專利名稱：能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料連接技術(shù)，尤其是一種攪拌摩擦焊接技術(shù)，具體地說是一種能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭。
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(guó)焊接研究所(The Welding Institute, TWI)發(fā)明的(US5460317)，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，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。作為一種機(jī)械化連接技術(shù)，攪拌摩擦焊接過程中攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)并向前進(jìn)移動(dòng)形成固相焊縫，沒有焊縫余高。但是由于攪拌頭的旋轉(zhuǎn)、擠壓作用導(dǎo)致攪拌摩擦焊接過程中塑性金屬材料溢出攪拌頭軸肩的包容空腔，形成特有的“飛邊”現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。目前去除飛邊的常用工藝為焊后機(jī)械打磨。費(fèi)時(shí)費(fèi)力，引起攪拌摩擦焊正常工藝流程的中斷，降低了生產(chǎn)效率，且極易損傷被焊材料的表面。攪拌頭是實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊的關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)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(guó)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(guó)專利(CN 1144499A)中，對(duì)攪拌頭軸肩的端面形狀改為內(nèi)凹形、軸線相對(duì)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(duì)軸肩進(jìn)行了多種形式的改進(jìn)。中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所申請(qǐng)的中國(guó)專利(CN101176945)中，涉及了一種用于攪拌摩擦焊接組合式去飛邊攪拌摩擦焊接攪拌頭。該攪拌頭為組合式結(jié)構(gòu)，由攪拌頭基體和切削刀體組成。切削刀體套接于攪拌頭軸肩上，并用螺釘固定。該專利結(jié)構(gòu)能夠去除飛邊，但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在每次更換攪拌頭時(shí)都需要先安裝切削刀體，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。該結(jié)構(gòu)對(duì)安裝精度要求很高，如果刀體的刀尖高于軸肩底部，則不能做到完全去除飛邊；如果刀體的刀尖低于軸肩底部，則會(huì)劃傷焊縫表面。由于要用螺釘固定切削刀體，需在攪拌頭上鉆孔，不但嚴(yán)重影響了攪拌頭的加工效率，而且鉆孔導(dǎo)致了攪拌頭的剛度下降，使攪拌頭容易斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的能去飛邊的攪拌摩擦焊用攪拌頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工過程難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率低的問題，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工的能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭。本發(fā)明的技術(shù)方案是: 一種能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，它由夾持柄1、支撐圓柱體2、軸肩3和攪拌針4組成，攪拌針4與軸肩3的一端整體相連，軸肩3的另一端與支撐圓柱體2的錐形端的小端相連，支撐圓柱體2的錐形端的大端與圓柱端相連，支撐圓柱體2的圓柱端與夾持柄I相連接，其特征是在軸肩3的邊緣處開有能去除飛邊的切削槽5，所述的切削槽5由一個(gè)與軸肩端面空間垂直的垂直切面及與軸端面夾角大于O主度、小于90度的斜切面組成。軸肩3上開的切削槽5至少為兩個(gè)，且均勻的分布在軸肩邊緣處。軸肩3上開的切削槽5與軸肩端面相交的兩條交線之間形成的角度為60°_150°，即垂直切面與軸肩端面的交線與斜切面與軸肩端面的交線之間的夾角為60°-150°。軸肩3上開的切削槽5沿軸肩半徑方向上的寬度應(yīng)不大于軸肩半徑的十分之一，即軸肩端面與垂直切面交線的長(zhǎng)度應(yīng)不大于軸肩半徑的十分之一。軸肩3上開的切削槽5沿?cái)嚢桀^軸線方向上的最大切深應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量，即斜切面與軸肩圓周面交線離軸肩端面的最大垂直距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)離軸肩端面的距離應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量。所述的斜切面與軸肩端面的夾角為10 60度。本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的攪拌頭，攪拌摩擦焊過程中可有效的去處飛邊，獲得高質(zhì)量的表面平整光滑的焊縫，避免了焊后機(jī)械打磨等工藝對(duì)材料表面的損傷。采用本發(fā)明所提出的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接，焊接過程與去飛邊過程同時(shí)進(jìn)行。由于本發(fā)明采用的攪拌頭和去飛邊結(jié)構(gòu)為一體結(jié)構(gòu)，沒有給攪拌頭上添加附屬裝置，在保持?jǐn)嚢桀^原有特性的情況下，簡(jiǎn)化了工序，大大提聞了生廣效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，有利降低去飛邊攪拌頭的制造成本。


