專利名稱：一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭的制作方法
技術領域：
本發明屬于材料連接技術領域，涉及一種焊接設備，尤其涉及一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭。
背景技術：
雙軸肩攪拌摩擦焊是傳統攪拌摩擦焊接領域的拓展技術，適合焊接中空構件、中厚板，在航空、航天、造船等領域有廣泛的應用前景。雙軸肩攪拌摩擦焊接時，上、下軸肩、攪拌針同時旋轉并與工件摩擦生熱，在強烈的摩擦、攪拌作用之下，焊縫金屬發生塑化，并被旋轉擠壓至攪拌頭后側，從而形成焊縫。因此雙軸肩攪拌摩擦頭結構對焊縫的成型有著重要的影響，然而當前雙軸肩攪拌摩擦頭多采用固定的上、下軸肩間距，只能焊接固定板厚的金屬，如遇參數調整或板厚誤差，則不能滿足焊接要求。
為了解決這個問題，上下軸間距離必須可調。國內外一般采取的措施是使上軸肩與攪拌針產生軸向位移來調節上下軸肩間距，如專利(申請號201210044981. O)中提出改變上軸肩與攪拌針軸向相對位移的方法，而下軸肩與攪拌針軸向相對位移不變；馬宗義在專利(CN101209512)中提出采用組合式的攪拌摩擦焊接工具，但僅僅針對傳統攪拌摩擦焊接，不適合于雙軸肩攪拌摩擦焊接。為此，發明人提出通過改變下軸肩與攪拌針軸向相對位移的方法，來實現上下軸肩間距可調節的目的，從而改善雙軸肩攪拌摩擦焊焊接方式的靈活性。

發明內容
發明目的本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，通過改變下軸肩與攪拌針軸向相對位移的方法，實現上、下軸肩間距可調節的目的，避免了上下軸肩間距固定引起焊接方式調節不靈活的缺點。技術方案本發明所述的一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，包括安裝柱、上軸肩、攪拌針和下軸肩，所述安裝柱與攪拌針分別固定在上軸肩的兩端，所述下軸肩套裝固定在攪拌針上，通過移動下軸肩調節其與上軸肩的間距。進一步完善上述技術方案，所述下軸肩通過螺紋結構套裝固定在攪拌針上。進一步，上述摩擦頭還包括下軸肩蓋和調節軸套，所述攪拌針上設置有兩段紋路相反的外螺紋，自上軸肩依次為第一外螺紋和第二外螺紋，攪拌針依次穿過下軸肩與調節軸套并通過第一外螺紋、第二外螺紋與之配合，所述調節軸套靠近下軸肩的一端外壁設置有凸緣，所述下軸肩設置有用于容納凸緣的空腔，通過下軸肩蓋將凸緣固定在空腔內，所述調節軸套可在空腔內軸向移動。為了擴大下軸肩與上軸肩之間的調節距離，所述第一外螺紋和第二外螺紋間隔設置。所述攪拌針上在上軸肩與第一外螺紋之間設置有與其紋路相反的第三外螺紋。為了使塑化金屬流動充分，也為了減少焊縫飛邊，所述上軸肩和下軸肩與待焊工件的接觸面上分別開有漸開曲線溝槽。進一步，所述安裝柱、上軸肩和攪拌針為一體式結構。所述安裝柱上設置有便于固定的鍵槽，其與金屬鍵配合，使摩擦頭不能相對于主軸旋轉。上、下軸肩間距調節原理如下當攪拌針依次穿過下軸肩、調節軸套，并分別通過第一外螺紋和第二外螺紋與之配合連接后，由于螺紋旋向不同，當需要產生同樣軸向位移時，下軸肩與調節軸套的旋向相反；利用這一特點，當需要增大間距時，下軸肩與調節軸套往下旋轉，上下軸肩間距達到要求的值后，旋轉調節軸套，直至調節軸套上的凸緣與下軸肩蓋或腔體的頂端緊密貼合；當需要減小間距時，下軸肩與調節軸套向上旋轉，使下軸肩軸向位移的改變量與所需要間距的改變量相同，繼續旋轉調節軸套，直至調節軸套上的凸緣與下軸肩蓋或腔體的頂端緊密貼合；焊接時，攪拌頭旋轉，被焊工件對下軸肩施加反作用力矩，使下軸肩具有了沿軸向向上或向下運動的趨勢，然而欲使調節軸套產生同樣的運動，必須具有相同的力矩，因此調節軸套拉緊或頂緊了下軸肩，阻止了下軸肩向上或向下運動，從 而保持了上下軸肩間距處于設定值而不被改變。