CN112338348B - 一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，属于轻质高强零件工作表面强化及损伤修复装置技术领域，包括L型支架，其垂直板与第一进给机构固定连接，搅拌摩擦匙孔去除机构通过第一进给机构设于垂直板上；水平板由下自上依次设有第二进给机构、平台、第三进给机构、工作台和夹紧件；搅拌摩擦匙孔去除机构包括与电机相连的连接件和固定于连接件下端的搅拌肩，连接件下端中部依次连接液压缸、旋转装置和搅拌针，搅拌肩上设有搅拌针穿过的圆孔，搅拌针通过液压缸的伸缩实现与搅拌肩的分离。本发明对轻质高强零件表层一定深度的裂纹等内部缺陷修复作用明显，修复面积大、效率高，修复后零件表面无匙孔存在，避免了匙孔处理工序。

Description

一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置
技术领域
本发明涉及一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，属于轻质高强零件工作表面强化及损伤修复装置技术领域。
背景技术
随着汽车行业及航空航天领域的高速发展，对轻质高强金属零件的需求量越来越大，镁、铝合金因其低密度、高强度、高韧性等优点得到了广泛的应用。在严苛的周期性循环工作载荷条件下，铝、镁合金零件工作表面及表层不可避免的会萌生疲劳裂纹并产生剥离损伤等表层缺陷，因此需要对零件表层损伤进行必要的修复。当前损伤修复的方法主要有传统熔焊、电火花合金化、激光多层熔敷等，这些修复方法是基于材料熔化的修复工艺，修复区一般为粗大的枝状晶铸态组织，且修复过程中过大的局部热输入容易产生热裂纹、缩孔等二次缺陷；另外，电火花合金化与激光多层熔敷仅适用于表面损伤的修复，对零件表层一定深度处的裂纹等内部缺陷无明显修复作用。
搅拌摩擦修复作为一种新型的缺陷修复技术，具有显著的优势：焊接温度低，晶粒细小、变形和残余应力小，绿色无污染，修复过程中不会产生裂纹、气孔等二次缺陷，在损伤修复领域具有广阔的应用前景。铝、镁合金材料熔点一般低于660℃，不用外加热源靠摩擦热就可以完成表面修复，非常适合采用搅拌摩擦方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，用于轻质高强零件表层损伤的修复。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，包括支架、第一进给机构、工作台、夹紧件、第二进给机构、第三进给机构、电机、搅拌摩擦匙孔去除机构和联轴器；所述支架设置为L型，包括相连的垂直板和水平板且垂直板与第一进给机构固定连接、水平板与第二进给机构固定连接，所述搅拌摩擦匙孔去除机构通过第一进给机构设置于垂直板上，且能够沿垂直板上下移动，所述水平板上设置有通过第二进给机构进行前后移动的平台，且平台上设置有通过第三进给机构进行左右运动的工作台，所述工作台上固定设置夹紧件；所述搅拌摩擦匙孔去除机构包括保护壳、设置于保护壳内部能够旋转的连接件和固定于连接件下端的搅拌肩，所述连接件下端中部依次连接有液压缸、旋转装置和搅拌针，所述搅拌肩上设有搅拌针穿过的圆孔，且搅拌针通过液压缸的伸缩实现与搅拌肩的分离；所述连接件通过联轴器与电机输出轴连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述夹紧件包括固定设置于工作台上的夹紧件主体和通过调节旋钮实现移动进而夹紧工件的加紧板。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述第一进给机构、第二进给机构和第三进给机构均包括固定设置的丝杠以及连接电机和丝杠的联轴器，所述丝杠与导轨的轴套套接；所述第一进给机构的轴套与搅拌摩擦匙孔去除机构的保护壳通过焊接的方式固定连接，所述第二进给机构的轴套与其上方的平台固定连接；所述第三进给机构的轴套与工作台固定连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述连接件与搅拌肩通过四根连接轴固定连接，且四根连接轴沿周向均匀间隔设置，所述连接件的下端中部与液压缸顶端通过螺栓固定连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述旋转装置包括内轴、角接触球轴承、外轴、外轴轴承端盖、内轴轴承端盖，所述角接触球轴承通过内轴轴承端盖和螺钉与内轴连接、通过外轴轴承端盖和螺钉与外轴连接；所述液压缸的活塞杆与旋转装置的外轴焊接固定，所述旋转装置的内轴与搅拌针的圆盘中部焊接固定。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述搅拌针顶端加工有螺纹，可拆卸的设置为3个，集中分布在1/2半径的圆内且不在同一圆周上。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述搅拌肩底面采用螺旋状纹路。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
