CN220825570U - 可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及涉及一种可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，包括，刀具主体，刀具主体的一端安装在设备上，刀具主体的另一端具有刀轴，刀轴的远端具有搅拌针；轴肩模块，轴肩模块可拆卸的卡装在刀轴上，轴肩模块的远端具有工作部，工作部为圆环形，搅拌针位于工作部的中心位置，搅拌针凸出于工作部。本实用新型将刀具主体和轴肩模块设置为可拆卸相连，在工作部或搅拌针中任一者磨损无法使用时，可以对磨损的部件进行快速替换，使得工作部和搅拌针都能在使用寿命内充分利用，有效降低了加工成本，保证了加工质量。

Description

可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具

技术领域

本实用新型涉及刀具技术领域，尤其涉及一种可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术，通过摩擦加热和塑性变形来实现材料的连接。相比传统的熔化焊接方法，搅拌摩擦焊避免了材料的熔化和凝固过程，从而降低了焊接缺陷的风险并提高了焊接接头的质量。搅拌摩擦焊优于熔焊的一些重要优点是无电弧、不需要填充焊丝、无材料飞溅，因此该工艺特别适用于铝合金、镁合金等材料。

在实际的搅拌摩擦加工过程中，搅拌刀具轴肩的损耗速率远高于刀具的搅拌针部分。有时候，甚至可以出现轴肩部分完全报废无法继续使用，而搅拌针部仍未完全用尽服役寿命的情况。在刀具工作中，虽然搅拌针部分和轴肩部分工作时的角速度相同，但两者的线速度差异随着直径差异比增加，从而导致了两者承受摩擦磨损行为的差异。例如，使用H13钢材质的搅拌摩擦焊刀具焊接6061铝合金板，通常来说搅拌刀具会在焊接大约1000m行程后报废，这里的有效焊接寿命通常是指刀具搅拌针部分的寿命。然而搅拌摩擦焊刀具轴肩的来说，其外缘含有斜面、斜面或凸角等增加材料塑性流动的几何结构，可以观测到这种轴肩外缘几何结构的快速磨损。对应上述H13搅拌摩擦焊刀具，其轴肩边缘的斜角或凸角结构的实际使用寿命较之更低，约仅有搅拌针寿命的1/2～1/3。这种磨损现象在焊接更为硬质的7075铝合金，或者使用大轴肩刀具时，该现象更为显著。而轴肩的优先磨损行为，又直接导致了在刀具服役寿命的中后期，搅拌摩擦焊焊接效果变差。

因此，相较于搅拌针部分，刀具轴肩部分的过快磨损是搅拌摩擦焊行业的痛点问题。通常，搅拌摩擦焊使用材质更优秀的刀具可以大幅增加其使用寿命。然而这些刀具虽然具有更高的强度，却也大幅增加了搅拌摩擦焊的加工成本。因此在重视成本控制的工业场景中，非钢制搅拌摩擦焊刀具却并未在行业内广泛应用。因此，如果既能将增加的刀具成本控制在可接受的范围内，又能单独增强搅拌摩擦刀具磨损最严重的部位，即可大幅提高工业加工效率，并降本增产。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：现有的搅拌刀具轴肩的损耗速率远高于刀具的搅拌针部分，而将整个刀具材料更换为硬度更高的材质会造成制造成本上升。

为此，本实用新型提供一种可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，包括：刀具主体，所述刀具主体的一端安装在设备上，所述刀具主体的另一端具有刀轴，所述刀轴的远端具有搅拌针；轴肩模块，所述轴肩模块可拆卸的卡装在所述刀轴上，所述轴肩模块的远端具有工作部，所述工作部为圆环形，所述搅拌针位于所述工作部的中心位置，所述搅拌针凸出于所述工作部。

通过采用上述技术方案，本实用新型将刀具主体和轴肩模块设置为可拆卸相连，在工作部或搅拌针中任一者磨损无法使用时，可以对磨损的部件进行快速替换，使得工作部和搅拌针都能在使用寿命内充分利用，有效降低了加工成本，保证了加工质量。

