本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦連接的工具，尤其是一種攪拌頭，具體地說是一種帶有切削刃的、能夠改善攪拌摩擦焊縫質(zhì)量的攪拌頭。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊是一項(xiàng)高效、節(jié)能、環(huán)保的固相連接技術(shù)，在連接過程中，高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭以一定的下壓量和前進(jìn)速度沿著工件材料的對接處前進(jìn)。工件材料在與攪拌頭的軸肩和攪拌針接觸的區(qū)域受到摩擦和強(qiáng)烈塑性變形的作用，而產(chǎn)生熱量并軟化，在攪拌針旋轉(zhuǎn)攪拌作用下，軟化的材料被擠壓變形產(chǎn)生流動(dòng)，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后，從而完成固相連接。

攪拌摩擦焊是在低于工件材料熔點(diǎn)溫度的條件下連接的，工件材料沒有熔化，連接應(yīng)力小，接頭強(qiáng)度高，已經(jīng)廣泛用于多種材料的連接加工。在攪拌摩擦連接技術(shù)中，攪拌頭的設(shè)計(jì)對于材料的焊縫質(zhì)量起著非常重要的作用，攪拌頭上的攪拌針旋轉(zhuǎn)時(shí)所能帶動(dòng)焊縫處金屬流動(dòng)的體積將直接影響焊縫的質(zhì)量，金屬流動(dòng)的越均勻，焊縫質(zhì)量越好，金屬流動(dòng)性差，會(huì)導(dǎo)致材料間混合不充分，甚至存在孔洞、未焊透等缺陷，這將在很大程度上影響產(chǎn)品的安全性和服役性能。

目前，攪拌針的結(jié)構(gòu)主要是圓柱狀和圓錐狀帶螺紋結(jié)構(gòu)，對于異種材料或者流動(dòng)性較差的材料進(jìn)行攪拌摩擦連接時(shí)，攪拌針能夠帶動(dòng)材料流動(dòng)的能力有限，會(huì)導(dǎo)致異種材料或者流動(dòng)性差的材料不能充分混合，容易出現(xiàn)連接缺陷。

中國專利（公開號：CN 104475966A）公開了一種增強(qiáng)焊縫材料流動(dòng)的攪拌摩擦焊接用攪拌頭及其制造方法，具體方法是在攪拌針的側(cè)面加工出右旋螺紋和一個(gè)與軸線方向平行的平面，該方法比普通的攪拌頭效果要好，但增強(qiáng)焊縫材料流動(dòng)的性能有限。

中國專利（授權(quán)號：CN100519044C）公開了一種攪拌摩擦焊的焊具，主要用于解決雙層鋁合金材料焊接的傳熱問題，具體方法是在攪拌針圓錐面增加螺旋凹槽，在頂端增加半球形凹槽，該方法的效果與螺紋大同小異，能夠增加材料在垂直方向上的流動(dòng)，但不能增強(qiáng)材料在攪拌針?biāo)椒较蛏系牧鲃?dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有攪拌摩擦焊中的攪拌頭對異種材料或者流動(dòng)性差的材料進(jìn)行連接時(shí)容易出現(xiàn)材料混合不均勻等缺陷問題，發(fā)明一種帶有切削刃的攪拌摩擦焊攪拌頭。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種帶有切削刃的攪拌摩擦焊攪拌頭，它主要由裝夾柄1、過渡圓柱體2、軸肩3 和攪拌針4組成，裝夾柄1、過渡圓柱體2、軸肩3 和攪拌針4依次順序連接，其特征是所述的攪拌針4的表面設(shè)有若干沿軸向布置的螺旋凹槽6，螺旋凹槽6的截面形狀為U型，在螺旋凹槽6的左側(cè)邊緣開有若干刀片槽7,在每條刀片槽7中安裝有若干切削刀片5，每條螺旋凹槽6內(nèi)的數(shù)個(gè)切削刀片5上的切削刃8組成一條螺旋狀切削刃；所述的軸肩3與攪拌針4相連接的端面呈內(nèi)凹型以便于儲存和重新分配塑化材料。

所述攪拌針4的形狀是圓柱狀或者圓錐狀，在攪拌針4表面上至少開有兩條螺旋凹槽6，且均勻分布，螺旋凹槽6的螺旋圈數(shù)小于等于1/2圈，螺旋凹槽6均始于攪拌針4的頂端，螺旋凹槽6的末端與軸肩3上的內(nèi)凹面相連。