圖1是本發(fā)明攪拌頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明攪拌頭切削槽部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的攪拌頭使用狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1-2所示。一種能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，它由夾持柄1、支撐圓柱體2、軸肩3和攪拌針4整體相連而成，支撐圓柱體2由圓柱部分和錐臺(tái)部分連接而成，在圓柱部分還有設(shè)有環(huán)形圈，如圖1所示，攪拌針4與軸肩3的一端整體相連，軸肩3的另一端與支撐圓柱體2的錐形端的小端相連，支撐圓柱體2的錐形端的大端與圓柱端相連，支撐圓柱體2的圓柱端與夾持柄I相連接，在軸肩3的邊緣處至少開有兩個(gè)能去除飛邊的切削槽5，切削槽5最好是均勻的分布在軸肩3的邊緣處,所述的切削槽5由一個(gè)與軸肩端面空間垂直的垂直切面及與軸端面夾角大于O度、小于90度的斜切面組成，具體實(shí)施時(shí)，斜切面與軸肩端面的夾角(銳角)最好為10 60度。如圖2所示，軸肩3上開的切削槽5與軸肩端面相交的兩條交線之間形成的角度α為60°_150°，圖2中的夾角近似于90度，即垂直切面與軸肩端面的交線7與斜切面與軸肩端面的交線8之間的夾角α為40°_150°。為了取得理想的去飛邊效果，軸肩3上開的切削槽5沿軸肩半徑方向上的寬度即交段7的長(zhǎng)度應(yīng)不大于軸肩3半徑的十分之一,軸肩3上開的切削槽5沿?cái)嚢桀^軸線方向上的最大切深應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量，即斜切面與軸肩圓周面交線離軸肩端面的垂直距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)離軸肩端面的距離應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量。沿?cái)嚢桀^軸線方向上的深度應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量。攪拌摩擦焊接時(shí)，需要一定的焊接傾角和壓入量，以實(shí)現(xiàn)材料的可靠連接，但同時(shí)也帶來了攪拌摩擦焊所特有的飛邊。本發(fā)明所提出的攪拌頭可以有效的去處攪拌摩擦焊接飛邊，同時(shí)又避免劃傷焊接材料表面，從而可以獲得高質(zhì)量、表面平整光滑的攪拌摩擦焊焊縫。如圖1、圖2所示，攪拌摩擦焊焊接參數(shù)為焊接傾角為1.5°，攪拌頭相對(duì)于被焊材料表面的壓入量為0.15mm。攪拌摩擦焊接攪拌頭為一體結(jié)構(gòu)。由攪拌頭由夾持柄、支撐圓柱體、軸肩和攪拌針組成。軸肩的一端是與其為一體的攪拌針，另一端為支撐圓柱體，支撐圓柱體的與夾持柄相連接。攪拌頭夾持柄上銑有夾持平面，用來安裝攪拌頭與焊機(jī)上。支撐圓柱體起到支撐作用，保證整個(gè)攪拌頭的剛度。在軸肩邊緣處開有切削槽。切削槽位于軸肩邊緣處，切削槽為三個(gè)，且均勻的分布在軸肩邊緣處。軸肩3上開的切削槽5與軸肩面相交的兩條線之間形成的角度為60°-150°。切削槽沿軸肩半徑方向上的深度應(yīng)不大于軸肩半徑的十分之一，沿?cái)嚢桀^軸線方向上的深度應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量。在本實(shí)施例中有3個(gè)槽體結(jié)構(gòu)，切削槽角度為90°，切削槽沿半徑方向上的深度為2mm，沿軸線方向上的深度為2_。在焊接過程中，攪拌頭隨著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，產(chǎn)生焊縫，同時(shí)也產(chǎn)生飛邊。切削槽體也隨著攪拌頭的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，在切削槽運(yùn)動(dòng)到產(chǎn)生的飛邊處時(shí)，槽體上的切削刃將切除飛邊，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用下，切下的飛邊將沿著槽體邊緣排除槽體，如圖3所示。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
1.一種能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，它由夾持柄(I)、支撐圓柱體(2)、軸肩(3)和攪拌針(4)組成，攪拌針(4)與軸肩(3)的一端整體相連，軸肩(3)的另一端與支撐圓柱體(2)的錐形端的小端相連，支撐圓柱體(2)的錐形端的大端與圓柱端相連，支撐圓柱體(2)的圓柱端與夾持柄(I)相連接，其特征是在軸肩(3)的邊緣處開有能去除飛邊的切削槽(5)，所述的切削槽(5)由一個(gè)與軸肩端面空間垂直的垂直切面及與軸端面夾角大于O度、小于90度的斜切面組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，其特征在于:軸肩(3)上開的切削槽(5)至少為兩個(gè)，且均勻的分布在軸肩邊緣處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，其特征在于:軸肩(3)上開的切削槽(5)與軸肩端面相交的兩條交線之間形成的角度為60°-150°，即垂直切面與軸肩端面的交線與斜切面與軸肩端面的交線之間的夾角為60°-150°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，其特征在于:軸肩(3)上開的切削槽(5)沿軸肩半徑方向上的寬度應(yīng)不大于軸肩半徑的十分之一，即軸肩端面與垂直切面交線的長(zhǎng)度應(yīng)不大于軸肩半徑的十分之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，其特征在于:軸肩(3)上開的切削槽(5)沿?cái)嚢桀^軸線方向上的最大切深應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量，即斜切面與軸肩圓周面交線離軸肩端面的最大垂直距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)離軸肩端面的距離應(yīng)大于焊接時(shí)的下壓量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，其特征在于:所述的斜切面與軸肩端面的夾角為10 60度。
全文摘要
一種能去飛邊的攪拌摩擦焊用一體式攪拌頭，它由夾持柄(1)、支撐圓柱體(2)、軸肩(3)和攪拌針(4)組成，攪拌針(4)與軸肩(3)的一端整體相連，軸肩(3)的另一端與支撐圓柱體(2)的錐形端的小端相連，支撐圓柱體(2)的錐形端的大端與圓柱端相連，支撐圓柱體(2)的圓柱端與夾持柄(1)相連接，其特征是在軸肩(3)的邊緣處開有能去除飛邊的切削槽(5)，所述的切削槽(5)由一個(gè)與軸肩端面空間垂直的垂直切面及與軸端面夾角大于0度、小于90度的斜切面組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，有利降低去飛邊攪拌頭的制造成本，獲得高質(zhì)量的表面平整光滑的焊縫，避免了焊后機(jī)械打磨等工藝對(duì)材料表面的損傷。采用本發(fā)明所提出的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接，焊接過程與去飛邊過程同時(shí)進(jìn)行。
文檔編號(hào)B23K20/12GK103084731SQ20131004618
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者辛鋮浩, 鄧永芳, 左敦穩(wěn), 黎向鋒, 趙鵬 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)