CN116511687B - 一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，包括搅拌头外壳，所述搅拌头外壳内朝向焊接方位依次安装有夹持柄以及可拆卸式搅拌针，所述夹持柄的外周上设有外螺纹并通过螺纹驱动连接有调节盘，所述调节盘限位固定安装于所述搅拌头外壳内，所述搅拌头外壳底部与可拆卸式搅拌针之间安装有孔径可调式光圈轴肩用于补偿搅拌头外壳的搅拌针通道与可拆卸式搅拌针之间的外侧缝隙。本发明可以实现搅拌针长度任意调节以适应不同板厚的焊接；可以消除锥形搅拌针长度变化时与轴肩之间的缝隙而保证焊接质量；同时搅拌针可拆卸以便快速更换磨损严重或损坏的搅拌针而降低焊接成本。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，特别涉及一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头。
背景技术
搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所发明的一种新型固态焊接技术，广泛的应用于铝合金和镁合金板件和构件的连接，具有焊缝质量好、焊接温度低、焊接变形小、焊接效率高、无污染等特点。目前的搅拌头种类繁多，大多数为一体式设计，导致搅拌针在磨损或损坏后无法修复而需要整体更换，造成了材料的浪费和制造成本的增加。此外，目前大部分搅拌头长度都是固定的，仅能对应焊接一种壁厚的待焊构件；当焊接不同壁厚的构件时，需频繁更换搅拌头而影响焊接效率，无法适应不同壁厚的构件焊接。公布号为CN110666339A的发明专利“一种组合式针长可变搅拌摩擦焊搅拌头”采用螺栓和轴向限位杆对搅拌针进行固定，结构简单、合理，便于操作。但是，搅拌针长度只能选择几种预定的长度，可焊接板件厚度的种类较少，无法焊接非预定长度的焊件。公布号为CN10740773B的发明专利“一种搅拌针长度可调的搅拌摩擦焊装置及焊接方法”采用超声探测器，驱动电机，操作控制器，液压泵等来测定及控制搅拌针长度，使用及维护成本高，搅拌针长度精度差，焊接效果差。且上述专利均未能消除锥形搅拌针长度变化时与轴肩之间的缝隙，进而影响焊接质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提出一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，通过夹持柄与调节盘之间的螺纹驱动连接、设置孔径可调式光圈轴肩以及各个部件之间的分体式设计，可以实现搅拌针长度任意调节以适应不同板厚的焊接；可以消除锥形搅拌针长度变化时与轴肩之间的缝隙而保证焊接质量；同时搅拌针可拆卸以便快速更换磨损严重或损坏的搅拌针而降低焊接成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，包括搅拌头外壳，所述搅拌头外壳内朝向焊接方位依次安装有夹持柄以及可拆卸式搅拌针，所述夹持柄的外周上设有外螺纹并通过螺纹驱动连接有调节盘，所述调节盘限位固定安装于所述搅拌头外壳内，所述搅拌头外壳底部与可拆卸式搅拌针之间安装有孔径可调式光圈轴肩用于补偿搅拌头外壳的搅拌针通道与可拆卸式搅拌针之间的外侧缝隙。
进一步的，所述调节盘包括滚珠丝杠控制轴、若干滚珠，所述滚珠丝杠控制轴内部设有闭合路径孔以及与夹持柄外螺纹线槽相匹配的内螺纹线槽，内螺纹线槽与外螺纹线槽之间形成螺旋路径孔，螺旋路径孔与闭合路径孔的两端相通形成循环通道并可供若干滚珠持续循环运动。
进一步的，还包括弧形卡扣，所述滚珠丝杠控制轴外部周向上设有具有若干固定齿轮的搭接部，所述搭接部搭载于搅拌头外壳内部的台阶上，所述搅拌头外壳周向上开设有弧形槽，弧形槽内安装有相匹配的弧形卡扣，弧形卡扣内侧壁设有与固定齿轮相对应卡接的齿条，弧形卡扣内侧壁顶部设有限位卡扣用于防止搭接部向上移动。
进一步的，所述夹持柄的上部呈矩形块结构，下部设有内螺纹，通过内螺纹与可拆卸式搅拌针上端的外螺纹通过螺纹连接。
进一步的，所述矩形块结构顶部设有若干止动螺栓，所述若干止动螺栓通过调节高度可与电机夹持臂的底端顶紧。
