專利名稱：一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料的加工裝置，尤其是一種摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的加工裝置。
背景技術(shù)：
摩擦攪拌加工(以下簡稱FSP)是一種全新的固態(tài)下材料加工技術(shù)。 因加工過程中的最高溫度小于基體材料的熔點(diǎn)，故稱為固態(tài)加工技術(shù)，其基本工作原理是 攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，攪拌頭與工件基體接觸部位發(fā)生摩擦產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致攪拌頭周圍金屬軟化。隨后攪拌頭沿某一方向按一定速度行進(jìn)，此時(shí)攪拌頭對周圍的塑化金屬產(chǎn)生碎化、機(jī)械混合、碾壓等作用，在攪拌頭掃過的區(qū)域形成了一種極其細(xì)密的合金組織。這項(xiàng)技術(shù)已在鋁基復(fù)合材料制備、材料表面改性等方面得到應(yīng)用。目前摩擦攪拌加工使用的攪拌頭，其結(jié)構(gòu)主要是實(shí)心的圓柱體形攪拌頭，其上部置于與其相對應(yīng)的攪拌頭卡具內(nèi)，攪拌頭下端為工作平面，該工作平面中部設(shè)有與該攪拌頭同軸線的導(dǎo)向凸塊。它的不足之處是1、FSP技術(shù)的關(guān)鍵是添加的金屬料需要在焊接之前填充到預(yù)加工位置，可以采用在板材表面開槽或在板材表面以下開孔的形式，或者采用類似“三明治”的方法把兩種或多種合金板組合在一起。然而上述方法都需要焊前對被加工基材進(jìn)行機(jī)械加工才能實(shí)現(xiàn)，既提高成本又麻煩。2、 所采用的實(shí)心式攪拌頭不能進(jìn)行在線添加合金料。3、在加工過程中，要求攪拌頭位置必須和預(yù)埋合金料的位置嚴(yán)格對應(yīng)，需要精確的裝配和加工過程控制。4、現(xiàn)有攪拌頭多為一體式實(shí)心結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生磨損，攪拌頭整體報(bào)費(fèi)，增加了加工成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效降低FSP加工成本，實(shí)現(xiàn)在線添加低熔點(diǎn)金屬粉的一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭。本發(fā)明主要是攪拌頭體內(nèi)設(shè)可裝有低熔點(diǎn)金屬粉的空腔，并且導(dǎo)向凸塊活動(dòng)連接在攪拌頭主體上。本發(fā)明主要包括有攪拌頭主體、堵頭、彈簧、推料塞、導(dǎo)向凸塊及低熔點(diǎn)金屬粉。其中，該攪拌頭仍有上部可置于與其相對應(yīng)的攪拌頭卡具內(nèi)的圓柱形主體，但該圓柱形主體內(nèi)有中心通孔，該通孔頂部設(shè)有內(nèi)螺紋，其與將中心通孔頂部活動(dòng)封閉的堵頭螺紋連接。該堵頭下面設(shè)有彈簧，該彈簧的下面固定在圓柱形推料塞上，該推料塞的直徑與主體中心通孔直徑相同。 該推料塞下部的中心通孔為低熔點(diǎn)金屬粉腔，該腔內(nèi)可裝有如Sn、Pb、Ga、h及其它們的合金等金屬粉。攪拌頭主體下部中心通孔的直徑大于上部中心通孔的直徑，其內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向凸塊，并且該導(dǎo)向凸塊的端頂卡在主體中心通孔兩直徑相交處，主體下部側(cè)壁設(shè)水平的螺孔，穿過該螺孔的螺釘里端與導(dǎo)向凸塊上的槽孔相對應(yīng)，以便將導(dǎo)向凸塊定位。該導(dǎo)向凸塊內(nèi)設(shè)貫穿上下兩端并且上端與低熔點(diǎn)金屬粉腔相連通的通孔，該通孔可以是單獨(dú)一個(gè)孔， 該孔可以是直孔，即通孔與導(dǎo)向凸塊同軸線，該孔也可以是斜孔，即通孔與導(dǎo)向凸塊不同軸線；上述通孔可以是上面為一個(gè)孔，下面為2-8個(gè)與上面相連通的支孔。最好，上述導(dǎo)向凸塊伸到主體工作平面外的部分位于工作平面中部，并且直徑小于主體內(nèi)的部分。本發(fā)明的工作過程大體如下向上述專用攪拌頭的低熔點(diǎn)金屬粉腔內(nèi)裝有低熔點(diǎn)合金。工作時(shí)，攪拌頭以一定轉(zhuǎn)速(ω)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的摩擦熱熔化攪拌頭內(nèi)的低熔點(diǎn)合金粉。 隨后攪拌頭按一定速度(ν)行進(jìn)，同時(shí)借助彈簧產(chǎn)生的推力，由推料塞把熔化的低熔點(diǎn)金屬從攪拌頭導(dǎo)向凸塊下端擠出，并與周圍高溫塑化的鋁金屬基體混合，冷卻后形成固態(tài)合金。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1)可以實(shí)現(xiàn)在線添加低熔點(diǎn)金屬粉；2)加工前不需要對被加工件進(jìn)行機(jī)械加工來預(yù)填低熔點(diǎn)金屬粉，不僅減少了加工工序同時(shí)也降低了加工成本；3)對加工過程不需要進(jìn)行精確控制，簡化了加工工藝；4)攪拌頭工作部分如果發(fā)生磨損，可以方便地進(jìn)行更換，降低了攪拌頭的使用成本。