本发明基于搅拌摩擦的方法，用来修复镁、铝合金等低熔点、轻质高强材料的零件表层损伤，通过搅拌针与零件表层高速搅拌产生的热量融化零件表层损伤区域，再加以熔融态修复材料，最终通过搅拌肩的旋转挤压达到先破坏、再修复、后强化的目的。本发明对轻质高强零件表层一定深度处的裂纹等内部缺陷有明显修复作用，修复面积大且修复效率高，修复完成后的零件表面无匙孔存在，避免了匙孔处理工序。
本发明通过增加搅拌针的数量，增大了修复的面积，大幅度提高了修复效率；通过搅拌针与搅拌肩的分离设计，可实现修复完成后的零件表面无匙孔存在，避免了匙孔处理工序。
本发明增加了一个旋转装置，实现了搅拌针的旋转运动与上下运动同时进行。
本发明的搅拌肩底面增加了螺旋状纹路，便于零件表层金属向四周均匀流动，避免金属材料流动到搅拌肩外侧，并可以改善修复区表面质量；通过搅拌肩挤压实现零件工作表面及表层损伤部位修复。
本发明安装了液压缸，控制搅拌针的上下移动；并将搅拌针加工成螺纹可拆卸的安装，便于搅拌针的更换。
附图说明
图1是本发明立体结构示意图；
图2是本发明侧视图；
图3是本发明本搅拌摩擦匙孔去除机构内部结构示意图；
图4是本发明旋转装置结构示意图和爆炸图；
图5是本发明搅拌针结构示意图；
图6是本发明搅拌肩结构示意图。
其中，1、第一进给机构，2、夹紧件，3、工作台，4、第二进给机构，5、第三进给机构，6、搅拌针，7、搅拌肩，8、液压缸，9、旋转装置，10、内轴，11、角接触球轴承，12、外轴，13、外轴轴承端盖，14、内轴轴承端盖，15、连接件，16、联轴器，17、搅拌摩擦匙孔去除机构，18、支架。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明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作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。下面是具体实施例：
一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，如图1、2所示，包括L型支架18、第一进给机构1、工作台3、夹紧件2、第二进给机构4、第三进给机构5、电机、搅拌摩擦匙孔去除机构17和联轴器16。所述L型支架18包括相连的垂直板和水平板且其垂直板与第一进给机构1通过螺栓固定连接、水平板与第二进给机构4通过螺栓固定连接。所述第一进给机构1包括固定设置于支架18的垂直板上的丝杆，所述丝杠与导轨的轴套套接，且丝杠通过联轴器与电机连接，所述轴套与搅拌摩擦匙孔去除机构17的保护壳通过焊接的方式固定连接。
如图3所示，所述搅拌摩擦匙孔去除机构17包括保护壳、搅拌针6、搅拌肩7、液压缸8、旋转装置9和连接件15。连接件15的顶端中间轴与联轴器16的下端连接，联轴器16的上端与电机输出轴相连；连接件15下端周向均匀焊接有四根轴并与搅拌肩7通过四根轴固定连接，所述搅拌肩7底面采用螺旋状纹路，便于零件表层金属向四周均匀流动，避免金属材料流动到搅拌肩外侧，并可以改善修复区表面质量；连接件15的下端中部与液压缸8顶端通过螺栓固定连接。如图4所示，所述旋转装置9包括内轴10、角接触球轴承11、外轴12、外轴轴承端盖13、内轴轴承端盖14，所述角接触球轴承11通过内轴轴承端盖14和螺钉与内轴10连接、通过外轴轴承端盖13和螺钉与外轴12连接。所述旋转装置9的外轴12与液压缸8的活塞杆焊接固定，所述旋转装置9的内轴10与搅拌针6的圆盘中部焊接固定，搅拌针6通过液压缸8的伸缩实现与搅拌肩7的分离；如图5、6所示，搅拌针6设置为3个，集中分布在1/2半径的圆内且不在同一圆周上以增大破坏面积，搅拌针6顶端加工有螺纹，可拆卸的与其圆盘连接，便于搅拌针的更换；所述液压缸8、旋转装置9和连接件15设置于保护壳内。
如图1、2所示，第二进给机构4包括固定设置的丝杠以及连接电机和丝杠的联轴器，所述丝杠与导轨的轴套套接，所述轴套与其上方的平台固定连接，通过第二进给机构4的前后移动调节平台的位置；平台上固定设置有第三进给机构5，所述第三进给机构5的结构与第4进给机构结构相同，第三进给机构5上设置有工作台3且第三进给机构5的轴套与其上方的工作台3通过螺栓固定连接，通过第三进给机构5的左右移动调节工作台3的位置；所述工作台3上固定设置夹紧件2，夹紧件2包括固定设置于工作台3上的夹紧件主体、调节旋钮和加紧板，可以通过调节旋钮调节加紧板以实现夹紧工件的作用，所述夹紧件2设置于搅拌摩擦匙孔去除机构17下方。
