CN205129175U - 一种搅拌摩擦焊用同轴多搅拌针的搅拌头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种搅拌摩擦焊用同轴多搅拌针的搅拌头，是由上轴肩、上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、表轴肩、底轴肩、压簧、托盘、固定轴构成。其优点是：可对多层中空构件的多层接头同时进行对焊；可较准确地调整各层接头表面摩擦压力并在焊接过程中保持其压力与热输入均匀稳定，使各层接头都能得到理想的组织形态和较高的力学性能；可方便更换搅拌针等易耗件。

Description

一种搅拌摩擦焊用同轴多搅拌针的搅拌头

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术，是一种搅拌摩擦焊用搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊用搅拌头是搅拌摩擦焊的重要焊接元件，目前搅拌摩擦焊接多采用单肩搅拌头，存在焊接接头根部“焊不透”缺陷及焊接中空构件（无背部支撑焊接）困难等问题，为此发展了双轴肩搅拌头及其多针搅拌头，专利申请201410691524X提出一种可更换搅拌针的双轴肩搅拌摩擦焊用搅拌头，可更换焊接不同厚度母材的搅拌针；专利申请2009801089895提出一种焊接中空构件的多轴肩搅拌摩擦焊搅拌头，可通过螺纹调节多个双轴肩同时进行多层接头焊接。但上述搅拌头的轴肩距在焊前调节确定后就不能在焊接过程中改变，而实际焊接生产中，轧制或挤压的焊接母材及构件在焊接方向的接头厚度存在偏差，其焊接装卡也存在误差，使采用双轴肩固定的搅拌头在焊接中的摩擦力发生变化，致使热输入不均匀，从而导致整条接头的力学性能不一致，且为保证热输入，往往将双轴肩间距调整偏小，从而出现接头偏薄和过热（使接头晶粒增大，强度降低）、搅拌头寿命降低或损坏及焊接设备载荷增大等问题。

发明内容

本发明可提供一种搅拌摩擦焊用同轴多搅拌针的搅拌头，可对多层中空构件的多层接头同时进行对焊，在焊前可较准确地调整各层接头表面适合的摩擦压力并在焊接过程中保持其压力稳定不变，使各层接头都能得到理想的组织形态和较高的力学性能。

本发明的技术方案是：一种搅拌摩擦焊用同轴多搅拌针的搅拌头的特征是它由上轴肩、上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、表轴肩、底轴肩、压簧、固定轴、托盘构成，其中：

1）在上轴肩的摩擦面中心沿轴向制有连接孔；

2）上搅拌轴由其上部的连杆连接搅拌针，搅拌针再连接下部的花键形成一体构件，在其底部轴心沿轴向都制有连接孔；

3）下搅拌轴由搅拌针与连接两端的花键形成一体构件，在花键的端面轴心沿轴向制有连接孔；

4）表轴肩的一端制有与母材接头表面接触的摩擦面，在其轴心沿轴向制有花键孔，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台；

5）底轴肩的一端制有与母材接头底面接触的摩擦面，在其轴心沿轴向制有花键孔，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台；

6）中轴由中间部分的中螺杆与连接两端的连杆形成一体构件；

7）固定轴由上连杆和下螺杆构成；

8）在托盘的轴心沿轴向制有螺孔；

9）当下搅拌轴数量是1时，上轴肩的连接孔与上搅拌轴的连杆连接，上搅拌轴的连接孔与中轴的一端的连杆连接，中轴的另一端的连杆与下搅拌轴的一端的连接孔连接，下搅拌轴的另一端的连接孔与固定轴的上连杆连接；当下搅拌轴数量大于1时，最下面的下搅拌轴的一端的连接孔与中轴的连杆连接，另一端的连接孔与固定轴的上连杆连接，其它的下搅拌轴的连接孔都与中轴的连杆连接；当上轴肩轴线转动时，与上轴肩连接在一起的上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、固定轴随之同轴转动；

