CN205237325U - 一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头，是由上轴肩、托盘、固定轴、花键套及多个搅拌轴、表轴肩、底轴肩、压簧等同轴构成。其优点是：可对多层中空构件的多层接头同时进行对焊；可方便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针搅拌头

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针搅拌头，可对多层中空构件的多层接头同时进行对焊，在焊前可方便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针搅拌头的特征是它由上轴肩、搅拌轴、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）每个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同轴一体构件，在其底部轴心沿轴向都制有连接孔；

3）每个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；

4）每个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；

5）固定轴由上连杆和下螺杆构成；

6）在托盘的轴心沿轴向制有螺孔；

7）当搅拌轴数量是1时，搅拌轴的连杆与上轴肩的连接孔连接，搅拌轴的连接孔与固定轴的上连杆连接；当搅拌轴数量大于1时，最上面的搅拌轴的连杆与上轴肩的连接孔连接，下一个搅拌轴的连杆与上一个搅拌轴的连接孔连接，最下面的搅拌轴的连接孔与固定轴的上连杆连接；当上轴肩轴线转动时，与上轴肩连接在一起的搅拌轴和固定轴随之同轴转动；

8）固定轴的下螺杆与托盘的螺孔连接；

9）每个搅拌轴的花键上都连接有表轴肩和底轴肩，通过表轴肩的花键孔和底轴肩的花键孔滑动配合，在底轴肩的凸台和表轴肩的凸台之间装有压簧，最下面的搅拌轴的花键只连接一个底轴肩，其底轴肩的凸台和托盘之间装有压簧。

所述的上轴肩的连接孔是螺孔或是花键孔，搅拌轴的连杆是螺杆或是花键，搅拌轴的连接孔是螺孔或是花键孔，固定轴的上连杆是上螺杆或是上花键。

所述的搅拌轴的连杆与上轴肩的连接孔连接是指搅拌轴的螺杆与上轴肩的螺孔连接，或是指搅拌轴的花键与上轴肩的花键孔连接；下一个搅拌轴的连杆与上一个搅拌轴的连接孔连接是指下一个搅拌轴的螺杆与上一个搅拌轴的螺孔连接，或是指下一个搅拌轴的花键与上一个搅拌轴的花键孔连接；搅拌轴的连接孔与固定轴的上连杆连接是指搅拌轴的螺孔与固定轴的上螺杆连接，或是指搅拌轴的花键孔与固定轴的上花键连接。

所述的搅拌轴的数量与多层接头的母材的层数相同；搅拌轴的花键长度同于或略小于母材各层接头的层间距，而最下面的搅拌轴的花键长度可小于母材接头的层间距；每个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，其固定轴的下螺杆与托盘的螺孔连接是指固定轴的下螺杆与托盘组合的调节螺母的螺孔连接。

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由其下螺杆与连接该下螺杆下端的下花键构成。

所述的压簧是由该压簧与套于搅拌轴的花键上的花键套组合构成，该花键套可使套在其外圆壁上的压簧在受压缩后减小轴向弯曲变形；也可在花键套的外圆壁上制有花键套的凸台，把每个压簧连接于底轴肩的凸台与花键套的凸台之间，及连接于表轴肩的凸台与花键套的凸台之间，由此这可以缩短压簧的长度。

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、搅拌轴、固定轴、各轴肩、压簧、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，可降低本发明在焊接中的弯曲应力及扭转应力，减小搅拌轴的搅拌针直径并提高其使用寿命。

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）在焊前可方便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，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为搅拌轴，包括021为连杆，022为搅拌针，023为花键；03为底轴肩，包括031为摩擦面；04为第一压簧；05为花键套；06为表轴肩，包括061为摩擦面；07为搅拌轴，包括071为连杆，072为搅拌针，073为花键；08为底轴肩，包括081为摩擦面；09为第二压簧；10为花键套；11为表轴肩，包括111为摩擦面；12为最下面的搅拌轴，包括121为连杆，122为搅拌针，123为花键；13为底轴肩，包括131为摩擦面；14为第三压簧；15为固定轴，包括151为上连杆，152为下螺杆，153为花键；16为托盘，包括161为锁紧顶丝；17为焊接母材（中空构件）。

图2为本发明的搅拌轴的一种结构示意图，其中：021、071为连杆；022、072为搅拌针；023、073为花键；024、074为连接孔。

图3为本发明的最下面的搅拌轴的一种结构示意图，其中：121为连杆，122为搅拌针，123为花键，124为连接孔。

图4为本发明的表轴肩的一种结构示意图，其中：061、111为摩擦面，062、112为花键孔，063、113为凸台。

图5为本发明的底轴肩的一种结构示意图，其中：031、081、131为摩擦面，032、082、132为花键孔，033、083、133为凸台。

图6为本发明的固定轴的一种结构示意图，其中：151为上连杆，152为下螺杆，153为花键。

图7为本发明的托盘的一种结构示意图，其中：161为锁紧顶丝，162为螺孔，163为凸台。

图8为本发明的花键套的一种结构示意图，其中：051、101为外圆壁，052、102为内壁。

图9为本发明的花键套的一种结构示意图，其中：051、101为外圆壁，052、102为内壁，053、103为凸台。

具体实施方式

本发明可选用高强耐热合金材料来制造轴肩、搅拌轴及压簧，并进行相应的强化热处理及表面强化处理；焊接母材选用一种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。