圖1是本發(fā)明主視剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭主視剖面示意圖中，該攪拌頭有上部可置于與其相對應(yīng)的攪拌頭卡具1內(nèi)的圓柱形主體2，該圓柱形主體內(nèi)有中心通孔，該通孔頂部設(shè)有內(nèi)螺紋，其與將中心通孔頂部活動(dòng)封閉的堵頭3螺紋連接。該堵頭下面設(shè)有彈簧4，該彈簧的下面固定在圓柱形推料塞5上，該推料塞的直徑與主體中心通孔直徑相同。該推料塞下部的中心通孔為低熔點(diǎn)金屬粉腔，該腔內(nèi)可裝有鎵金屬粉6。攪拌頭主體下部中心通孔的直徑大于上部中心通孔的直徑，其內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向凸塊 7，并且該導(dǎo)向凸塊的端頂卡在主體中心通孔兩直徑相交處，主體下部側(cè)壁設(shè)水平的螺孔， 穿過該螺孔的螺釘8里端與導(dǎo)向凸塊上的槽孔相對應(yīng)。該導(dǎo)向凸塊內(nèi)設(shè)貫穿上下兩端并且上端與低熔點(diǎn)金屬粉腔相連通的通孔，該通孔是單獨(dú)一個(gè)直孔。上述導(dǎo)向凸塊伸到主體工作平面外的部分即置于工件9上的部分位于主體工作平面中部，并且直徑小于主體內(nèi)的部分。
權(quán)利要求
1.一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭，該攪拌頭有上部可置于攪拌頭卡具內(nèi)的主體，其特征在于該主體內(nèi)有中心通孔，該通孔頂部與堵頭螺紋連接，該堵頭下面設(shè)有彈簧，該彈簧的下面固定在推料塞上，該推料塞下部的中心通孔為低熔點(diǎn)金屬粉腔，攪拌頭主體下部中心通孔的直徑大于上部中心通孔的直徑，其內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向凸塊，并且該導(dǎo)向凸塊的端頂卡在主體中心通孔兩直徑相交處，主體下部側(cè)壁設(shè)水平的螺孔，穿過該螺孔的螺釘里端與導(dǎo)向凸塊上的槽孔相對應(yīng)，該導(dǎo)向凸塊內(nèi)設(shè)貫穿上下兩端并且上端與低熔點(diǎn)金屬粉腔相連通的通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭， 其特征在于導(dǎo)向凸塊伸到主體工作平面外的部分位于工作平面中部，并且直徑小于主體內(nèi)的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭，其特征在于導(dǎo)向凸塊內(nèi)的通孔是單獨(dú)一個(gè)直孔，
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭，其特征在于導(dǎo)向凸塊內(nèi)的通孔是單獨(dú)一個(gè)斜孔，
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭，其特征在于導(dǎo)向凸塊內(nèi)的通孔是上面為一個(gè)孔，下面為2-8個(gè)與上面相連通的支孔。
全文摘要
一種采用摩擦攪拌方法混合鋁與低熔點(diǎn)金屬的專用攪拌頭，其主要是該攪拌頭主體內(nèi)有中心通孔，該通孔頂部與堵頭螺紋連接，該堵頭下面設(shè)有彈簧，該彈簧的下面固定在推料塞上，該推料塞下部的中心通孔為低熔點(diǎn)金屬粉腔，攪拌頭主體下部中心通孔的直徑大于上部中心通孔的直徑，其內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向凸塊，并且該導(dǎo)向凸塊的端頂卡在主體中心通孔兩直徑相交處，主體下部側(cè)壁設(shè)水平的螺孔，穿過該螺孔的螺釘里端與導(dǎo)向凸塊上的槽孔相對應(yīng)，該導(dǎo)向凸塊內(nèi)設(shè)貫穿上下兩端并且上端與低熔點(diǎn)金屬粉腔相連通的通孔。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在線添加低熔點(diǎn)金屬粉，不僅簡化了加工工藝同時(shí)也降低了加工成本。攪拌頭工作部分可以方便地進(jìn)行更換。
文檔編號B23K20/12GK102161130SQ20101058356
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者付瑞東 申請人:燕山大學(xué)