专利名称：一种中心水冷的搅拌摩擦加工工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属材料或金属基复合材料的搅拌摩擦加工(或搅拌摩擦焊)领域，提供ー种中心水冷的搅拌摩擦加工工具。
背景技术：
搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的固相焊接技木。其基本的原理是用ー个具有轴肩与搅拌针的搅拌工具进行高速旋转，轴肩与搅拌针与待焊的固体材料摩擦产生大量的摩擦热，并同时对待焊材料施加很大的压力，从而使与搅拌针与轴肩紧临的材料进入塑性状态，当轴肩与材料表面接触后，搅拌工具沿焊缝以一定的速度运动，从而使塑化了的材料从前侧转移到后侧并迅速凝固与再结晶，从而形成实密的焊缝。美国密苏里大学将搅拌磨擦焊发展成搅拌摩擦加工，其基础是经搅拌后的焊缝组织为等轴的细晶，晶粒尺度远小于基体组织，组织致密并且成分更加均匀。当实体材料经搅拌摩擦加工后，晶粒变得比未搅拌前更加细小且成分更加均匀。对于镁合金等塑性较差的材料来说，这种方法提供了ー种细化晶粒，提高性能的方法，并且通过此方法能制成大体积或大面积的块状材料。但在成型过程中，由于搅拌工具温度很高，并承受扭转、弯曲等复合应カ的作用，搅拌针容易磨损与折断。其原因是摩擦热使搅拌针的工作温度很高，高温大大降低了搅拌针的強度与硬度。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中搅拌摩擦加工工具的不足，提供一种能降低搅拌针中心的温度的搅拌摩擦加工工具，从而提高搅拌针的強度并延长搅拌针的寿命。为实现上述目的，所采用的技术方案ー种中心水冷的搅拌摩擦加工工具，包括搅拌头，搅拌头具有柄部、轴肩和搅拌针，所述柄部内具有通向搅拌针中心的盲孔，盲孔中安装有冷却水管，冷却水管与盲孔之间具有排水间隙。所述搅拌头连接有拉紧杆，拉紧杆内具有水管通道和排水孔，拉紧杆外设置有环形出水管。所述冷却水管与自来水管连接，并安装有水流量调节阀。有益效果使用本发明所设计的工具，不仅能大大降低搅拌针中心的温度，提高搅拌针的強度，延长搅拌针的寿命，还能利用水流量调节阀进行温度控制，其结构简单，使用方便。
图I是中心水冷的搅拌摩擦加工工具的结构示意 图2是搅拌头的结构示意 图3是拉紧杆的结构示意 图4是无冷却的摩擦搅拌工具的结构示意图。图中1_柄部，2-轴肩，3-搅拌针，4-冷却水管，5-排水间隙，6-盲孔，7-搅拌头，8-拉紧杆，9-水管通道，10-排水孔，11-环形密封槽，12-环形出水管，13-出水ロ，14-机床主轴，15-固定板，16-环形密封圏，17-调节阀，18-出水密封圏。下面结合附图和具体实施例对本发明作进ー步详细描述。
具体实施方式
实施例如图I、图2和图3所示，ー种中心水冷的搅拌摩擦加工工具，包括搅拌头7，搅拌头7与机床主轴14连接。搅拌头7具有柄部I、轴肩2和搅拌针3，柄部I设置有拉紧杆8，拉紧杆8与柄部I之间通过螺纹连接。拉紧杆8内具有水管通道9和排水孔10，拉紧杆8外设置有环形出水管12，环形出水管12具有出水ロ 13，环形出水管12与拉紧杆8之间具有出水密封圈18，水管通道9具有环形密封槽11 ;柄部I内具有通向搅拌针3中心的盲孔
6。在盲孔6和水管通道9中设置有冷却水管4，冷却水管4与盲孔6和水管通道9之间具有排水间隙5。环形密封槽11内设置有环形密封圈16。冷却水管4与自来水管连接，并采用固定板15固定其位置；自来水管上安装有水流量调节阀17。搅拌针3的材料为整体高速钢(材质W18Cr4V，淬火态，HRC67 68)，搅拌针长
7.5mm。被搅拌的长方体板料其尺寸为500mmX 250mmX8mm，材料为铸态Mg-Rb-Y，铸态强度为21(T220Mpa，有少量的气孔，铸态下晶粒尺度约12(Tl50um，且有明显的组织与成份偏祈。采用该搅拌摩擦加工工具加工时，冷水经流量调节阀7，进入冷却水管4，然后从冷却水管4与盲孔6和水管通道9之间的排水间隙5流出，然后经排水孔10和出水ロ 13排出，从而将搅拌针3在加工时产生的热量带走，降低搅拌针3的温度。根据搅拌针3的温度，可以采用水流量调节阀7调节进入冷却水管4的冷水流量。加工后，长方体板料的整体组织均匀，气孔不再存在，偏析消除，晶粒尺度约5 8um，沿垂直于搅拌摩擦加工进给的方向拉伸，强度达405Mpa。并且，ー个搅拌针连续搅拌二十块长方体板料后未见明显磨损。比较例
使用无冷却的摩擦搅拌工具(如图4示)，搅拌针长7. 5mm，搅拌针的材料为整体高速钢(材质W18Cr4V，淬火态，HRC67 68)。被搅拌的长方体板料其尺寸为500mmX 250mmX 8mm，材料为铸态Mg-Rb-Y，铸态强度为21(T220Mpa，有少量的气孔，铸态下晶粒尺度约12(Tl50um，且有明显的组织偏祈。经搅拌摩擦加工后，板料整体组织均匀，气孔不再存在，偏析消除，晶粒尺度约6 10um，沿垂直于纵向进给的方向拉伸，强度达380Mpa。并且，ー个搅拌针只能搅拌ー块长方体板料，即见明显磨损甚至折断。
权利要求
1.一种中心水冷的搅拌摩擦加工工具，包括搅拌头(7)，搅拌头(7)具有柄部(I)、轴肩(2)和搅拌针(3)，其特征在于所述柄部(I)内具有通向搅拌针(3)中心的盲孔(6)，盲孔(6)中安装有冷却水管(4)，冷却水管(4)与盲孔(6)之间具有排水间隙(5)。
2.根据权利要求I所述的中心水冷的搅拌摩擦加工工具，其特征在于，所述搅拌头(7)连接有拉紧杆(8)，拉紧杆(8)内具有水管通道(9)和排水孔(10)，拉紧杆(8)外设置有环形出水管(12)。
3.根据权利要求2所述的中心水冷的搅拌摩擦加工工具，其特征在于，所述冷却水管(4)与自来水管连接，并安装有水流量调节阀(17)。
全文摘要
一种中心水冷的搅拌摩擦加工工具，包括搅拌头，搅拌头具有柄部、轴肩和搅拌针，柄部内具有通向搅拌针中心的盲孔，盲孔中安装有冷却水管，冷却水管与盲孔之间具有排水间隙。冷却水管与自来水管连接，并安装有水流量调节阀。使用本发明所设计的工具，不仅能大大降低搅拌针中心的温度，提高搅拌针的强度，延长搅拌针的寿命，还能利用水流量调节阀进行温度控制，其结构简单，使用方便。
文档编号B23K20/12GK102626823SQ20121012154
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者刘让贤, 郑英 申请人:郑英