CN113084330A - 一种搅拌摩擦加工头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种搅拌摩擦加工头。搅拌摩擦加工头，包括：夹持杆，其下部设有安装孔；搅拌针，其上端安装在所述安装孔内，搅拌针的下部设有内轴肩；外轴肩，为套筒结构，套设在所述搅拌针上；所述安装孔为螺纹孔，搅拌针的上端螺纹连接在安装孔内，并通过内轴肩将外轴肩压装在夹持杆上；或者，所述夹持杆的外周面上设有外螺纹，外轴肩的内周面上设有内螺纹，外轴肩螺纹连接在夹持杆上，并顶压内轴肩以将搅拌针压装在夹持杆上。内轴肩/外轴肩能够作为垫圈使用，在外轴肩/搅拌针旋紧后，能够向外轴肩/搅拌针提供反向作用力，在不设置紧定螺钉的情况下，保证外轴肩/搅拌针的稳定性，同时提高了搅拌头的装配效率。

Description

一种搅拌摩擦加工头

技术领域

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种搅拌摩擦加工头。

背景技术

搅拌摩擦加工技术（简称FSP）是以FSW的基本概念为基础开发出来的一种用于微观结构修饰和制造的技术，其基本原理主要是通过搅拌头的高速旋转产生摩擦热和机械搅拌作用，使加工区的工件变成热塑性软化状态，通过搅拌头的锻造作用使向后流动材料态再结晶，从而起到细化晶粒，使组织更加均匀的效果。

在搅拌摩擦加工时，搅拌头处于高速旋转状态，极易产生磨损，且由于向前移动承受了较大的阻力，导致搅拌针负荷很大，在长时间使用后，常常发生断裂。因此，搅拌针“磨损”、“断针”后需要更换搅拌针。

授权公告号为CN103331516B的中国发明专利公开了一种组合可调式搅拌摩擦焊搅拌头，包括夹持部分，夹持部分的下部外侧螺纹连接有套筒，夹持部分的中心孔内螺纹连接有搅拌针，为了保证搅拌针的稳定性，在夹持部分的中心孔内还螺纹连接有紧定螺钉，紧定螺钉顶压在搅拌针的上端面上。上述搅拌针、套筒以及夹持部分分体设置，便于更换搅拌针和套筒。

上述的搅拌头需要在夹持部分的外周面以及中心孔内均加工螺纹，加工量较大，而且套筒和搅拌针均需要单独安装，且搅拌针需要通过紧定螺钉锁紧，造成装配效率较低，从而影响整个搅拌头的生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦加工头，以解决现有技术中搅拌头需要在夹持部分的外周面以及中心孔内均加工螺纹，造成加工量较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明搅拌摩擦加工头的技术方案是：

搅拌摩擦加工头，包括：

夹持杆，其下部设有安装孔；

搅拌针，其上端安装在所述安装孔内，搅拌针的下部设有内轴肩；

外轴肩，为套筒结构，套设在所述搅拌针上；

所述安装孔为螺纹孔，搅拌针的上端螺纹连接在安装孔内，并通过内轴肩将外轴肩压装在夹持杆上；或者，所述夹持杆的外周面上设有外螺纹，外轴肩的内周面上设有内螺纹，外轴肩螺纹连接在夹持杆上，并顶压内轴肩以将搅拌针压装在夹持杆上。

有益效果是：通过旋拧外轴肩/搅拌针将夹持杆、搅拌针以及外轴肩装配在一起，不仅方便搅拌针与外轴肩的拆装，而且内轴肩/外轴肩能够作为垫圈使用，在外轴肩/搅拌针旋紧后，能够向外轴肩/搅拌针提供反向作用力，在不设置紧定螺钉的情况下，保证外轴肩/搅拌针的稳定性，同时提高了搅拌头的装配效率。

