CN213646302U - 一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种焊具，更具体的说是一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具。包括搅拌针、静止轴肩、等直径螺纹和排料口，所述搅拌针插接在静止轴肩的中心，搅拌针与静止轴肩间隙配合，静止轴肩的下部为锥形，静止轴肩的下部锥形位置呈环形均布有多个排料口，搅拌针的下部设置有螺纹部分，螺纹部分处设置有等直径螺纹，等直径螺纹位于多个排料口处。可以在一次焊接过程中同时完成上侧金属板的隧道成形和上下两侧金属板的搭接。所述搅拌针下部的螺纹部分还设置有三铣平结构，三铣平结构位于正螺纹和反螺纹的下端，三铣平结构是将圆柱状螺纹针铣出三个竖直平面。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种焊具，更具体的说是一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具。
背景技术
搅拌摩擦隧道成形技术是基于搅拌摩擦焊发展而来的一种新型制造技术。该技术是将搅拌摩擦处理过程进行改进，通过高速旋转的搅拌针搅动材料，并促进其从工件顶部排出，从而在工件内部形成连续、稳定的通道。该技术可用来进行散热器等结构中冷却液体流道的制造，因其工艺过程简单、效率高等优势，从而在航空航天、新能源汽车等领域的散热系统中具有广阔的应用前景。英国焊接研究所在2017年申请的专利提供了一种在工件内形成连续稳定通道的方法。其主要原理是将搅拌针插入工件并进行高速旋转从而使材料塑化，搅拌针螺纹促进材料向上流动，搅动的材料经由工件内部通过轴肩的排料口以丝材方式排出。通过在成形过程中改变工艺参数(行进速度、旋转速度、下压力等)，可以对隧道的形状及光洁度等特征进行控制，从而在内部获得连续稳定的隧道。英国焊接研究所于2017年申请了一种实现搅拌摩擦隧道成形的专利技术，专利号为PCT/GB2017/053069。该专利技术可以实现连续稳定的隧道成形过程，已经开始应用在散热水冷板流道结构的加工产业中。特别地，随着航空工业和电力电子行业的发展，发热元件线性排布的结构应用越来越多，从而对于筋板结构等复杂水冷板结构提出了更多的需求。而采用现有技术对其进行制造时，工艺流程较为复杂：需要首先对上侧金属板进行固定装夹，然后在上侧金属板中进行搅拌摩擦隧道成形过程；在上侧金属板内部形成所需隧道后，需要对上下两侧金属板以搭接形式进行二次固定装夹，更换搭接所用焊具后，再将上下两块金属板进行搅拌摩擦搭接焊。该工艺流程复杂，效率低，加工周期长。除此之外，在使用现有技术制造时需要隧道成形和搭接两个过程，而两者的加工路径不相同，因此会在上侧金属板上留下多个匙孔，影响板材表面光洁度及力学性能。
发明内容
本实用新型提供一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其有益效果为使用本焊具进行筋板结构水冷板加工，可以在一次焊接过程中同时完成上侧金属板的隧道成形和上下两侧金属板的搭接。
本实用新型涉及一种焊具，更具体的说是一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，包括搅拌针、静止轴肩、等直径螺纹和排料口，使用本焊具进行筋板结构水冷板加工，可以在一次焊接过程中同时完成上侧金属板的隧道成形和上下两侧金属板的搭接，大大简化了工艺流程、提高效率，并减少了匙孔数量，使焊缝表面更加美观。
所述搅拌针插接在静止轴肩的中心，搅拌针与静止轴肩间隙配合，静止轴肩的下部为锥形，静止轴肩的下部锥形位置呈环形均布有多个排料口，搅拌针的下部设置有螺纹部分，螺纹部分处设置有等直径螺纹，等直径螺纹位于多个排料口处。
优选的，所述搅拌针的下部的螺纹部分还设置有带有锥度的正螺纹和反螺纹，正螺纹和反螺纹的交界处搅拌针直径最大，正螺纹和反螺纹之间的螺纹旋向相反，等直径螺纹位于正螺纹和反螺纹的上端。
优选的，所述搅拌针下部的螺纹部分还设置有三铣平结构，三铣平结构位于正螺纹和反螺纹的下端，三铣平结构是将圆柱状螺纹针铣出三个竖直平面，竖直平面的高度和深度可根据需要设置不同尺寸。
优选的，所述静止轴肩的上部设置有静止轴肩夹持部分，搅拌针的上部为搅拌针的夹持部分。
优选的，所述搅拌针和静止轴肩的材料为工具钢或硬质合金。
优选的，所述螺纹部分的螺纹间距和螺纹深度能够根据需要设置不同尺寸。
优选的，所述正螺纹和反螺纹能够根据需要设置不同的锥度。
优选的，所述搅拌针和静止轴肩之间的间隙为0.1-0.3mm。
优选的，搅拌针下部的三铣平结构替换锥形针结构。
本实用新型一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具的有益效果为：
通过使用本实用新型焊具，可在一次焊接过程同时完成上侧工件的隧道成形和上下两工件的搭接，大大简化了工艺流程，提升了复杂结构水冷板的加工效率。
通过使用本实用新型焊具，在复杂结构水冷板的加工过程中可以减少匙孔数量，使焊缝表面更为美观，且保证了可靠的力学性能。
通过使用本实用新型焊具，带锥度的正反螺纹设计能够扩大所形成隧道的尺寸，从而提高了对不同尺寸水冷板流道加工的工艺适应性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。