10）上搅拌轴的花键与一个底轴肩的花键孔滑动连接，其底轴肩的摩擦面朝上与上轴肩的摩擦面相对；

11）每个下搅拌轴的一端的花键都与一个表轴肩的花键孔滑动连接，另一端的花键都与一个底轴肩的花键孔滑动连接，其表轴肩的摩擦面与底轴肩的摩擦面相对；

12）每个中轴的中螺杆都与两个托盘的螺孔连接，固定轴的下螺杆与托盘的螺孔连接；

13）在表轴肩的凸台和托盘之间安装压簧，在底轴肩的凸台和托盘之间安装压簧。

所述的上轴肩的连接孔是螺孔或是花键孔，上搅拌轴的连杆是螺杆或是花键，上搅拌轴的连接孔是螺孔或是花键孔，下搅拌轴的连接孔是螺孔或是花键孔，中轴的连杆是端螺杆或是花键，固定轴的上连杆是螺杆或是花键。

所述的上轴肩的连接孔与上搅拌轴的连杆连接是指上轴肩的螺孔与上搅拌轴的螺杆连接，或是指上轴肩的花键孔与上搅拌轴的花键连接；上搅拌轴的连接孔与中轴的连杆连接是指上搅拌轴的螺孔与中轴的端螺杆连接，或是指上搅拌轴的花键孔与中轴的花键连接；中轴的连杆与下搅拌轴的连接孔连接是指中轴的端螺杆与下搅拌轴的螺孔连接，或是指中轴的花键与下搅拌轴的花键孔连接；下搅拌轴的连接孔与固定轴的上连杆连接是指下搅拌轴的螺孔与固定轴的上螺杆连接，或是指下搅拌轴的花键孔与固定轴的上花键连接。

所述的下搅拌轴的数量与多层接头的母材的层数相同；上搅拌轴的搅拌针和下搅拌轴的搅拌针的长度可同于或略大于母材各层接头的厚度。

所述的压簧可以是不同匝数的螺旋压簧或是碟形弹簧或是螺旋压簧和碟形弹簧的组合，也可以是不同刚度压簧的组合。

所述的花键为齿形花键，花键孔是与齿形花键配合的齿形花键孔，其齿数为1～10。

所述的花键为多面体形花键，花键孔是与多面体花键配合的多面体花键孔。

所述的托盘是带有锁紧机构的托盘。

所述的中轴的中螺杆的规格尺寸和中轴的端螺杆的规格尺寸为同一规格尺寸；固定轴的上螺杆的规格尺寸和固定轴的下螺杆的规格尺寸为同一规格尺寸。

所述的托盘是托盘与安装在托盘下端的与中轴的中螺杆及固定轴的下螺杆螺纹连接的调节螺母的组合，其托盘的螺孔是指与托盘组合的调节螺母的螺孔。

所述的调节螺母是带有锁紧机构的调节螺母。

所述的固定轴的下螺杆是与连接该下螺杆下端的下花键组合构成。

本发明使用时，可根据待焊中空构件的各层接头厚度及层间距，配置本发明中对应的上轴肩、上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、表轴肩、底轴肩、压簧、固定轴、托盘等并组装，然后装卡在导焊板（或导焊机构）上（也可先装卡后组装），再将上轴肩的夹持柄直接或通过连接套安装于搅拌摩擦焊机的回转动力机构上，把导焊板（或导焊机构）与待焊接的中空构件进行对接，然后可开机进行焊接；也可根据需要，选用可连接搅拌头两端的搅拌摩擦焊机，即可将本发明中的固定轴的下花键与搅拌摩擦焊机的另一回转支撑（主动或从动）连接。

本发明的有益效果包括：

1）可对多层中空构件的多层接头同时进行对焊；

2）在焊前可较准确地调整各层接头表面的摩擦压力并在焊接过程中保持其压力稳定，使热输入始终均匀稳定，使各层接头都能得到理想的组织形态和较高的力学性能，消除未焊透或根部缺陷等问题；

3）可方便将本发明各部件拆分，方便更换搅拌针等易耗件。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图，其中：01为上轴肩，包括011为夹持柄，012为连接孔，013为摩擦面；02为上搅拌轴，包括021为连杆，023为搅拌针，024为花键；03为底轴肩，包括031为摩擦面；04为压簧；05为托盘，包括051为锁紧顶丝；06为中轴，包括062为中螺杆，061、063为连杆；07为托盘，包括071为锁紧顶丝；08为压簧；09为表轴肩，包括091为摩擦面；10为下搅拌轴，包括102为搅拌针，101、103为花键；11为底轴肩，包括111为摩擦面；12为压簧；13为托盘，包括131为锁紧顶丝；14为中轴，包括142为中螺杆，141、143为连杆；15为托盘，包括151为锁紧顶丝；16为压簧；17为表轴肩，包括171为摩擦面；18为下搅拌轴，包括182为搅拌针，181、183为花键；19为底轴肩，包括191为摩擦面；20为压簧；21为托盘，包括211为锁紧顶丝；22为固定轴，包括221为下螺杆，222为下花键；23为焊接母材（中空构件）。