进一步的，在安装孔为螺纹孔时，夹持杆上于安装孔的上方设有穿孔，穿孔与安装孔连通，以供螺丝刀插入，所述搅拌针的上端端面上设有槽口，该槽口与螺丝刀的刀头适配。

有益效果是：这样设计，螺丝刀由上向下从穿孔进入到安装孔内，以旋紧或旋松搅拌针，便于搅拌针的拆装。

进一步的，所述槽口为一字槽或十字槽。

进一步的，所述外轴肩外表面涂覆有耐磨防粘涂层。

有益效果是：耐磨防粘涂层不仅增加了外轴肩的耐磨性，而且减少了搅拌摩擦过程中塑性材料在外轴肩上的黏着。

进一步的，所述耐磨防粘涂层为氮化钛涂层。

进一步的，所述穿孔与安装孔同轴布置。

有益效果是：这样设计，便于穿孔和安装孔的加工。

进一步的，所述搅拌针由硬质合金制成；或者搅拌针包括钢基体，钢基体的外表面涂覆有氮化钛涂层。

有益效果是：硬质合金或氮化钛涂层能大大增加搅拌针的耐磨性，从而提高搅拌针的使用寿命。

进一步的，所述搅拌针工作部分的长度小于待加工板的厚度。

有益效果是：这样设计，有利于保证搅拌摩擦焊的焊接质量。

进一步的，所述搅拌针工作部分的长度为0.95倍的待加工板的厚度。

有益效果是：这样设计，进一步提高搅拌摩擦焊的焊接质量。

进一步的，所述搅拌针和外轴肩之间的压装作用面为平面。

附图说明

图1为本发明搅拌摩擦加工头的实施例1的结构示意图；

图2为图1中搅拌针的结构示意图；

图3为图1中外轴肩的结构示意图；

图中：11、穿孔；12、夹持杆；13、安装孔；14、搅拌针；15、外轴肩；16、内轴肩；17、工作部分；18、台阶结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“上”、“下”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明搅拌摩擦加工头的实施例1：

如图1所示，搅拌摩擦加工头包括夹持杆12、搅拌针14以及外轴肩15，夹持杆12具有穿孔11和安装孔13，穿孔11处于安装孔13的上方且与安装孔13连通，穿孔11与安装孔13同轴布置，以便于加工。其中，穿孔11的最小直径大于10mm。

如图1至图3所示，搅拌针14的上端安装在安装孔13内，搅拌针14的下部设有内轴肩16，外轴肩15为套筒结构并套设在搅拌针14上。具体的，安装孔13为螺纹孔，搅拌针14上于内轴肩16的上方设有外螺纹，该外螺纹的牙型为圆弧型，外轴肩15具有台阶结构18；在装配时，搅拌针14螺纹连接在安装孔13内，以通过内轴肩16和台阶结构18配合，将外轴肩15压装在夹持杆12上。其中，台阶结构18的台阶面为与夹持杆12轴线垂直的平面，即搅拌针14和外轴肩15的压装作用面为上述平面。在其他实施例中，台阶结构的台阶面可以为斜面，即搅拌针和外轴肩的压装作用面为平面。

通过旋拧搅拌针14将夹持杆12、搅拌针14以及外轴肩15装配在一起，不仅方便搅拌针14与外轴肩15的拆装，而且外轴肩15能够作为垫圈使用，在搅拌针14旋紧后，能够向搅拌针提供反向作用力，在不设置紧定螺钉的情况下，保证搅拌针14的稳定性，同时提高了搅拌头的装配效率。此外，只需在搅拌针14的安装孔13内加工螺纹即可，减少了加工量，提高了生产效率。

本实施例中，在搅拌针14旋拧到位后，内轴肩16的下端面与外轴肩15的下端面平齐。

本实施例中，搅拌针14的上端端面上设有槽口，该槽口与螺丝刀的刀头适配。具体的，搅拌针14上的槽口为一字槽，螺丝刀的刀头为一字型刀头，螺丝刀由上向下从穿孔11进入到安装孔13内，以旋紧或旋松搅拌针14，从而实现搅拌针14的拆装。在其他实施例中，搅拌针上的槽口为十字槽。

本实施例中，搅拌针14由硬质合金制成，以增加搅拌针14的耐磨性，而且，仅搅拌针14采用硬质合金制作，大大降低了搅拌摩擦加工头的制作成本。优选的，硬质合金为YG8。在其他实施例中，硬质合金可以为YG11；或者搅拌针包括采用工具钢制作的钢基体，钢基体的外表面涂覆有氮化钛涂层。