进一步的，所述搅拌头外壳的上部设有法兰盘，所述法兰盘周向上设有若干固定孔用于与电机旋转轴固定相连。
进一步的，所述孔径可调式光圈轴肩包括光圈上盘、若干旋转刀片以及光圈底盘，所述光圈上盘下部设置齿状卡条以及伸缩柱；所述旋转刀片下部设置活动柱，上部设置伸缩槽；所述光圈底盘上部设置活动槽和齿状卡柱；所述光圈上盘下部设置的齿状卡条与光圈底盘上部设置的齿状卡柱咬合；光圈上盘下部设置的伸缩柱伸入旋转刀片上部设置的伸缩槽中；所述旋转刀片下部设置的活动柱伸入光圈底盘上部设置的活动槽中，形成孔径可调式光圈轴肩。
进一步的，所述光圈上盘和光圈底盘开设的圆孔洞直径等于可拆卸式搅拌针中部圆柱形的直径。
进一步的，所述搅拌头外壳的下部底端设有圆柱形内螺纹孔，所述光圈底盘底端设有同心圆环，上部外周上设有与圆柱形内螺纹孔相对应匹配的底盘外螺纹。
进一步的，所述可拆卸式搅拌针包括下部设有螺纹状的圆锥形搅拌针纹路、中部圆柱形、中上部矩形柱以及上部设有外螺纹的圆柱形固定端。
有益效果：本发明采用分体式设计，各零部件都可拆卸以便快速更换磨损严重或损坏的零件而降低焊接成本。本发明采用调节盘通过螺纹配合安装夹持柄，通过转动夹持柄控制搅拌针伸出轴肩的长度，可以实现搅拌针长度的任意调节以适应不同板厚的焊接，具有高精度，操作便捷的优点。本发明采用孔径可调式光圈轴肩，可以实现光圈任意调节实现轴肩孔径大小的调节，以消除锥形搅拌针伸出轴肩长度变化时引起的轴肩与锥形搅拌针之间变化的缝隙或者更换较粗或者较细的可拆卸式搅拌针时产生的缝隙，从而保证了焊接质量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头立体结构示意图；
图2为图1中A部放大示意图；
图3为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头剖视图；
图4为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头爆炸图；
图5为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的夹持柄与调节盘、弧形卡扣配合安装示意图；
图6为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的光圈上盘的结构示意图；
图7为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的孔径可调式光圈轴肩的爆炸图；
图8为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的可拆卸式搅拌针结构示意图；
图9为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的搅拌头外壳结构示意图；
图10为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的弧形卡扣结构示意图；
图11为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的夹持柄结构示意图；
图12为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的滚珠丝杠控制轴上的循环通道示意图；
图13为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的孔径可调式光圈轴肩的孔径由小变大的效果示意图一；
图14为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的孔径可调式光圈轴肩的孔径由小变大的效果示意图二；
图15为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的孔径可调式光圈轴肩的孔径由小变大的效果示意图三；