图2为本发明的上搅拌轴的一种结构示意图，其中：021为连杆，022为连接孔，023为搅拌针，024为花键。

图3为本发明的底轴肩的一种结构示意图，其中：031、111、191为摩擦面，032、112、192为凸台，033、113、193为花键孔。

图4为本发明的托盘的一种结构示意图，其中：051、071、131、151、211为锁紧顶丝，052、072、132、152、212为螺孔，053、073、133、153、213为压簧接触面。

图5为本发明的中轴的一种结构示意图，其中：062、142为中螺杆，061、063、141、143为连杆。

图6为本发明的表轴肩的一种结构示意图，其中：091、171为摩擦面，092、172为凸台，093、173为花键孔。

图7为本发明的下搅拌轴的一种结构示意图，其中：102、182为搅拌针，101、103、181、183为花键，104、105、184、185为连接孔。

图8为本发明的固定轴的一种结构示意图，其中：221为下螺杆，222为下花键，223为上连杆。

具体实施方式

本发明可选用高强耐热合金材料来制造上轴肩、上搅拌轴、下搅拌轴、表轴肩、底轴肩、压簧等，并进行相应的强化热处理及表面强化处理；焊接母材23选用一种6005A-T6(GB/T6892)铝合金的三层中空构件，每层接头厚度约5.5mm；以下结合附图对本发明的实施例进行说明。

参考图1，本发明的一种实施例主要由上轴肩01，上搅拌轴02，下搅拌轴10，下搅拌轴18，中轴06，中轴14，表轴肩09，表轴肩17，底轴肩03，底轴肩11，底轴肩19，压簧04，压簧08，压簧12，压簧16，压簧20，托盘05，托盘07，托盘13，托盘15，托盘21，固定轴22构成。

在实施例中，图1中的012为上轴肩的螺孔，图1中的021为上搅拌轴的螺杆，图1中的061、063、141、143为中轴的端螺杆，图2中的021为上搅拌轴的螺杆，图2中的022为上搅拌轴的螺孔，图5中的061、063、141、143为中轴的端螺杆，图7中的104、105、184、185为下搅拌轴的螺孔，图8中的223为固定轴的上螺杆。

参考图1，在上轴肩01的摩擦面013中心沿轴向制有螺孔012，在上轴肩01的上端制有夹持柄011。

参考图1和图2，把上搅拌轴02制成由螺杆021、搅拌针02、花键024构成的同轴一体构件，并在其花键024端部轴心沿轴向制有螺孔022。

参考图1和图3，在底轴肩03的一端制有与母材23的接头底面接触的摩擦面031，在其轴心沿轴向制有花键孔033，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台032；在底轴肩11的一端制有与母材23的接头底面接触的摩擦面111，在其轴心沿轴向制有花键孔113，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台112；在底轴肩19的一端制有与母材23的接头底面接触的摩擦面191，在其轴心沿轴向制有花键孔193，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台192。

参考图1和图4所示，在托盘05的轴心沿轴向制有螺孔052，在其侧面制有与螺孔相通的锁紧顶丝051，并在其一端的径向制有压簧接触面053；在托盘07的轴心沿轴向制有螺孔072，在其侧面制有与螺孔相通的锁紧顶丝071，并在其一端的径向制有压簧接触面073；在托盘13的轴心沿轴向制有螺孔132，在其侧面制有与螺孔相通的锁紧顶丝131，并在其一端的径向制有压簧接触面133；在托盘15的轴心沿轴向制有螺孔152，在其侧面制有与螺孔相通的锁紧顶丝151，并在其一端的径向制有压簧接触面153；在托盘21的轴心沿轴向制有螺孔212，在其侧面制有与螺孔相通的锁紧顶丝211，并在其一端的径向制有压簧接触面213。

参考图1和图5所示，把中轴06制成中部为中螺杆062，中螺杆062的两端为端螺杆061和063的一体构件；在中轴14制成中部为中螺杆142，中螺杆142的两端为端螺杆141和143的一体构件；上述中轴的中螺杆062、142的规格尺寸和中轴的端螺杆061、063、141、143的规格尺寸可以为同一规格尺寸。

