專利名稱：能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接技術(shù)，尤其是一種摩擦焊接技術(shù)，具體地說是一種能夠減小焊接過程中行進(jìn)的阻力，減小焊機(jī)主軸負(fù)載的攪拌摩擦焊用攪拌頭。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊(FSW)是一種新型固相連接技術(shù)，適用于低熔點(diǎn)合金焊接。是1991年由英國焊接研究所(The Welding Institute, TWI)發(fā)明的(US 5460317)，該技術(shù)的原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭插入焊縫中，利用攪拌頭的強(qiáng)烈摩擦和攪拌作用，使焊縫連接區(qū)處于熱塑性狀態(tài)并使其趨于熔化、混合，在一定的作用力下被連接在一起，攪拌頭向前行進(jìn)，而在攪拌頭的后方則形成焊縫，從而完成固相連接。攪拌頭是攪拌摩擦焊接技術(shù)的核心部分，實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊的關(guān)鍵技術(shù)。攪拌頭用以提供攪拌摩擦焊接過程中所需的熱量，是焊縫區(qū)域熱塑性材料實(shí)現(xiàn)定向轉(zhuǎn)移的載體，同時(shí)也是熱塑性材料與周圍材料實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接的工具。國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在攪拌頭的形狀設(shè)計(jì)、材料選取及加工工藝等方面都進(jìn)行了大量的研究。國際專利(W0 93110935)中，攪拌頭軸肩端面為平面，其軸線與工件表面垂直；中國專利(CN 1144499A)中，對攪拌頭軸肩的端面形狀改為內(nèi)凹形、軸線相對于工件法線方向偏離了一定角度(主軸傾角)。為了更好地促進(jìn)焊縫區(qū)材料的塑形流動(dòng)，還有許多專利對軸肩進(jìn)行了多種形式的改進(jìn)。在攪拌摩擦焊接的生產(chǎn)實(shí)踐中，攪拌頭在行進(jìn)方向受到的阻力是很大的，這導(dǎo)致焊接主軸承受很大的負(fù)載，這不但對主軸的剛度要求很高，而且容易導(dǎo)致主軸因負(fù)載過大而斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的摩擦焊用攪拌頭均未考慮如何減少前進(jìn)阻力來提高焊接效率和質(zhì)量，而僅僅是通過增大主軸強(qiáng)度來克服前進(jìn)阻力，導(dǎo)致摩擦焊接設(shè)備制備成本高的問題，設(shè)計(jì)一種能從根本上減少前進(jìn)阻力，從而可以降低制備難度，延長焊接設(shè)備使用壽命，降低使用成本的能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭，它由夾持柄1、支撐體2、軸肩3和攪拌針4組成，軸肩3的一端與攪拌針4整體相連，另一端與支撐體2，支撐體2與夾持柄I相連接，夾持柄1、支撐體2、軸肩3和攪拌針4為同軸結(jié)構(gòu)；夾持柄I上銑有夾持平面5 ;夾持柄I與支撐體2連接處有圓弧過渡；在軸肩3和支撐體2之間有一個(gè)錐臺(tái)形過渡機(jī)構(gòu)6，其特征是所述的軸肩3與攪拌針相連的端面上分布有若干圈凹槽7，在攪拌針4上分布有螺紋結(jié)構(gòu)8，螺紋結(jié)構(gòu)8沿螺旋線分布在整個(gè)攪拌針上，螺紋結(jié)構(gòu)8的螺牙的頂部為圓弧形結(jié)構(gòu)，該圓弧形結(jié)構(gòu)的半徑為攪拌針4長度的O. 5%-2%，螺牙的高度不小于攪拌針根部半徑的1/20，螺牙的牙頂角不大于60度；在軸肩3端面的邊緣處設(shè)有一個(gè)環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)9。所述的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)9的高度不小于O. 5mm。
所述的凹槽7為圓弧形凹槽，該圓弧形凹槽的深度不小于O. 5_。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的攪拌摩擦焊攪拌頭，通過對攪拌頭上的攪拌針結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了攪拌摩擦焊接過程中，行進(jìn)方向受力很大的問題，降低了焊機(jī)主軸和攪拌頭受到的力，使攪拌頭更耐用，焊機(jī)不容易損壞。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，同等條件下，可降低前進(jìn)阻力30%以上。