图16为本发明实施例所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头的孔径可调式光圈轴肩的孔径由小变大的效果示意图四。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
参见图1-16：一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，包括搅拌头外壳1，所述搅拌头外壳1内朝向焊接方位依次安装有夹持柄2以及可拆卸式搅拌针3，所述夹持柄2的外周上设有外螺纹并通过螺纹驱动连接有调节盘4，所述调节盘4限位固定安装于所述搅拌头外壳1内，所述搅拌头外壳1底部与可拆卸式搅拌针3之间安装有孔径可调式光圈轴肩5用于补偿搅拌头外壳1的搅拌针通道101与可拆卸式搅拌针3之间的外侧缝隙。
本实施例采用分体式设计，各零部件都可拆卸以便快速更换磨损严重或损坏的零件而降低焊接成本。
本实施例采用调节盘通过螺纹配合安装夹持柄，通过转动夹持柄控制搅拌针伸出轴肩的长度，可以实现搅拌针长度的任意调节以适应不同板厚的焊接，具有高精度，操作便捷的优点。
本实施例采用孔径可调式光圈轴肩，可以实现光圈任意调节实现轴肩孔径大小的调节，以消除锥形搅拌针伸出轴肩长度变化时引起的轴肩与锥形搅拌针之间变化的缝隙或者更换较粗或者较细的可拆卸式搅拌针时产生的缝隙，从而保证了焊接质量。
另外，在具体实现中，本实施例的夹持柄和搅拌外壳均要求和电机的转动端相连，以实现整体结构的转动，防止夹持柄和调节盘之间产生相对转动导致不稳定。
在一具体的实例中，所述调节盘4包括滚珠丝杠控制轴、若干滚珠，所述滚珠丝杠控制轴内部设有闭合路径孔以及与夹持柄2外螺纹线槽相匹配的内螺纹线槽，内螺纹线槽与外螺纹线槽之间形成螺旋路径孔，螺旋路径孔与闭合路径孔的两端相通形成循环通道6并可供若干滚珠持续循环运动。
本实施例的调节盘通过滚珠丝杠控制轴、滚珠与夹持柄之间形成滚珠丝杠组件，从而可以将夹持柄的旋转运动转化为夹持柄与滚珠丝杠控制轴之间精确直线运动，从而驱使带动夹持柄下部的可拆卸式搅拌针上下运动，调节可拆卸式搅拌针的伸出轴肩的长度。
需要说明的是，本实施例的调节盘还可以为普通丝杆或者普通螺杆。
在一具体的实例中，还包括弧形卡扣7，所述滚珠丝杠控制轴外部周向上设有具有若干固定齿轮的搭接部401，所述搭接部401搭载于搅拌头外壳1内部的台阶102上，所述搅拌头外壳1周向上开设有弧形槽103，弧形槽103内安装有相匹配的弧形卡扣7，弧形卡扣7内侧壁设有与固定齿轮相对应卡接的齿条701，弧形卡扣7内侧壁顶部设有限位卡扣702用于防止搭接部401向上移动。
本实施例通过弧形卡扣、搅拌头外壳内部的台阶能够对滚珠丝杠控制轴进行限位固定，防止其转动以及上下移动，从而在通过夹持柄调节搅拌针长度时，保持调节盘相对不动，从而驱使夹持柄沿着搅拌针长度调节方向直线运动。
在具体实现中，本实施例的弧形卡扣上下端面开设三个呈15°间隔的限位孔，与搅拌头外壳侧壁上开设的弧形槽下端螺栓孔以及弧形槽上端螺纹孔一致，通过三个螺栓将弧形卡扣安装于弧形槽内。
在一具体的实例中，所述夹持柄2的上部呈矩形块结构201，下部设有内螺纹，通过内螺纹与可拆卸式搅拌针3上端的外螺纹301通过螺纹连接。
本实施例的夹持柄的上部矩形块结构可与电机夹持臂限位固定，从而保持搅拌头整体结构转动；本实施例的夹持柄与可拆卸式搅拌针之间通过螺纹连接实现可拆卸。
需要说明的是，本实施例的搅拌头整体转动方向与搅拌针的螺纹锁紧安装方向相反，防止由于惯性脱落。
在一具体的实例中，所述矩形块结构201顶部设有若干止动螺栓2011，所述若干止动螺栓2011通过调节高度可与电机夹持臂的底端顶紧。
本实施例在搅拌针长度调节之后，可通过调节若干止动螺栓高度进行补偿，保持夹持柄的末端始终与电机夹持臂的底端顶紧，提高搅拌头转动工作的稳定性。
在一具体的实例中，所述搅拌头外壳1的上部设有法兰盘104，所述法兰盘104周向上设有若干固定孔1041用于与电机旋转轴固定相连。
本实施例的若干固定孔为四个呈90°间隔的螺栓孔，通过法兰盘上的四个螺栓孔将搅拌头外壳固定在电机旋转轴上。