参考图1和图6，把表轴肩09的一端制有与母材23的接头表面接触的摩擦面091，在其轴心沿轴向制有花键孔093，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台092；表轴肩17的一端制有与母材23的接头表面接触的摩擦面171，在其轴心沿轴向制有花键孔173，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台172。

参考图1和图7，将下搅拌轴10制成中部为搅拌针102，搅拌针102的两端为花键101和103的一体构件，在花键101的端面轴心沿轴向制出螺孔104，在花键103的端面轴心沿轴向制出螺孔105；将下搅拌轴18制成中部为搅拌针182，搅拌针182的两端为花键181和183的一体构件，在花键181的端面轴心沿轴向制出螺孔184，在花键183的端面轴心沿轴向制出螺孔185。

参考图1和图8，把固定轴22制成上部为上螺杆223，中部为下螺杆221，下部为下花键222的一体构件；固定轴的上螺杆223的规格尺寸和固定轴的下螺杆221的规格尺寸可以为同一规格尺寸。

参考图1，若焊接中空构件的层数为两层时，下搅拌轴数量是1，可将上轴肩的螺孔012与上搅拌轴02的螺杆021连接，上搅拌轴02的螺孔022与中轴06的端螺杆061连接，中轴06的另一端螺杆063与下搅拌轴10的螺孔104连接，下搅拌轴10的另一螺孔105与固定轴22的上螺杆223连接；轴线转动上轴肩01时，与上轴肩01连接在一起的上搅拌轴02、下搅拌轴10、中轴06及固定轴22随之同轴转动。

参考图1，若焊接中空构件的层数为三层时，下搅拌轴数量是2，可将上轴肩的螺孔012与上搅拌轴02的螺杆021连接，上搅拌轴02的螺孔022与中轴06的端螺杆061连接，中轴06的另一端螺杆063与下搅拌轴10的螺孔104连接，下搅拌轴10的另一螺孔105与

中轴14的端螺杆141连接，中轴14的另一端螺杆143与下搅拌轴18的螺孔184连接，下搅拌轴18的另一螺孔185与固定轴22的上螺杆223连接；轴线转动上轴肩01时，与上轴肩01连接在一起的上搅拌轴02、下搅拌轴10、下搅拌轴18、中轴06、中轴14及固定轴22随之同轴转动。

参考图1，将上搅拌轴的花键024与底轴肩03的花键孔033滑动连接，底轴肩的摩擦面031朝上与上轴肩的摩擦面013相对。

参考图1，将下搅拌轴10的花键101与表轴肩09的花键孔093滑动连接，其另一花键103与底轴肩11的花键孔113滑动连接，表轴肩的摩擦面091与底轴肩的摩擦面111相对；将下搅拌轴18的花键181与表轴肩17的花键孔173滑动连接，其另一花键183与底轴肩19的花键孔193滑动连接，表轴肩的摩擦面171与底轴肩的摩擦面191相对。

参考图1，从中轴的中螺杆062的上端与托盘05的螺孔052连接，托盘05的压簧接触面053朝上；从中轴的中螺杆062的下端与托盘07的螺孔072连接，托盘07的压簧接触面073朝下；从中轴的中螺杆142的上端与托盘13的螺孔132连接，托盘13的压簧接触面133朝上；从中轴的中螺杆142的下端与托盘15的螺孔152连接，托盘15的压簧接触面153朝下；把固定轴的下螺杆221与托盘21的螺孔212连接，托盘21的压簧接触面213朝上。

参考图1，在表轴肩09的凸台092和托盘07的压簧接触面073之间安装压簧08；

在表轴肩17的凸台172和托盘15的压簧接触面153之间安装压簧16；在底轴肩03的凸台032和托盘05的压簧接触面053之间安装压簧04；在底轴肩11的凸台112和托盘13的压簧接触面133之间安装压簧12；在底轴肩19的凸台192和托盘21的压簧接触面213之间安装压簧20。

选用的压簧是螺旋压簧或是碟形弹簧；选用花键与花键孔的连接为齿数5的齿形花键与花键孔的连接，也可选用六面体形花键与花键孔的连接。

托盘05、07、13、15、21可以是带有锁紧顶丝051、071、131、151、211作为锁紧机构的托盘；托盘05、07、13、15、21可以是与安装其下端的与中轴的中螺杆062、142连接及与固定轴的下螺杆221连接的调节螺母的组合，其托盘的螺孔052、072、132、152、212是指与托盘组合的调节螺母的螺孔（托盘的螺孔改为通孔）。

