液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统安装方法、工作方法、系统与流程

本申请涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体的，涉及一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统安装方法、工作方法、系统。

背景技术：

搅拌工具作为搅拌摩擦焊接设备的核心部件和耗材，是焊缝区域材料定向流动和成形的载体。由于搅拌工具的旋转，其与材料会摩擦产生热量，进而导致搅拌工具磨损严重，甚至断裂失效，并且不利于焊缝表面质量和接头性能。

目前，提高搅拌工具的方式主要有三种：

第一种，改善搅拌工具的原材料构成，即搅拌工具采用以合金钢为主的材料；

第二种，在搅拌工具表面图层，如渗氮、渗碳、pvd等；

第三种，吹气冷却或水雾冷却（cn106001907a、cn110899954a），对搅拌工具外部冷却。

然而，上述第一和第二种方法虽然都可以一定程度的提升搅拌工具寿命，但都不能大幅度提升搅拌工具的寿命。

第三种方式中的其中一种方式：吹气冷却，冷却效果不明显；而第三种方式中的另外一种方式，水雾冷却，该种方式会在工件表面残留水质等杂质，且大量水蒸气导致机械部件生锈、电子元器件易损坏等问题。

因此，如何降低搅拌工具的温度，进而提高搅拌工具的使用寿命是一个值得研究的问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统安装方法、工作方法、系统。

本申请的方案如下：

一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的安装方法，包括以下步骤：

s2,在液冷刀柄的第一管、第二管、第三管上分别套设第一密封胶垫、第二密封胶垫、第三密封胶垫；

s3,将密封支撑罩罩在液冷刀柄上：密封支撑罩从下至上套在液冷刀柄上，第一管的下端部、第二管的下端部、第三管的下端部分别放置在第一台阶上、第二台阶上、第三台阶上；

s4,搅拌工具穿过密封支撑罩的空心腔体，插入到液冷刀柄的第四管的夹持孔中；

s5,转动密封支撑罩、转动搅拌工具、使得密封支撑罩的安装孔、第一螺孔第二螺孔的位置对应；

s6,安装紧固螺丝：将紧固螺丝连接至第一螺孔、第二螺孔，在搅拌工具与液冷刀柄转动时，紧固螺丝的外表面不与密封支撑罩的内表面发生摩擦。

进一步，在s2之前，还包括：s1,将液冷刀柄与机床主轴连接：第一法兰连接件与机床主轴的驱动轴的法兰连接件连接。

进一步，在s6之后，还包括：s7,密封支撑罩的第二法兰连接件与机床主轴的非旋转结构的法兰盘连接。

进一步，在s7之后，还包括：s8,外接循环系统与密封支撑罩的进液口、出液口连接。

一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的工作方法，包括以下步骤：

s2,开始焊接后，采用外接循环系统，冷却液从进液口进入液冷刀柄与密封支撑罩构成的进液腔体腔体中，然后通过进液口进入刀柄腔体内；通过出液口流到液冷刀柄与密封支撑罩组成的出液腔体内，再然后通过出液口回流到外循环系统，完成冷却液的循环冷却系统。

进一步，还包括s1,液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统进行组装。

采用前述的一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的安装方法组装的一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统。

一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统，包括：液冷刀柄（1）、密封支撑罩（3）和搅拌工具（4）；

其中，液冷刀柄（1）包括：夹持柄（11）、密封管道组件（13）；密封管道组件（13）包括第一管（131）、第二管（132）、第三管（133）、第四管（134）；第一管（131）、第二管（132）、第三管（133）、第四管（134）同轴顺序连接且外径逐渐减小；密封管道组件（13）的第一管（131）与夹持柄（11）连接；

在第二管（132）上设置出液口（14），在第三管（133）上设置进液口（15）；所述出液口（14）、进液口（15）与液冷刀柄（1）内部的腔体（16）连通；

其中，所述密封支撑罩（3）包括密封支撑罩本体，密封支撑罩本体包括设置于密封支撑罩本体内表面的密封管道组件定位台阶（37）；密封管道组件定位台阶（37）包括：第一台阶（371）、第二台阶（372）、第三台阶（373），第一台阶（371）、第二台阶（372）、第三台阶（373）分别与第一管（131）、第二管（132）、第三管（133）适配；

在密封支撑罩本体上设置有出液口（32）、进液口（33）；密封支撑罩的第一台阶（371）、液冷刀柄（1）的第二管（132）、第二台阶（372）之间的空间构成了出液腔体（1-3-2），密封支撑罩的第二台阶（372）、液冷刀柄（1）的第三管（133）、第三台阶（373）之间的空间构成了进液腔体（1-3-1）；