本发明的一种实施例参考图1至图9，主要由上轴肩01；搅拌轴02、搅拌轴07、最下面的搅拌轴12、表轴肩06、表轴肩11、底轴肩03、底轴肩08、底轴肩13、第一压簧04、第二压簧09、第三压簧14、托盘16、固定轴15及花键套05、花键套10构成。在实施例中，图1中012是指上轴肩的螺孔，021是指搅拌轴的螺杆，071是指搅拌轴的螺杆，121是指搅拌轴的螺杆，151是指固定轴的上螺杆；图2中021、071是指搅拌轴的螺杆，024、074是指搅拌轴的螺孔；图3中121是指搅拌轴的螺杆，124是指搅拌轴的螺孔；图6中151是指固定轴的上螺杆。

参考图1，在上轴肩的摩擦面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，搅拌轴02由螺杆021连接搅拌针022，搅拌针022再连接花键023形成同轴一体构件，并在搅拌轴02的底部轴心沿轴向制有螺孔024；搅拌轴07由螺杆071连接搅拌针072，搅拌针072再连接花键073形成同轴一体构件，并在搅拌轴07的底部轴心沿轴向制有螺孔074。

参考图1和图3，搅拌轴12为最下面的搅拌轴，由螺杆121连接搅拌针122，搅拌针122再连接花键123形成同轴一体构件，并在搅拌轴12的底部轴心沿轴向制有螺孔124。

参考图1和图4，表轴肩06制有与母材17接头表面接触的摩擦面061，在其轴心沿轴向制有花键孔062，在靠摩擦面061一侧的外圆壁上制有接触第一压簧04的凸台063；表轴肩11制有与母材17接头表面接触的摩擦面111，在其轴心沿轴向制有花键孔112，在靠摩擦面111一侧的外圆壁上制有接触第二压簧09的凸台113。

参考图1和图5，底轴肩03制有与母材17接头底面接触的摩擦面031，在其轴心沿轴向制有花键孔032，在靠摩擦面031一侧的外圆壁上制有接触第一压簧04的凸台033；底轴肩08制有与母材17接头底面接触的摩擦面081，在其轴心沿轴向制有花键孔082，在靠摩擦面081一侧的外圆壁上制有接触第二压簧09的凸台083；底轴肩13制有与母材17接头底面接触的摩擦面131，在其轴心沿轴向制有花键孔132，在靠摩擦面131一侧的外圆壁上制有接触第三压簧14的凸台133。

参考图1和图6，在固定轴15的上部制有螺杆，其螺杆分为两部分，上部为固定轴的上螺杆151，下部为固定轴的下螺杆152；可在下螺杆152的下端制有固定轴的花键153。

参考图1和图7，在托盘16的轴心沿轴向制有螺孔162，在托盘16的侧面制有与螺孔162相通的锁紧顶丝161，托盘16的外圆壁制有接触第三压簧14的凸台163。

参考图1和图8，在底轴肩的凸台033和表轴肩的凸台063之间安装的第一压簧04可由第一压簧04与套于搅拌轴的花键023上的花键套05组合构成，由此将第一压簧04套在花键套的外圆壁051上可减小第一压簧04受压缩后的轴向弯曲变形；在花键套的外圆壁051也可制有凸台053，可把第一压簧04一分为二分别连接于底轴肩的凸台033与花键套的凸台053之间，及连接于表轴肩的凸台063与花键套的凸台053之间，由此可缩短第一压簧04的长度，花键套的内壁052可为圆柱形孔，也可为与搅拌轴的花键023配合连接的花键孔。

参考图1和图9，在底轴肩的凸台083和表轴肩的凸台113之间安装的第二压簧09可由第二压簧09与套于搅拌轴的花键073上的花键套10组合构成，由此将第二压簧09套在花键套的外圆壁101上可减小第二压簧09受压缩后的轴向弯曲变形；在花键套的外圆壁101也可制有花键套的凸台103，可把第二压簧09一分为二分别连接于底轴肩的凸台083与花键套的凸台103之间，及连接于表轴肩的凸台113与花键套的凸台103之间，由此可缩短第二压簧09的长度；花键套的内壁102可为圆柱形孔，也可为与搅拌轴的花键073配合连接的花键孔。

参考图1，把上轴肩的螺孔012与搅拌轴的螺杆021连接，搅拌轴的螺孔024与搅拌轴的螺杆071连接，搅拌轴的螺孔074与搅拌轴的螺杆121连接。

参考图1，将底轴肩的花键孔032与搅拌轴的花键023连接，底轴肩的摩擦面031朝上与上轴肩的摩擦面013相对，然后将适合的第一压簧04套在底轴肩03上并与底轴肩的凸台033接触，再套入表轴肩06，使表轴肩的摩擦面061朝下，表轴肩的花键孔062与搅拌轴的花键023连接，表轴肩的凸台063与第一压簧04接触。