可以在固定轴的下螺杆221的下端制有下花键222。

本发明使用时，可根据待焊中空构件的各层接头厚度及层间距，配置本发明中对应的上轴肩、上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、表轴肩、底轴肩、压簧、固定轴、托盘等并组装；可将上述安装完成的本发明装入导焊机构（该导焊机构可与实际焊接母材23的三层中空构件尺寸相近），使其上层接头夹在上轴肩的摩擦面013和底轴肩的摩擦面031之间，中层接头夹在表轴肩的摩擦面091和底轴肩的摩擦面111之间，下层接头夹在表轴肩的摩擦面171和底轴肩的摩擦面191之间，旋转托盘05、07、13、15、21来调整各摩擦面对焊接接头的压力；然后可将上轴肩的夹持柄011直接或通过连接套安装于搅拌摩擦焊机的回转动力机构上，把导焊板（或导焊机构）与母材23（中空构件）进行对接后可开机进行焊接；也可根据需要，选用可连接搅拌头两端的搅拌摩擦焊机，即可将本发明中的固定轴的下花键222与搅拌摩擦焊机的另一回转支撑（主动或从动）连接，由此可降低本发明在焊接中的弯曲应力及扭转应力，减小搅拌体的搅拌针直径并提高其使用寿命。

Claims (3)

1.一种搅拌摩擦焊用同轴多搅拌针的搅拌头，其特征是它由上轴肩、上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、表轴肩、底轴肩、压簧、固定轴、托盘构成，其中：

1）在上轴肩的摩擦面中心沿轴向制有连接孔；

2）上搅拌轴由其上部的连杆连接搅拌针，搅拌针再连接下部的花键形成一体构件，在其底部轴心沿轴向都制有连接孔；

3）下搅拌轴由搅拌针与连接两端的花键形成一体构件，在花键的端面轴心沿轴向制有连接孔；

4）表轴肩的一端制有与母材的接头表面接触的摩擦面，在其轴心沿轴向制有花键孔，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台；

5）底轴肩的一端制有与母材的接头底面接触的摩擦面，在其轴心沿轴向制有花键孔，在其外圆壁上制有接触压簧的凸台；

6）中轴由中间部分的中螺杆与连接两端的连杆形成一体构件；

7）固定轴由上连杆和下螺杆构成；

8）在托盘的轴心沿轴向制有螺孔；

9）当下搅拌轴数量是1时，上轴肩的连接孔与上搅拌轴的连杆连接，上搅拌轴的连接孔与中轴的一端的连杆连接，中轴的另一端的连杆与下搅拌轴的一端的连接孔连接，下搅拌轴的另一端的连接孔与固定轴的上连杆连接；当下搅拌轴数量大于1时，最下面的下搅拌轴的一端的连接孔与中轴的连杆连接，另一端的连接孔与固定轴的上连杆连接，其它的下搅拌轴的连接孔都与中轴的连杆连接；当上轴肩轴线转动时，与上轴肩连接在一起的上搅拌轴、下搅拌轴、中轴、固定轴随之同轴转动；

10）上搅拌轴的花键与一个底轴肩的花键孔滑动连接，其底轴肩的摩擦面朝上与上轴肩的摩擦面相对；

11）每个下搅拌轴的一端的花键都与一个表轴肩的花键孔滑动连接，另一端的花键都与一个底轴肩的花键孔滑动连接，其表轴肩的摩擦面与底轴肩的摩擦面相对；

12）每个中轴的中螺杆都与两个托盘的螺孔连接，固定轴的下螺杆与托盘的螺孔连接；

13）在表轴肩的凸台和托盘之间安装压簧，在底轴肩的凸台和托盘之间安装压簧。

2.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是上轴肩的连接孔是螺孔或是花键孔，上搅拌轴的连杆是螺杆或是花键，上搅拌轴的连接孔是螺孔或是花键孔，下搅拌轴的连接孔是螺孔或是花键孔，中轴的连杆是端螺杆或是花键，固定轴的上连杆是螺杆或是花键。

3.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是固定轴的下螺杆是与连接该下螺杆下端的下花键组合构成。