进一步地，所述刀具主体包括本体，所述本体的一端形成为夹持尾柱，所述夹持尾柱的侧面具有安装面，所述夹持尾柱用于与设备相连。

进一步地，所述轴肩模块上开设有通孔，所述刀轴与所述通孔插接配合。

进一步地，所述通孔为圆形，所述本体朝向所述轴肩模块的一端开设有第一槽口，所述轴肩模块朝向所述第一槽口的一端开设有第二槽口，固定键的一端卡设于所述第一槽口内，固定键的一端卡设于所述第二槽口内。

进一步地，所述刀轴截面与所述通孔截面均为多边形。

进一步地，所述轴肩模块与所述本体相抵，所述轴肩模块的远端与所述刀轴的远端相平齐。

进一步地，所述工作部为斜角面或凸边。

进一步地，所述刀具主体由工具钢一体制造成形。

进一步地，所述轴肩模块由超硬合金或陶瓷材料制成。

进一步地，所述轴肩模块通过烧结或3D打印或热挤压的方式一体成形。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，不仅可以在工作部或搅拌针中任一者磨损后进行及时拆卸更换，从而能够将工作部和搅拌针的使用寿命利用完全，而且本实用新型能够根据不同部位磨损量的不同选择不同材料，将更易于磨损的工作部所对应的轴肩模块选用硬度更高更耐磨的材质，降低了更换周期，同时将刀具制造成本进行有效控制，使得加工成本和加工效率得到了合理优化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具的爆炸结构示意图。

图2是本实用新型可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具的结构示意图。

图3是本实用新型可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具的另一种结构的爆炸图。

图4是本实用新型工作部为凸边的截面示意图；

图5是本实用新型工作部为斜角面的截面示意图；

图中：刀具主体101、轴肩模块102、固定键103、夹持尾柱104、安装面105、本体106、刀轴107、搅拌针108、第一槽口109、第二槽口110、工作部111、通孔112。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1至图5所示，一种可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，包括刀具主体101和轴肩模块102，刀具主体101的一端安装在设备上，刀具主体101的另一端具有刀轴107，刀轴107的远端具有搅拌针108；轴肩模块102可拆卸的卡装在刀轴107上，轴肩模块102的远端具有工作部111，工作部111为圆环形，搅拌针108位于工作部111的中心位置，搅拌针108凸出于工作部111。

由此，本实用新型将刀具主体101和轴肩模块102设置为可拆卸相连，在工作部111或搅拌针108中任一者磨损无法使用时，可以对磨损的部件进行快速替换，使得工作部111和搅拌针108都能在使用寿命内充分利用，有效降低了加工成本，保证了加工质量。

具体的，刀具主体101包括本体106，本体106的一端形成为夹持尾柱104，夹持尾柱104的侧面具有安装面105，夹持尾柱104用于与设备相连。夹持尾柱104主要用于安装在搅拌摩擦焊的设备上，安装面105一方面用于安装夹持时的定位，另一方面能够在进行搅拌摩擦时避免刀具主体101出现打滑。

进一步地，轴肩模块102上开设有通孔112，刀轴107与通孔112插接配合。就是说，采用插接配合的方式可以实现轴肩模块102与刀轴107之间的快速拆装。

结合图1，通孔112为圆形，本体106朝向轴肩模块102的一端开设有第一槽口109，轴肩模块102朝向第一槽口109的一端开设有第二槽口110，固定键103的一端卡设于第一槽口109内，固定键103的一端卡设于第二槽口110内。当通孔112和刀轴107配合面为圆形面时，为了避免轴肩模块102出现打滑，保证轴肩模块102与刀轴107同步转动，设置固定键103将轴肩模块102与刀轴107卡装，保证两者在搅拌摩擦时保持同步运动。

结合图3，刀轴107截面与通孔112截面均为多边形。就是说，当刀轴107截面与通孔112截面为相配合的异形结构时，无需设置固定键103即可保证轴肩模块102与刀轴107同步转动，本实施例中刀轴107截面与通孔112截面均为正方形。

当然，轴肩模块102和刀具主体101之间采用一系列固定配合方式，包括但不限于非圆配合固定、键固定、销固定、卡齿固定、嵌合、过盈配合固定等。

进一步地，轴肩模块102与本体106相抵，轴肩模块102的远端与刀轴107的远端相平齐。这样能够保证搅拌摩擦时本体106向轴肩模块102施加压力，提高搅拌摩擦效果。