所述的每條螺旋凹槽6上至少開有兩個(gè)刀片槽7，刀片槽7的排列方式可以是錯(cuò)開排列和順序排列，第一個(gè)刀片槽7與攪拌針4的頂端平齊。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的帶有切削刃的攪拌頭，軸肩端面是內(nèi)凹型，向內(nèi)凹陷所形成的空間能夠儲存和重新分配塑化材料。攪拌針上螺旋凹槽的圈數(shù)小于等于1/2圈，有助于儲存塑化材料和促進(jìn)焊縫部位處于高塑化狀態(tài)的材料在垂直方向的流動(dòng)。螺旋凹槽上的刀片槽安裝有切削刀片，攪拌頭旋轉(zhuǎn)過程中，一方面切削刀片上的切削刃與材料進(jìn)行切削作用，產(chǎn)生切削熱，有助于材料的塑性流動(dòng)，另一方面，切削刃切削材料，能帶動(dòng)部分塑化材料在水平方向上流動(dòng)，并且能將一部分切削的塑化材料通過螺旋凹槽在垂直方向上運(yùn)送出去。

本發(fā)明提供的攪拌頭增加了塑性材料在水平方向和垂直方向上的流動(dòng)性，能夠使材料的混合更加充分和均勻，增強(qiáng)連接區(qū)域力學(xué)性能，大大提高連接區(qū)域焊接質(zhì)量和連接速度。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 為本發(fā)明的攪拌針放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的螺旋凹槽的截面圖。

圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖中：1-裝夾柄、2-過渡圓柱體、3-軸肩、4-攪拌針、5-切削刀片、6-螺旋凹槽、7-刀片槽、8-切削刃。

具體實(shí)施方式

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1-4所示。

一種帶有切削刃的攪拌摩擦焊攪拌頭，它主要由裝夾柄1、過渡圓柱體2、軸肩3、攪拌針4、切削刀片5、螺旋凹槽6、刀片槽7和切削刃8組成，如圖1-3所示，裝夾柄1、過渡圓柱體2、軸肩3 和攪拌針4依次順序連接，過渡圓柱體2上加工有若干圈既能減重又有利于散熱的環(huán)形凹槽，攪拌針4上加工有若干條螺旋凹槽6（圖3中為4條），螺旋凹槽6的截面形狀為U型，在螺旋凹槽6的左側(cè)邊緣開有若干刀片槽7,每條刀片槽7中安裝有若干切削刀片5，每條螺旋凹槽6內(nèi)的數(shù)個(gè)切削刀片5上的切削刃8組成一條螺旋狀切削刃。所述攪拌針4的形狀可以是圓柱狀或者圓錐狀。具體實(shí)施時(shí)可在攪拌針4表面上至少開有兩條螺旋凹槽6，且均勻分布，螺旋凹槽6的螺旋圈數(shù)小于等于1/2圈，螺旋凹槽6均始于攪拌針4的頂端，螺旋凹槽6的末端與軸肩3上的內(nèi)凹面相連。每個(gè)螺旋凹槽6中至少開有兩個(gè)刀片槽7，刀片槽7的排列方式可以是錯(cuò)開排列或順序排列，第一個(gè)刀片槽7與攪拌針4的頂端平齊。每個(gè)切削刀片5可以具有多條切削刃8，當(dāng)一條切削刃8磨損后可以旋轉(zhuǎn)切削刀片5更換切削刃8，以減小攪拌頭的使用成本。

如圖4所示，軸肩3與攪拌針4相連接的端面呈內(nèi)凹型，螺旋凹槽6的末端與軸肩3上的內(nèi)凹面相連。當(dāng)攪拌針逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，攪拌針4周圍的塑性材料沿著螺旋凹槽6自下而上進(jìn)行螺旋遷移，當(dāng)塑性材料流動(dòng)到軸肩3凹面的時(shí)候，受到軸肩3的阻擋和擠壓，塑性金屬又會(huì)朝遠(yuǎn)離攪拌針4的方向遷移。

螺旋凹槽6上的刀片槽7安裝有切削刀片5，攪拌頭4旋轉(zhuǎn)過程中，切削刀片5上的切削刃8與材料進(jìn)行切削作用，產(chǎn)生切削熱，增加了攪拌摩擦焊的熱輸入量，有助于材料的塑性軟化和流動(dòng)。同時(shí)，切削刃8不斷地對塑性材料進(jìn)行切削，帶動(dòng)部分塑化材料在水平方向上流動(dòng)，并且能將一部分切削的塑化材料通過螺旋凹槽6在垂直方向上運(yùn)送出去。

本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。