图1为本实用新型一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具的结构示意图一；
图2为本实用新型一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具的结构示意图二。
图中：搅拌针1；螺纹部分2；静止轴肩3；静止轴肩夹持部分4；等直径螺纹5；正螺纹6；反螺纹7；三铣平结构8；排料口9。
具体实施方式
具体实施方式一：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实用新型涉及一种焊具，更具体的说是一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，包括搅拌针1、静止轴肩3、等直径螺纹5和排料口9，所述搅拌针1插接在静止轴肩3的中心，搅拌针1与静止轴肩3间隙配合，静止轴肩3的下部为锥形，静止轴肩3的下部锥形位置呈环形均布有多个排料口9，搅拌针1的下部设置有螺纹部分2，螺纹部分2处设置有等直径螺纹5，等直径螺纹5位于多个排料口9处。排料口9保证隧道成形过程中从下端旋转进入静止轴肩3内部的材料能够及时排出。等直径螺纹5与多个排料口9处于同一高度，在焊接过程中旋动静止轴肩3内部的材料进入多个排料口9，从静止轴肩3排出，提高排料效率。静止轴肩3在焊接过程中可使焊缝成形更加整洁、美观。
本实用新型采用搅拌针1和静止轴肩3组合设计，静止轴肩3可降低热输入并使焊缝表面成形更为美观，静止轴肩3设计多个排料口9，且在排料口9内部对应处的搅拌针设计等直径螺纹5，从而更有利于材料向外排出。
具体实施方式二：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式一做进一步说明，所述搅拌针1的下部的螺纹部分2还设置有带有锥度的正螺纹6和反螺纹7，正螺纹6和反螺纹7的交界处搅拌针1直径最大，正螺纹6和反螺纹7之间的螺纹旋向相反，等直径螺纹5位于正螺纹6和反螺纹7的上端。焊接过程中，正螺纹6高速旋转，该部分螺纹促进材料向上流动；同理，反螺纹7促进材料向下流动。
搅拌针1中部采用带有锥度的正螺纹6和反螺纹7的结构，上部正螺纹6促进材料向上流动，下部反螺纹7促进材料向下流动，在正螺纹6和反螺纹7的交界处搅拌针直径最大，在此处产生连续稳定的隧道。
具体实施方式三：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式二做进一步说明，所述搅拌针1下部的螺纹部分2还设置有三铣平结构8，三铣平结构8位于正螺纹6和反螺纹7的下端，三铣平结构8是将圆柱状螺纹针铣出三个竖直平面，竖直平面的高度和深度可根据需要设置不同尺寸。搅拌针1下部使用三铣平结构8设计，在搅拌针1中部形成稳定隧道的基础上，使上下两板完成稳定的搭接，并保证搭接接头的强度可靠性。
具体实施方式四：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式一至三任意一项做进一步说明，所述静止轴肩3的上部设置有静止轴肩夹持部分4，搅拌针1的上部为搅拌针的夹持部分。通过搅拌针的夹持部分与刀柄相连，从而使搅拌针1高速旋转；静止轴肩夹持部分4通过锁紧轴套与刀柄紧固连接，使静止轴肩3在焊接过程中保持相对静止。
具体实施方式五：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式一做进一步说明，所述搅拌针1和静止轴肩3的材料为工具钢或硬质合金。
具体实施方式六：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式一做进一步说明，所述螺纹部分2的螺纹间距和螺纹深度能够根据需要设置不同尺寸。
具体实施方式七：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式二做进一步说明，所述正螺纹6和反螺纹7能够根据需要设置不同的锥度。
具体实施方式八：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式一做进一步说明，所述搅拌针1和静止轴肩3之间的间隙为0.1-0.3mm。
具体实施方式九：
下面结合图1-2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式三做进一步说明，搅拌针1下部的三铣平结构8替换锥形针结构。锥形针结构有利于减小搅拌针1的下扎阻力，以适应不同工况对焊具的要求。
本实用新型的使用步骤如下所示：
步骤一：将两块金属板以搭接方式依次竖直放在工作台上，并用工装夹具进行固定。将搅拌针1和静止轴肩3进行装配，并通过锁紧轴套将其紧固连接在刀柄上；
步骤二：控制搅拌针1以200-5000rpm的转速转动，主轴倾角设定为0-3°，采用恒位移控制模式控制下压量，当其达到设定的下扎深度后，控制其以50-2500mm/min的焊接速度前进；
步骤三：搅拌针1前进过程中，正螺纹6旋转促进材料向上部流动，反螺纹7旋转搅动材料向下部流动，正螺纹6和反螺纹7旋动材料流动方向相反，从而在左右螺纹交界处产生空腔，即搅拌摩擦隧道的形成；且由于正螺纹6和反螺纹7均为带锥度的结构设计，所以在正螺纹6和反螺纹7交界处针直径宽度最大，能够保证相对较大的隧道尺寸，也有利于上下两侧材料分别向上下方向流动。从隧道中旋转出的材料向上到达静止轴肩3内部后，由搅拌针1上的等直径螺纹5旋转，加速其通过静止轴肩3的排料口9从焊具排出，从而保证出料过程的顺畅。焊接过程中，下端三铣平结构8下扎入下侧金属板一定深度，随着搅拌针高速旋转与前进，完成上下两金属板的搭接过程，三铣平结构8可有效提高搭接接头的强度，保证成形过程的可靠性。