本發明與現有技術相比，其有益效果是(I)上軸肩與攪拌針連為一體，簡化了攪拌頭結構；(2)分別以不同的方向旋轉下軸肩、調節軸套，可輕松手動調節上下軸肩之間的間距；(3)在焊接過程中，通過攪拌針上不同旋向螺紋的作用使調節軸套拉緊或頂緊下軸肩，使焊接過程中上下軸肩的間距保持不變；(4)上述結構簡單實用，對增強雙軸肩攪拌摩擦頭對工件板厚的適應能力、控制焊縫質量有著重要意義。


圖I為本發明的結構示意圖。圖2為所述安裝柱、上軸肩與攪拌針的結構示意圖。圖3為所述下軸肩與調節軸套的結構示意圖。圖4為本發明的焊接示意圖。圖5為下軸肩與被焊工件接觸面上的曲線溝槽示意圖。圖6為焊接時塑化金屬流動軌跡示意圖。
具體實施例方式下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。參見圖I和2，一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，主要由以下部件組成從上往下依次是安裝柱2、上軸肩3、攪拌針4、下軸肩5、下軸肩蓋6和調節軸套7，其中，安裝柱2上開有鍵槽1，安裝柱2、上軸肩3、攪拌針4為一體式結構，它們之間相對位移不可改變，在攪拌針4上，從上至下依次加工有第一右螺紋4-1、左螺紋4-2、光柱4-3、第二右螺紋 4-4。參見圖3，下軸肩5、調節軸套7為軸對稱結構，下軸肩5上部為內螺紋孔，與攪拌針4上的左螺紋4-2相配合；調節軸套7內的螺紋與攪拌針4上的第二右螺紋4-4相配合，而左螺紋4-2、第二右螺紋4-4的旋向相反；當調節軸套7沿著螺紋4-4旋進下軸肩5底部的空腔后，下軸肩蓋6通過螺釘與下軸肩5相連，從而將調節軸套7上部的凸緣限制在下軸肩5底部的空腔內。攪拌摩擦頭的安裝順序如下當安裝柱2伸入主軸安裝孔中后，操作者可通過鍵和鍵槽I固定攪拌頭，使之不能相對主軸旋轉；攪拌針4穿過下軸肩5并通過左螺紋4-2與之配合；然后攪拌針4穿過調節軸套7并通過第二右螺紋4-4與之配合；當調節軸套7上的凸緣沿著螺紋4-4旋進軸肩5底部的空腔后，下軸肩蓋6通過螺釘與下軸肩5相連，用于阻擋調節軸套7向下運動，即阻止其脫離下軸肩5的內部。按照以上順序可完成安裝。上下軸肩間距調節過程
參見圖I、圖2、圖3，當攪拌針4依次穿過下軸肩5、調節軸套7并分別通過左螺紋4-2、第二右螺紋4-4與之配合連接后，由于螺紋旋向不同，當需要產生同樣軸向位移時，下軸肩5與調節軸套7的旋向相反；利用這一特點，當需要增大間距時，下軸肩5逐步順時針(俯視)旋轉，上下軸肩間距達到要求的值后，調節軸套7逆時針旋轉(俯視)，直至調節軸套7的凸緣與下軸肩蓋6緊密貼合；當需要減小間距時，調節軸套7順時針旋轉(俯視)，使軸向位移 的改變量與所需要間距的改變量相同，然后下軸肩5逆時針(俯視)旋轉，直至下軸肩蓋6與調節軸套7的凸緣緊密貼合為止；焊接時，攪拌頭順時針旋轉(俯視)，被焊工件8對下軸肩5施加了反作用力矩(俯視)逆時針，使下軸肩5具有了沿軸向向上運動的趨勢，然而欲使調節軸套7產生同樣的運動，必須具有順時針旋轉(俯視)力矩，因此調節軸套7拉緊了下軸肩5、阻止了下軸肩5向上運動，從而保持了上下軸肩間距處于設定值而不被改變。當上下軸肩的間距調節結束之后，即可進入正常焊接程序。