在一具体的实例中，所述孔径可调式光圈轴肩5包括光圈上盘501、若干旋转刀片502以及光圈底盘503，所述光圈上盘501下部设置齿状卡条5011以及伸缩柱5012；所述旋转刀片502下部设置活动柱5022，上部设置伸缩槽5021；所述光圈底盘503上部设置活动槽5032和齿状卡柱5031；所述光圈上盘501下部设置的齿状卡条5011与光圈底盘503上部设置的齿状卡柱5031咬合；光圈上盘501下部设置的伸缩柱5012伸入旋转刀片502上部设置的伸缩槽5021中；所述旋转刀片502下部设置的活动柱5022伸入光圈底盘503上部设置的活动槽5032中，形成孔径可调式光圈轴肩5。
本实施例通过旋转光圈上盘，改变伸缩柱在伸缩槽中的位置，改变旋转刀片之间空隙的大小，消除锥形搅拌针伸长缩短时与孔径可调式轴肩之间的缝隙。
在具体实现中，光圈上盘下部设置的齿状卡条，齿状卡条非对称，一侧倾角大，另一侧倾角小，设小倾角逆时针转动方向为前进方向。光圈底盘上部的齿状卡柱与齿状卡条咬合后，只能沿前进方向运动。
完整运动过程如下：将旋转刀片的活动柱插入活动槽并推至活动槽最外侧，此时，旋转刀片之间搅拌针通道完全打开，将光圈上盘下部的伸缩柱插入伸缩槽。沿前进方向旋转光圈上盘，伸缩柱绕搅拌针通道中心转动，（距搅拌针通道中心距离不变），由于伸缩柱插入伸缩槽，伸缩槽与旋转刀片为一体，伸缩柱会驱使旋转刀片跟随转动，但旋转刀片转动被活动槽限制，只能沿着活动槽的方向运动来配合运动（旋转刀片在活动槽内平移的过程中，伸缩槽内的伸缩柱转动的同时并会在伸缩槽内位移并始终保持距搅拌针通道中心距离不变），旋转刀片运动后搅拌针通道即慢慢缩小。旋转光圈上盘使搅拌针通道缩小到所需尺寸即可，此时，搅拌针通道与搅拌针正好适配，由于光圈上盘反方向倾角大，与齿状卡条啮合，无法转动，此时正好完成光圈上盘的定位卡紧。
需要说明的是，本实施例共均匀环形布置十二个旋转刀片，旋转刀片的角点构成十二边形，十二边形的几何中心即为搅拌针通道中心，旋转刀片的活动柱可在光圈底盘上的活动槽上运动，只能沿着活动槽进行平动。活动柱与旋转刀片的角点的位置关系为一定值，平动时活动柱与十二边形的搅拌针通道中心的距离发生变化，该距离沿着活动槽朝外的方向运动时变大。旋转刀片的角点的运动轨迹和活动柱的运动轨迹平行，角点与十二边形的搅拌针通道中心的距离成正向关系。具体关系表达式为R2=r2+a2-2racosA，其中，r为角点到搅拌针通道中心的距离，R为活动柱到搅拌针通道中心的距离，a为活动柱到角点的距离，A为角点到活动柱所在直线和活动槽所在直线的夹角。
在一具体的实例中，所述光圈上盘501和光圈底盘503开设的圆孔洞直径等于可拆卸式搅拌针3中部圆柱形的直径。
本实施例的光圈上盘和光圈底盘开设的圆孔洞直径为旋转刀片之间可以调节的最大孔隙，最大孔隙可容许可拆卸式搅拌针中部圆柱形通过。
在一具体的实例中，所述搅拌头外壳1的下部底端设有圆柱形内螺纹孔105，所述光圈底盘503底端设有同心圆环5033，上部外周上设有与圆柱形内螺纹孔105相对应匹配的底盘外螺纹5034。
本实施例的孔径可调式光圈轴肩可通过光圈底盘上的底盘外螺纹安装于搅拌头外壳下部的对应的圆柱形内螺纹孔中，便于安装以及维修更换拆卸。
本实施例的同心圆环可以增加轴肩的摩擦生热效率以及包裹塑化的金属而不飞出。
在一具体的实例中，所述可拆卸式搅拌针3包括下部设有螺纹状3021的圆锥形搅拌针纹路302、中部圆柱形303、中上部矩形柱304以及上部设有外螺纹301的圆柱形固定端。
本实施例的可拆卸式搅拌针在进行长度调节时，由于下部为螺纹状的圆锥形搅拌针纹路，因此调节后圆锥形搅拌针纹路与搅拌针通道之间的间隙通常会发生不可避免的改变，此时，可通过孔径可调式光圈轴肩进行间隙补偿。