步骤四：搅拌针1设定行程结束后上抬离开工件，焊接过程结束，通过一次焊接过程完成了上下两工件的搭接和搅拌摩擦隧道成形。
当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，包括搅拌针(1)、静止轴肩(3)、等直径螺纹(5)和排料口(9)，其特征在于：所述搅拌针(1)插接在静止轴肩(3)的中心，搅拌针(1)与静止轴肩(3)间隙配合，静止轴肩(3)的下部为锥形，静止轴肩(3)的下部锥形位置呈环形均布有多个排料口(9)，搅拌针(1)的下部设置有螺纹部分(2)，螺纹部分(2)处设置有等直径螺纹(5)，等直径螺纹(5)位于多个排料口(9)处。
2.根据权利要求1所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述搅拌针(1)的下部的螺纹部分(2)还设置有带有锥度的正螺纹(6)和反螺纹(7)，正螺纹(6)和反螺纹(7)的交界处搅拌针(1)直径最大，正螺纹(6)和反螺纹(7)之间的螺纹旋向相反，等直径螺纹(5)位于正螺纹(6)和反螺纹(7)的上端。
3.根据权利要求2所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述搅拌针(1)下部的螺纹部分(2)还设置有三铣平结构(8)，三铣平结构(8)位于正螺纹(6)和反螺纹(7)的下端，三铣平结构(8)是将圆柱状螺纹针铣出三个竖直平面。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述静止轴肩(3)的上部设置有静止轴肩夹持部分(4)，搅拌针(1)的上部为搅拌针的夹持部分。
5.根据权利要求1所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述搅拌针(1)和静止轴肩(3)的材料为工具钢或硬质合金。
6.根据权利要求1所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述螺纹部分(2)的螺纹间距和螺纹深度能够根据需要设置不同尺寸。
7.根据权利要求2所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述正螺纹(6)和反螺纹(7)能够根据需要设置不同的锥度。
8.根据权利要求1所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：所述搅拌针(1)和静止轴肩(3)之间的间隙为0.1-0.3mm。
9.根据权利要求3所述的一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具，其特征在于：搅拌针(1)下部的三铣平结构(8)替换锥形针结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022745498.8U CN213646302U (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202022745498.8U CN213646302U (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN213646302U true CN213646302U (zh) | 2021-07-09 |
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ID=76689035
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202022745498.8U Active CN213646302U (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 一种同时实现搭接与搅拌摩擦隧道成形的焊具 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN213646302U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113751858A (zh) * | 2021-10-11 | 2021-12-07 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种双轴肩搅拌摩擦隧道成形方法 |
| CN115740726A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种固相增材实现自修复的浮动式搅拌摩擦焊接装置及方法 |
-
2020
- 2020-11-24 CN CN202022745498.8U patent/CN213646302U/zh active Active
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