结合图4，工作部111为凸边。凸边位于轴肩模块102端面边缘部分，凸边为圆环形凸起结构，这样设计利于边缘进行搅拌摩擦焊接。

结合图5，工作部111为斜角面。斜角面位于轴肩模块102远端，并且由内向外轴向长度逐渐增加，轴肩模块102端面边缘部分高度最高，这样设计利于边缘进行搅拌摩擦焊接。

在实际加工时可以根据实际工况选择安装不同工作部111的轴肩模块102进行加工，从而提高搅拌摩擦焊效果。

进一步地，刀具主体101由工具钢一体制造成形。如H13、M2等工具钢。

进一步地，轴肩模块102由超硬合金或陶瓷材料制成。例如钨铼合金、YG8钨钢、氧化铝、碳化钨等材料。

进一步地，轴肩模块102通过烧结或3D打印或热挤压的方式一体成形，而后通过精加工(车削、磨削等)形成。

下表是不同刀具材质以焊接6061铝合金的对比表

由上表可知，采用本实用新型的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，能够大幅降低焊接成本，另一方面，对于纯H13钢的刀具，焊接寿命虽然能够达到1000m，但在焊接约500m后，其轴肩部分会出现磨损，对于纯钨铼合金的刀具，焊接寿命虽然能够达到8000m，但在焊接约4000m后，其轴肩部分会出现磨损，因此序号1和2的方案在焊接寿命的半程后会出现搅拌挤出飞边增加，焊道表层切削量增加的焊接效果变差的现象，而本实用新型的序号3中的刀具主体101能够有效工作1500m，轴肩模块102能够有效工作4500m，一个轴肩模块102能够用于三个刀具主体101，且能够在整个焊接寿命内不出现轴肩磨损的情况，提升了焊接效果。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，不仅可以在工作部111或搅拌针108中任一者磨损后进行及时拆卸更换，从而能够将工作部111和搅拌针108的使用寿命利用完全，而且本实用新型能够根据不同部位磨损量的不同选择不同材料，将更易于磨损的工作部111所对应的轴肩模块102选用硬度更高更耐磨的材质，降低了更换周期，同时将刀具制造成本进行有效控制，使得加工成本和加工效率得到了合理优化。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，包括，

刀具主体(101)，所述刀具主体(101)的一端安装在设备上，所述刀具主体(101)的另一端具有刀轴(107)，所述刀轴(107)的远端具有搅拌针(108)；

轴肩模块(102)，所述轴肩模块(102)可拆卸的卡装在所述刀轴(107)上，所述轴肩模块(102)的远端具有工作部(111)，所述工作部(111)为圆环形，所述搅拌针(108)位于所述工作部(111)的中心位置，所述搅拌针(108)凸出于所述工作部(111)。

2.根据权利要求1所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述刀具主体(101)包括本体(106)，所述本体(106)的一端形成为夹持尾柱(104)，所述夹持尾柱(104)的侧面具有安装面(105)，所述夹持尾柱(104)用于与设备相连。

3.根据权利要求2所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述轴肩模块(102)上开设有通孔(112)，所述刀轴(107)与所述通孔(112)插接配合。

4.根据权利要求3所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述通孔(112)为圆形，所述本体(106)朝向所述轴肩模块(102)的一端开设有第一槽口(109)，所述轴肩模块(102)朝向所述第一槽口(109)的一端开设有第二槽口(110)，固定键(103)的一端卡设于所述第一槽口(109)内，固定键(103)的一端卡设于所述第二槽口(110)内。

5.根据权利要求3所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述刀轴(107)截面与所述通孔(112)截面均为多边形。

6.根据权利要求2所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述轴肩模块(102)与所述本体(106)相抵，所述轴肩模块(102)的远端与所述刀轴(107)的远端相平齐。

7.根据权利要求1所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述工作部(111)为斜角面或凸边。

8.根据权利要求1所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述刀具主体(101)由工具钢一体制造成形。

9.根据权利要求1所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述轴肩模块(102)由超硬合金或陶瓷材料制成。

10.根据权利要求9所述的可更换轴肩的搅拌摩擦焊刀具，其特征在于，所述轴肩模块(102)通过烧结或3D打印或热挤压的方式一体成形。