本实施例中，夹持杆12和外轴肩15均采用工具钢制成。在其实施例中，夹持杆和外轴肩可以采用高速钢制成。

本实施例中，外轴肩15的外周面和下端面上涂覆有氮化钛涂层，氮化钛涂层不仅增加了外轴肩15的耐磨性，而且减少了搅拌摩擦过程中塑性材料在外轴肩15上的黏着。其中，氮化钛涂层构成耐磨防粘层。

如图1和图3所示，搅拌针14的下部设有工作部分17，工作部分17呈倒立的圆台结构，工作部分17的长度小于待加工板的厚度；优选的，工作部分17的长度为0.95倍的待加工板的厚度，且在此基础上，上下浮动0.2mm。

在加工时，在待加工板上开始加工的位置预先钻孔，该钻孔的深度为二分之一工作部分17的长度，钻孔的直径为工作部分17的平均直径，这样使得搅拌针不容易断裂；之后，将搅拌头安装在焊接设备上，开始搅拌摩擦焊接，搅拌头的转速为400-2000rpm，前进速度为10-200mm/min，且转速与前进速度的比值介于10与40之间。其中，工作部分17和外轴肩15压下量之和小于待加工板的厚度，且相差尺寸小于0.3mm。

本发明的搅拌摩擦加工头增加了搅拌针和外轴肩的耐磨性，且搅拌针和外轴肩均可单独更换，即使搅拌针断针或外轴肩磨损，也不需要更换其他部位，节约了材料成本，最终形成低成本、高耐磨的组合式搅拌摩擦加工头，大大提高了生产效率。

本发明搅拌摩擦加工头的实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，夹持杆12与安装孔13的上方设有穿孔11，穿孔11与安装孔13连通，以供螺丝刀插入，搅拌针14的上端端面上设有槽口，该槽口与螺丝刀的刀头适配，以通过螺丝刀拆装搅拌针14。本实施例中，搅拌针的下端面凸出外轴肩的下端面设置，且搅拌针的凸出部分为六方结构，以通过扳手拆装搅拌针。

本发明搅拌摩擦加工头的实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，安装孔13为螺纹孔，搅拌针14的上端螺纹连接在安装孔13内，并通过内轴肩16将外轴肩15压装在夹持杆12上。本实施例中，夹持杆的外周面上设有外螺纹，外轴肩的内周面上设有内螺纹，外轴肩螺纹连接在夹持杆上，并顶压内轴肩以将搅拌针压装在夹持杆上。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.搅拌摩擦加工头，其特征在于，包括：

夹持杆（12），其下部设有安装孔（13）；

搅拌针（14），其上端安装在所述安装孔（13）内，搅拌针（14）的下部设有内轴肩（16）；

外轴肩（15），为套筒结构，套设在所述搅拌针（14）上；

所述安装孔（13）为螺纹孔，搅拌针（14）的上端螺纹连接在安装孔（13）内，并通过内轴肩（16）将外轴肩（15）压装在夹持杆（12）上；或者，所述夹持杆（12）的外周面上设有外螺纹，外轴肩（15）的内周面上设有内螺纹，外轴肩（15）螺纹连接在夹持杆（12）上，并顶压内轴肩（16）以将搅拌针（14）压装在夹持杆（12）上。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，在安装孔（13）为螺纹孔时，夹持杆（12）上于安装孔（13）的上方设有穿孔（11），穿孔（11）与安装孔（13）连通，以供螺丝刀插入，所述搅拌针（14）的上端端面上设有槽口，该槽口与螺丝刀的刀头适配。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述槽口为一字槽或十字槽。

4.根据权利要求1或2或3所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述外轴肩（15）的外表面涂覆有耐磨防粘涂层。

5.根据权利要求4所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述耐磨防粘涂层为氮化钛涂层。

6.根据权利要求2或3所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述穿孔（11）与安装孔（13）同轴布置。

7.根据权利要求1或2或3所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述搅拌针（14）由硬质合金制成；或者搅拌针（14）包括钢基体，钢基体的外表面涂覆有氮化钛涂层。

8.根据权利要求1或2或3所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述搅拌针（14）工作部分（17）的长度小于待加工板的厚度。

9.根据权利要求8所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述搅拌针（14）工作部分（17）的长度为0.95倍的待加工板的厚度。

10.根据权利要求1或2或3所述的搅拌摩擦加工头，其特征在于，所述搅拌针（14）和外轴肩（15）之间的压装作用面为平面。

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