本发明工作原理如下：
工作时，夹紧件2通过调节左侧旋钮来控制加紧板以便于夹紧板件；在电机和丝杠的作用下，第一进给机构1可带动装置保护壳及搅拌摩擦匙孔去除机构做上下的往复运动，第二进给机构4可以带动其上的第三进给机构5做前后的往复运动，第三进给机构5可带动其上的夹紧装置做左右的往复运动，第二进给机构4和第三进给机构5相互配合来调整夹紧件2上工件的位置，使工件表层损伤部位位于搅拌针6正下方，控制第一进给机构1，使搅拌针刚接触工作表面。
电机通过联轴器16带动连接件15旋转，搅拌肩7因与连接件15焊接而被带动旋转，搅拌针6在液压缸8的挤压作用下与搅拌肩7紧密相接进而一起旋转。搅拌针6将损伤部位破坏后，控制液压缸8，使活塞杆向上运动，由于旋转装置9与液压缸8的活塞杆焊接在一起，所以旋转装置9会在液压缸的作用下带动搅拌针6与搅拌肩7分离，同时在旋转装置9的作用下，搅拌针6仍会与搅拌肩7同步旋转，直到完全分离。分离后，通过其他设置添加熔融态修复材料，搅拌肩7继续旋转挤压板面，熔融态修复材料随着搅拌肩7底面螺纹槽向四周均匀分布，在搅拌肩7的挤压作用下最终实现工作表面损伤部位修复和强化。

Claims (6)

1.一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，其特征在于：包括支架（18）、第一进给机构（1）、工作台（3）、夹紧件（2）、第二进给机构（4）、第三进给机构（5）、电机、搅拌摩擦匙孔去除机构（17）和联轴器（16）；所述支架（18）设置为L型，包括相连的垂直板和水平板且垂直板与第一进给机构（1）固定连接、水平板与第二进给机构（4）固定连接，所述搅拌摩擦匙孔去除机构（17）通过第一进给机构（1）设置于垂直板上，且能够沿垂直板上下移动，所述水平板上设置有通过第二进给机构（4）进行前后移动的平台，且平台上设置有通过第三进给机构（5）进行左右运动的工作台（3），所述工作台（3）上固定设置夹紧件（2）；所述搅拌摩擦匙孔去除机构（17）包括保护壳、设置于保护壳内部能够旋转的连接件（15）和固定于连接件（15）下端的搅拌肩（7），所述连接件（15）下端中部依次连接有液压缸（8）、旋转装置（9）和搅拌针（6），所述搅拌肩（7）上设有搅拌针（6）穿过的圆孔，且搅拌针（6）通过液压缸（8）的伸缩实现与搅拌肩（7）的分离；所述连接件（15）通过联轴器（16）与电机输出轴连接；所述旋转装置（9）包括内轴（10）、角接触球轴承（11）、外轴（12）、外轴轴承端盖（13）、内轴轴承端盖（14），所述角接触球轴承（11）通过内轴轴承端盖（14）和螺钉与内轴（10）连接、通过外轴轴承端盖（13）和螺钉与外轴（12）连接；所述液压缸（8）的活塞杆与旋转装置（9）的外轴（12）焊接固定，所述旋转装置（9）的内轴（10）与搅拌针（6）的圆盘中部焊接固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，其特征在于：所述夹紧件（2）包括固定设置于工作台（3）上的夹紧件主体和通过调节旋钮实现移动进而夹紧工件的加紧板。
3.根据权利要求1所述的一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，其特征在于：所述第一进给机构（1）、第二进给机构（4）和第三进给机构（5）均包括固定设置的丝杠以及连接电机和丝杠的联轴器，所述丝杠与导轨的轴套套接；所述第一进给机构（1）的轴套与搅拌摩擦匙孔去除机构（17）的保护壳通过焊接的方式固定连接，所述第二进给机构（4）的轴套与其上方的平台固定连接；所述第三进给机构（5）的轴套与工作台（3）固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，其特征在于：所述连接件（15）与搅拌肩（7）通过四根连接轴固定连接，且四根连接轴沿周向均匀间隔设置，所述连接件（15）的下端中部与液压缸（8）顶端通过螺栓固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，其特征在于：所述搅拌针（6）顶端加工有螺纹，可拆卸的设置为3个，集中分布在1/2半径的圆内且不在同一圆周上。
6.根据权利要求1所述的一种基于搅拌摩擦方法的轻质高强零件表层损伤修复装置，其特征在于：所述搅拌肩（7）底面采用螺旋状纹路。
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