轮601，内齿轮601内壁的上下两端均设置有贯穿至轴肩4内部的连接块602，且内齿轮601的内壁位于两个连接块602之间啮合贯穿至轴肩4内部的一号齿轮603，一号齿轮603与轴肩4通过旋转轴604、轴承转动连接；

其中，挤压机构7包括有位于内齿轮601顶端与底端的连接箱701，连接箱701的内壁连接有一号压板703，一号压板703与连接箱701之间连接有弹簧702，一号压板703的一端连接有连接板704，连接板704的一端连接有贯穿至连接箱701外部的受力板706，受力板706的内部设置有贯穿至连接箱701内部的转动轴705，两个受力板706相互靠近的一端连接有二号压板707。

本实施例中的转动机构6用于带动升降机构9中的零部件进行转动，挤压机构7用于对转动机构6进行挤压限位，使用摩擦焊固定夹具将锂电池壳体10固定，并将两个锂电池壳体10的连接处放置在搅拌针5的正下方，启动驱动电机1，驱动电机1通过转轴、联轴器带动轴肩4高速转动，并与两个锂电池壳体10的接缝处相接触，进行搅拌摩擦焊接，焊接过程中，铬锰合金层1101、隔热层1102与陶瓷层1103相互配合，对热量进行隔绝，防止热量无障碍进入锂电池壳体10内部，在焊接过程中，搅拌针5高速旋转与锂电池壳体10搅拌摩擦产生的热量经过多组导热柱12将热量均匀传递至轴肩4的内部，使搅拌针5与轴肩4受热相同，共同进行热胀冷缩，在焊接完成前，通过控制电动推杆3延长，电动推杆3对受力板706进行挤压，受力板706带动一号压板703以转动轴705为圆心进行转动，直至受力板706抵住内齿轮601的顶端、底端，内齿轮601静止，一号齿轮603在轴肩4的带动下转动，与内齿轮601产生转速差，一号齿轮603在内齿轮601的作用下自转，一号齿轮603自转带动升降机构9运行。

作为本发明优选实施例：升降机构9包括有位于轴肩4内部且与一号齿轮603相啮合的二号齿轮901，且升降机构9还包括有位于搅拌针5外壁的移动板904，二号齿轮901的上方设置有贯穿二号齿轮901并延伸至容纳槽8内部与搅拌针5相连的螺柱902，螺柱902的外壁位于轴肩4的内部设置有连接孔903，移动板904的外壁设置有限位板905，限位板905的底端连接有挡板906，限位板905的内壁位于移动板904的外壁设置有凹槽908，移动板904与凹槽908相接触的位置处设置有凸块907。

本实施例中的升降机构9在运行时，二号齿轮901转动，螺柱902在二号齿轮901内部内螺纹作用下向上移动，螺柱902带动搅拌针5向上移动，搅拌针5带动移动板904顺着限位板905向上滑动，实现搅拌针5的伸缩，避免留下匙孔。

作为本发明优选实施例：隔热机构11包括有两个铬锰合金层1101，铬锰合金层1101的内壁连接有隔热层1102，隔热层1102的内壁连接有陶瓷层1103，一个隔热层1102的一端设置有连接槽1104。

本实施例中的铬锰合金层1101、隔热层1102与陶瓷层1103相互配合对搅拌摩擦焊接过程中的热量进行隔绝，防止热量进入锂电池壳体10的内部，从而对锂电池不仅造成损坏，同时连接槽1104存在，一个隔热层1102卡入连接槽1104。

作为本发明优选实施例：轴肩4与连接块602相接触的位置处设置有与连接块602相匹配的凹槽，且连接块602与凹槽通过轴承转动连接。

本实施例中的连接块602，用于将内齿轮601固定在轴肩4的外侧，同时轴承的存在，用于降低内齿轮601与轴肩4之间的摩擦力。

作为本发明优选实施例：螺柱902与二号齿轮901相接触的位置处设置有与螺柱902相匹配的内螺纹，连接孔903的内壁与二号齿轮901的外壁相契合。

本实施例中的内螺纹，在二号齿轮901进行转动时，螺柱902在内螺纹的作用下可进行上下移动，同时连接孔903给螺柱902的运动提供移动轨迹。

作为本发明优选实施例：挡板906焊接在限位板905的底端，且挡板906与移动板904接触但不相连，移动板904与限位板905通过凸块907与凹槽908滑动连接，且凹槽908的竖截面呈三角形。