圖1是本發(fā)明的攪拌頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的攪拌針的局部放大示意圖。圖3是本發(fā)明的攪拌針上的螺牙的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1-3所示。一種能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭，它由夾持柄1、支撐體2、中間過渡機(jī)構(gòu)6、軸肩3和攪拌針4整體相連而成，如圖1所示,軸肩3的一端與攪拌針4整體相連，另一端與支撐體2，支撐體2與夾持柄I相連接，夾持柄1、支撐體2、軸肩3和攪拌針4為同軸結(jié)構(gòu)；夾持柄I上銑有夾持平面5 ;夾持柄I與支撐體2連接處有圓弧過渡；在軸肩3和支撐體2之間有一個(gè)錐臺(tái)形過渡機(jī)構(gòu)6。所述的軸肩3與攪拌針相連的端面上分布有兩圈圓弧形或多邊形凹槽7，其中以圓弧形為最佳，加工最為方便，采用圓弧形凹槽時(shí)，凹槽的深度應(yīng)不小于O. 5mm,凹槽7的數(shù)量還可為一個(gè)或兩個(gè)以上,如圖2所示,在攪拌針4上分布有螺紋結(jié)構(gòu)8，螺紋結(jié)構(gòu)8沿螺旋線分布在整個(gè)攪拌針上，螺紋結(jié)構(gòu)8的螺牙的頂部為圓弧形結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該圓弧形結(jié)構(gòu)的半徑為攪拌針4長度的O. 5%-2%，螺牙的高度不小于攪拌針根部半徑的1/20，螺牙的牙頂角不大于60度；在軸肩3端面的邊緣處設(shè)有一個(gè)高度不小于
O.5mm的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)9,該凸起結(jié)構(gòu)能在焊接過程中限制材料向外流動(dòng)的趨勢,使材料不會(huì)流出焊縫區(qū)。如圖1所示。在攪拌針根部半徑為6mm,針長為IOmm,軸肩半徑為15mm。攪拌針上分布有特殊的螺紋結(jié)構(gòu)，螺紋結(jié)構(gòu)沿螺旋線分布在整個(gè)攪拌針上；螺紋結(jié)構(gòu)8頂點(diǎn)處厚度(即圓弧頂?shù)闹睆?為O.1mm ;螺紋結(jié)構(gòu)8兩邊夾角為30° ;攪拌針4上分布的特殊的螺紋結(jié)構(gòu)8的深度為O. 6mmο在焊接過程中，由于攪拌針上特殊的螺紋結(jié)構(gòu)(該螺紋結(jié)構(gòu)扁平，鋒利)，改變普通攪拌頭以擠壓為主的受力模型。在減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭前進(jìn)過程中，特殊的螺紋結(jié)構(gòu)能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行剪切，螺紋上的負(fù)前角能夠很好的減小剪切產(chǎn)生的力，從而減小焊接過程中的前進(jìn)阻力。將采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的攪拌頭與相同類型的攪拌頭進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)際測量證明，本發(fā)明的攪拌頭的前進(jìn)阻力可減少30%以上。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭，它由夾持柄(I)、支撐體(2)、軸肩(3)和攪拌針(4)組成，軸肩(3)的一端與攪拌針(4)整體相連，另一端與支撐體(2)，支撐體(2)與夾持柄(I)相連接，夾持柄(I)、支撐體(2)、軸肩(3)和攪拌針(4)為同軸結(jié)構(gòu)；夾持柄(1)上銑有夾持平面(5);夾持柄(I)與支撐體(2 )連接處有圓弧過渡；在軸肩(3 )和支撐體(2)之間有一個(gè)錐臺(tái)形過渡機(jī)構(gòu)(6)，其特征是所述的軸肩(3)與攪拌針相連的端面上分布有若干圈凹槽(7)，在攪拌針(4)上分布有螺紋結(jié)構(gòu)(8)，螺紋結(jié)構(gòu)(8)沿螺旋線分布在整個(gè)攪拌針上，螺紋結(jié)構(gòu)(8)的螺牙的頂部為圓弧形結(jié)構(gòu)，該圓弧形結(jié)構(gòu)的半徑為攪拌針(4)長度的0.5%-2%，螺牙的高度不小于攪拌針根部半徑的1/20，螺牙的牙頂角不大于60度；在軸肩(3)端面的邊緣處設(shè)有一個(gè)環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征是所述的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)(9)的高度不小于0 .5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征是所述的凹槽(7)為圓弧形凹槽，該圓弧形凹槽的深度不小于0.5_。
全文摘要
一種能減小前進(jìn)阻力的攪拌摩擦焊攪拌頭，它由夾持柄(1)、支撐體(2)、軸肩(3)和攪拌針(4)組成，其特征是所述的軸肩(3)與攪拌針相連的端面上分布有若干圈凹槽(7)，在攪拌針(4)上分布有螺紋結(jié)構(gòu)(8)，螺紋結(jié)構(gòu)(8)沿螺旋線分布在整個(gè)攪拌針上，螺紋結(jié)構(gòu)(8)的螺牙的頂部為圓弧形結(jié)構(gòu)，該圓弧形結(jié)構(gòu)的半徑為攪拌針(4)長度的0.5%-2%，螺牙的高度不小于攪拌針根部半徑的1/20，螺牙的牙頂角不大于60度；在軸肩(3)端面的邊緣處設(shè)有一個(gè)環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)(9)。本發(fā)明能降低焊機(jī)主軸和攪拌頭受到的力，使攪拌頭更耐用，焊機(jī)不容易損壞，可降低前進(jìn)阻力30%以上。
文檔編號(hào)B23K20/12GK103071915SQ20131004618
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者左敦穩(wěn), 鄧永芳, 黎向鋒, 辛鋮浩 申請人:南京航空航天大學(xué)