本实施例的圆锥形搅拌针纹路的下部为螺纹状能够增加轴肩的摩擦生热效率以及减小塑化的金属飞出概率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，包括搅拌头外壳（1），所述搅拌头外壳（1）内朝向焊接方位依次安装有夹持柄（2）以及可拆卸式搅拌针（3），所述夹持柄（2）的外周上设有外螺纹并通过螺纹驱动连接有调节盘（4），所述调节盘（4）限位固定安装于所述搅拌头外壳（1）内，所述搅拌头外壳（1）底部与可拆卸式搅拌针（3）之间安装有孔径可调式光圈轴肩（5）用于补偿搅拌头外壳（1）的搅拌针通道（101）与可拆卸式搅拌针（3）之间的外侧缝隙，所述可拆卸式搅拌针（3）为锥形搅拌针，所述孔径可调式光圈轴肩（5）包括光圈上盘（501）、若干旋转刀片（502）以及光圈底盘（503），所述光圈上盘（501）下部设置齿状卡条（5011）以及伸缩柱（5012）；所述旋转刀片（502）下部设置活动柱（5022），上部设置伸缩槽（5021）；所述光圈底盘（503）上部设置活动槽（5032）和齿状卡柱（5031）；所述光圈上盘（501）下部设置的齿状卡条（5011）与光圈底盘（503）上部设置的齿状卡柱（5031）咬合；光圈上盘（501）下部设置的伸缩柱（5012）伸入旋转刀片（502）上部设置的伸缩槽（5021）中；所述旋转刀片（502）下部设置的活动柱（5022）伸入光圈底盘（503）上部设置的活动槽（5032）中，形成孔径可调式光圈轴肩（5）。
2.根据权利要求1所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述调节盘（4）包括滚珠丝杠控制轴、若干滚珠，所述滚珠丝杠控制轴内部设有闭合路径孔以及与夹持柄（2）外螺纹线槽相匹配的内螺纹线槽，内螺纹线槽与外螺纹线槽之间形成螺旋路径孔，螺旋路径孔与闭合路径孔的两端相通形成循环通道（6）并可供若干滚珠持续循环运动。
3.根据权利要求2所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，还包括弧形卡扣（7），所述滚珠丝杠控制轴外部周向上设有具有若干固定齿轮的搭接部（401），所述搭接部（401）搭载于搅拌头外壳（1）内部的台阶（102）上，所述搅拌头外壳（1）周向上开设有弧形槽（103），弧形槽（103）内安装有相匹配的弧形卡扣（7），弧形卡扣（7）内侧壁设有与固定齿轮相对应卡接的齿条（701），弧形卡扣（7）内侧壁顶部设有限位卡扣（702）用于防止搭接部（401）向上移动。
4.根据权利要求1所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述夹持柄（2）的上部呈矩形块结构（201），下部设有内螺纹，通过内螺纹与可拆卸式搅拌针（3）上端的外螺纹（301）通过螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述矩形块结构（201）顶部设有若干止动螺栓（2011），所述若干止动螺栓（2011）通过调节高度可与电机夹持臂的底端顶紧。
6.根据权利要求1所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述搅拌头外壳（1）的上部设有法兰盘（104），所述法兰盘（104）周向上设有若干固定孔（1041）用于与电机旋转轴固定相连。
7.根据权利要求1所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述光圈上盘（501）和光圈底盘（503）开设的圆孔洞直径等于可拆卸式搅拌针（3）中部圆柱形的直径。
8.根据权利要求1所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述搅拌头外壳（1）的下部底端设有圆柱形内螺纹孔（105），所述光圈底盘（503）底端设有同心圆环（5033），上部外周上设有与圆柱形内螺纹孔（105）相对应匹配的底盘外螺纹（5034）。
9.根据权利要求1所述的搅拌针长度可调的分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述可拆卸式搅拌针（3）包括下部设有螺纹状（3021）的圆锥形搅拌针纹路（302）、中部圆柱形（303）、中上部矩形柱（304）以及上部设有外螺纹（301）的圆柱形固定端。
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