參見圖4，焊接過程中，被焊工件8被夾持于上軸肩3、下軸肩5之間，而攪拌針4則穿過被焊工件8，當雙軸肩攪拌摩擦頭順時針旋轉(俯視)時，上軸肩3、下軸肩5、攪拌針4同時對工件進行摩擦產熱。參見圖5，為了使塑化金屬流動充分，也為了減少焊縫飛邊，在下軸肩5與工件8接觸面加工了漸開曲線溝槽；上軸肩3與被焊工件8接觸面也漸開區線溝槽，與下軸肩5端面上的溝槽一致。參見圖6，在攪拌針4、上軸肩3、下軸肩5的作用下，攪拌針4附近的塑化金屬將沿著厚度方向運動，形成了“擠壓-填充”的循環9，由于參與攪拌焊接的第一右螺紋4-1和左螺紋4-2的旋向相反，因此塑性金屬循環流動情況在被焊工件8的厚度方向上對稱分布，同時正是通過這個循環，實現了金屬流動和焊縫成型。如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
權利要求
1.一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，包括安裝柱、上軸肩、攪拌針和下軸肩，所述安裝柱與攪拌針分別固定在上軸肩的兩端，其特征在于，所述下軸肩套裝固定在攪拌針上，通過移動下軸肩調節其與上軸肩的間距。
2.根據權利要求I所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，所述下軸肩通過螺紋結構套裝固定在攪拌針上。
3.根據權利要求2所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，還包括下軸肩蓋和調節軸套，所述攪拌針上設置有兩段紋路相反的外螺紋，自上軸肩依次為第一外螺紋和第二外螺紋，攪拌針依次穿過 下軸肩與調節軸套并通過第一外螺紋、第二外螺紋與之配合，所述調節軸套靠近下軸肩的一端外壁設置有凸緣，所述下軸肩設置有用于容納凸緣的空腔，通過下軸肩蓋將凸緣固定在空腔內，所述調節軸套可在空腔內軸向移動。
4.根據權利要求3所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，所述第一外螺紋和第二外螺紋間隔設置。
5.根據權利要求4所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，所述攪拌針上在上軸肩與第一外螺紋之間設置有與其紋路相反的第三外螺紋。
6.根據權利要求I所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，所述上軸肩和下軸肩與待焊エ件的接觸面上分別開有漸開曲線溝槽。
7.根據權利要求I所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，所述安裝柱、上軸肩和攪拌針為一體式結構。
8.根據權利要求I所述的下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于，所述安裝柱上設置有便于固定的鍵槽。
全文摘要
本發明公開一種下軸肩位置可調的雙軸肩攪拌摩擦頭，包括安裝柱、上軸肩、攪拌針和下軸肩，所述安裝柱與攪拌針分別固定在上軸肩的兩端，所述下軸肩套裝固定在攪拌針上，通過移動下軸肩調節其與上軸肩的間距；本發明結構簡單實用，對增強雙軸肩攪拌摩擦頭對工件板厚的適應能力、控制焊縫質量有著重要意義。
文檔編號B23K20/12GK102848072SQ20121034334
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者陳書錦, 盧阿麗, 胡森, 張郡郡, 蘆笙 申請人:江蘇科技大學