本实施例中的挡板906用于限定移动板904的移动下限，而凹槽908与凸块907的存在，可以防止搅拌针5伸缩时发生转动。

作为本发明优选实施例：转动轴705与连接箱701通过轴承转动连接，连接箱701与受力板706相接触的位置处设置有开槽，开槽的高度大于受力板706的高度。

本实施例中的轴承用于降低转动轴705与连接箱701之间的摩擦力，而开槽的存在可以使得受力板706转动位置不受影响。

作为本发明优选实施例：一个隔热层1102的外壁与连接槽1104的内壁相契合，一个陶瓷层1103与另一个陶瓷层1103相接触的位置处设置有陶瓷密封圈。

本实施例中的陶瓷密封圈用于提升两个陶瓷层1103接触位置的密封性，进一步隔绝热量传递。

工作原理：使用摩擦焊固定夹具将锂电池壳体10固定，并将两个锂电池壳体10的连接处放置在搅拌针5的正下方，启动驱动电机1，驱动电机1通过转轴、联轴器带动轴肩4高速转动，并与两个锂电池壳体10的接缝处相接触，进行搅拌摩擦焊接，焊接过程中，铬锰合金层1101、隔热层1102与陶瓷层1103相互配合，对热量进行隔绝，防止热量无障碍进入锂电池壳体10内部，在焊接过程中，搅拌针5高速旋转与锂电池壳体10搅拌摩擦产生的热量经过多组导热柱12将热量均匀传递至轴肩4的内部，使搅拌针5与轴肩4受热相同，共同进行热胀冷缩，在焊接完成前，通过控制电动推杆3延长，电动推杆3对受力板706进行挤压，受力板706带动一号压板703以转动轴705为圆心进行转动，直至受力板706抵住内齿轮601的顶端、底端，内齿轮601静止，一号齿轮603在轴肩4的带动下转动，与内齿轮601产生转速差，一号齿轮603在内齿轮601的作用下自转，一号齿轮603自转带动二号齿轮901转动，螺柱902在二号齿轮901内部内螺纹作用下向上移动，螺柱902带动搅拌针5向上移动，搅拌针5带动移动板904顺着限位板905向上滑动，实现搅拌针5的伸缩，避免留下匙孔。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，包括主体驱动电机(1)与锂电池壳体(10)，其特征在于：所述驱动电机(1)的外壁安装有安装架(2)，所述安装架(2)的输出端连接有轴肩(4)，且安装架(2)的内壁安装有电动推杆(3)，所述轴肩(4)的内壁连接有搅拌针(5)，且轴肩(4)的外壁设置有贯穿至轴肩(4)内部的转动机构(6)，所述转动机构(6)的外壁连接有挤压机构(7)，所述轴肩(4)的内部设置有容纳槽(8)，所述驱动电机(1)的内部位于转动机构(6)的一侧设置有升降机构(9)，所述锂电池壳体(10)的内壁连接有隔热机构(11)，所述轴肩(4)与搅拌针(5)的内部设置有多个相互对齐的导热柱(12)；

其中，所述转动机构(6)包括有位于轴肩(4)外壁的内齿轮(601)，所述内齿轮(601)内壁的上下两端均设置有贯穿至轴肩(4)内部的连接块(602)，且内齿轮(601)的内壁位于两个连接块(602)之间啮合贯穿至轴肩(4)内部的一号齿轮(603)，所述一号齿轮(603)与轴肩(4)通过旋转轴(604)、轴承转动连接；

其中，所述挤压机构(7)包括有位于内齿轮(601)顶端与底端的连接箱(701)，所述连接箱(701)的内壁连接有一号压板(703)，所述一号压板(703)与连接箱(701)之间连接有弹簧(702)，所述一号压板(703)的一端连接有连接板(704)，所述连接板(704)的一端连接有贯穿至连接箱(701)外部的受力板(706)，所述受力板(706)的内部设置有贯穿至连接箱(701)内部的转动轴(705)，两个所述受力板(706)相互靠近的一端连接有二号压板(707)。

2.根据权利要求1所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述升降机构(9)包括有位于轴肩(4)内部且与一号齿轮(603)相啮合的二号齿轮(901)，且升降机构(9)还包括有位于搅拌针(5)外壁的移动板(904)，所述二号齿轮(901)的上方设置有贯穿二号齿轮(901)并延伸至容纳槽(8)内部与搅拌针(5)相连的螺柱(902)，所述螺柱(902)的外壁位于轴肩(4)的内部设置有连接孔(903)，所述移动板(904)的外壁设置有限位板(905)，所述限位板(905)的底端连接有挡板(906)，所述限位板(905)的内壁位于移动板(904)的外壁设置有凹槽(908)，所述移动板(904)与凹槽(908)相接触的位置处设置有凸块(907)。

3.根据权利要求1所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述隔热机构(11)包括有两个铬锰合金层(1101)，所述铬锰合金层(1101)的内壁连接有隔热层(1102)，所述隔热层(1102)的内壁连接有陶瓷层(1103)，一个所述隔热层(1102)的一端设置有连接槽(1104)。

4.根据权利要求1所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述轴肩(4)与连接块(602)相接触的位置处设置有与连接块(602)相匹配的凹槽，且连接块(602)与凹槽通过轴承转动连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述螺柱(902)与二号齿轮(901)相接触的位置处设置有与螺柱(902)相匹配的内螺纹，所述连接孔(903)的内壁与二号齿轮(901)的外壁相契合。

6.根据权利要求2所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述挡板(906)焊接在限位板(905)的底端，且挡板(906)与移动板(904)接触但不相连，所述移动板(904)与限位板(905)通过凸块(907)与凹槽(908)滑动连接，且凹槽(908)的竖截面呈三角形。

7.根据权利要求1所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：所述转动轴(705)与连接箱(701)通过轴承转动连接，所述连接箱(701)与受力板(706)相接触的位置处设置有开槽，所述开槽的高度大于受力板(706)的高度。

8.根据权利要求3所述的一种基于搅拌焊接的叠片式封装装置，其特征在于：一个所述隔热层(1102)的外壁与连接槽(1104)的内壁相契合，一个所述陶瓷层(1103)与另一个陶瓷层(1103)相接触的位置处设置有陶瓷密封圈。

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