参考图1，将底轴肩的花键孔082与搅拌轴的花键073连接，摩擦面081朝上，然后将适合的第二压簧09套在底轴肩08上并与底轴肩的凸台083接触；再套入表轴肩11，表轴肩的摩擦面111朝下，表轴肩的花键孔112与搅拌轴的花键073连接，表轴肩的凸台113与第二压簧09接触。

参考图1，将底轴肩13套在搅拌轴12位置，使其底轴肩花的键孔132与搅拌轴的花键123连接，底轴肩的摩擦面131朝上，然后将适合的第三压簧14套在底轴肩13上并与底轴肩的凸台133接触。

参考图1，将固定轴的下螺杆152与托盘的螺孔162连接，再把固定轴的上螺杆151与搅拌轴是螺孔124连接，再把托盘的凸台163与第三压簧14接触。

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061和底轴肩的摩擦面081之间，下层接头夹在表轴肩的摩擦面111和底轴肩的摩擦面131之间，可进一步旋转托盘16，使底轴肩的摩擦面131对下层接头底面压力达到要求，然后用其锁紧顶丝161将托盘16与固定轴15间的螺纹连接锁紧。

将本发明上轴肩的夹持柄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，再把连接在本发明上的导焊机构与焊接母材17对接固定，然后可开机对焊接母材进行焊接；也可根据需要，选用可双连接（两端连接）搅拌头的搅拌摩擦焊机，即可在本发明中的固定轴的下螺杆152的下端制有花键153，将花键153与搅拌摩擦焊机的下回转支撑（主动或被动）连接。

Claims (5)

1.一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头，其特征是它由上轴肩(01)、搅拌轴(02,07,12)、表轴肩(06,11)、底轴肩(03,08,13)、第一压簧(04)、第二压簧(09)、第三压簧(14)、固定轴(15)、托盘(16)构成，其中：

1）在上轴肩的摩擦面(013)中心沿轴向制有连接孔(012)；

2）每个搅拌轴(02,07,12)由其上部的连杆(021,071,121)连接搅拌针(022,072,122)，搅拌针(022,072,122)再连接下部的花键(023,073,123)形成同轴一体构件，在其底部轴心沿轴向都制有连接孔(024,074,124)；

3）每个表轴肩(06,11)的一端制有与母材(17)接头表面接触的摩擦面(061,111)，在其轴心沿轴向制有花键孔(062,112)，在其外圆壁上制有接触第一压簧(04)、第二压簧(09)的凸台(063,113)；

4）每个底轴肩(03,08,13)的一端制有与母材(17)接头底面接触的摩擦面(031,081,131)，在其轴心沿轴向制有花键孔(032,082,132)，在其外圆壁上制有接触第一压簧(04)、第二压簧(09)、第三压簧(14)的凸台(033,083,133)；

5）固定轴(15)由上连杆(151)和下螺杆(152)构成；

6）在托盘(16)的轴心沿轴向制有螺孔(162)；

7）当搅拌轴数量是1时，搅拌轴的连杆(121)与上轴肩的连接孔(012)连接，搅拌轴的连接孔(124)与固定轴的上连杆(151)连接；当搅拌轴数量大于1时，最上面的搅拌轴的连杆(021)与上轴肩的连接孔(012)连接，下一个搅拌轴的连杆(071,121)与上一个搅拌轴的连接孔(024,074)连接，最下面的搅拌轴的连接孔(124)与固定轴的上连杆(151)连接；当上轴肩轴线转动时，与上轴肩(01)连接在一起的搅拌轴(02,07,12)和固定轴(15)随之同轴转动；

8）固定轴的下螺杆(152)与托盘的螺孔(162)连接；

9）每个搅拌轴的花键(023,073)上都连接有表轴肩(06,11)和底轴肩(03,08)，通过表轴肩的花键孔(062,112)和底轴肩的花键孔(032,082)滑动配合，在底轴肩的凸台(033,083)和表轴肩的凸台(063,113)之间装有第一压簧(04)、第二压簧(09)；最下面的搅拌轴的花键(123)只连接一个底轴肩(13)，其底轴肩的凸台(133)和托盘(16)之间装有第三压簧(14)。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头，其特征是上轴肩的连接孔(012)是螺孔或是花键孔，搅拌轴的连杆(021,071,121)是螺杆或是花键，搅拌轴的连接孔(024,074,124)是螺孔或是花键孔，固定轴的上连杆(151)是上螺杆或是上花键。

3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头，其特征是固定轴的下螺杆(152)由其下螺杆(152)与连接该下螺杆(152)下端的下花键(153)构成。

4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头，其特征是第一压簧(04)、第二压簧(09)是由该第一压簧(04)、第二压簧(09)与套于搅拌轴的花键(023,073)上的花键套(05,10)组合构成。

5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊用同轴多针搅拌头，其特征是在花键套的外圆壁(051,101)上制有花键套的凸台(053,103)，把每个第一压簧(04)、第二压簧(09)分别连接于底轴肩的凸台(033,083)与花键套的凸台(053,103)之间，及连接于表轴肩的凸台(063,113)与花键套的凸台(053,103)之间。