所述出液口（32）与所述出液腔体（1-3-2）连通，所述进液口（33）与所述进液腔体（1-3-1）连通；

其中，搅拌工具（4）与冷却刀柄（1）固定连接；搅拌工具（4）采用空腔体结构，搅拌工具（4）的空腔体与液冷刀柄（1）的腔体（16）连通。

进一步，液冷刀柄的第四管（134）的端部设置有夹持孔，且液冷刀柄的腔体（16）与第四管（134）的夹持孔连通；

其中，所述密封支撑罩（3）还包括：定位管（34）；定位管（34）设置在密封支撑罩本体的下端部，定位管（34）为空心结构且下端部设置有开口；

搅拌工具（4）的上端部穿过定位管（34）的开口插入到第四管（134）的夹持孔中。

进一步，在密封支撑罩（3）的侧面还设置有安装孔（36）。

进一步，在第四管（134）上设置有第一螺孔（17），在搅拌工具（4）上也设置有第二螺孔，紧固螺丝穿过第一螺孔（17）、第二螺孔，从而使得搅拌工具（4）与冷却刀柄连接。

进一步，液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统还包括：密封胶垫组件（2），所述密封胶垫组件（2）包括：第一密封胶垫（21）、第二密封胶垫（22）、第三密封胶垫（23）；

第一密封胶垫（21）套设在第一管（131）上；

第二密封胶垫（21）套设在第二管（132）的下部上；

第三密封胶垫（23）套设在第三管（133）的下部上。

进一步，液冷刀柄（1）还包括：第一法兰连接件（12），所述第一法兰连接件（12）固设在液冷刀柄（1）的中部区域，即设置在夹持柄（11）、密封管道组件（13）的连接部位。

进一步，密封支撑罩（3）还包括：第二法兰连接件（31）；所述第二法兰连接件（31）设置在密封支撑罩（3）的顶部。

进一步，液冷刀柄（1）的腔体（16）内设置了密封块（18）。

进一步，第一台阶（371）、第二台阶（372）、第三台阶（373）同轴设置且内径逐渐减小。

进一步，冷却刀柄、密封胶垫组件、密封支撑罩和搅拌工具为同轴设置；液冷刀柄（1）与搅拌工具（4）相连接，驱动搅拌工具旋转。

本申请的优点在于：

第一，本申请提供了一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统，通过在刀柄和搅拌工具内设有用于液体流通的腔体，再通过冷却液循环系统将搅拌工具温度降低，防止工具温度过高而产生的磨损，从而提高工具的使用寿命；

具体而言，本申请的设计核心点在于：

1）“冷却液如何进入到旋转的液冷刀柄”，这是本申请最大的难点。本申请的核心方案是“密封管道组件（13）包括第一管（131）、第二管（132）、第三管（133）；

在密封支撑罩本体上设置有出液口（32）、进液口（33）；

密封支撑罩的第一台阶（371）、液冷刀柄（1）的第二管（132）、第二台阶（372）之间的空间构成了出液腔体（1-3-2），密封支撑罩的第二台阶（372）、液冷刀柄（1）的第三管（133）、第三台阶（373）之间的空间构成了进液腔体（1-3-1）；

所述出液口（32）与所述出液腔体（1-3-2）连通，所述进液口（33）与所述进液腔体（1-3-1）连通”

上述液冷刀柄、密封支撑罩的设计，特别是“密封支撑罩上设置进液口、出液口；在密封支撑罩与液冷刀柄之间设置出液腔体（1-3-2）、进液腔体（1-3-1）、在液冷刀柄上设置进液口、出液口”，解决了“冷却液如何进入到旋转的液冷刀柄”这一技术问题。

也即，本申请的“液冷刀柄的密封台阶式结构（第一管、第二管、第三管）”与“密封支撑罩的密封管道组件定位台阶”的设计，并不是为了使得“液冷刀柄、密封支撑罩”两者结构配合，而是为了形成“出液腔体、进液腔体”。

第二，本申请的第二个发明点在于:给出了液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的安装方法，具体如下：

s1,将液冷刀柄与机床主轴连接：第一法兰连接件12与机床主轴的驱动轴的法兰连接件连接；

s2,在液冷刀柄的第一管131、第二管132、第三管133上分别套设第一密封胶垫21、第二密封胶垫22、第三密封胶垫23；

s3,将密封支撑罩3罩在液冷刀柄1上：密封支撑罩3从下至上套在液冷刀柄1上，第一管的下端部、第二管的下端部、第三管的下端部分别放置在第一台阶上、第二台阶上、第三台阶上；

s4,搅拌工具4穿过密封支撑罩3的空心腔体35，插入到液冷刀柄1的第四管的夹持孔中；

s5,转动密封支撑罩3、转动搅拌工具4、使得密封支撑罩3的安装孔36、第一螺孔17第二螺孔的位置对应；

s6,安装紧固螺丝：将紧固螺丝连接至第一螺孔17、第二螺孔，在搅拌工具与液冷刀柄转动时，紧固螺丝的外表面不与密封支撑罩3的内表面发生摩擦（即紧固螺丝的长度进行了限制）；

s7,密封支撑罩3的第二法兰连接件31与机床主轴的非旋转结构的法兰盘连接；

s8,外接循环系统与密封支撑罩的进液口、出液口连接。

第三，本申请的的第三个发明点在于：给出了一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的工作方法，具体如下：

s1,液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统进行组装（即按照前述的液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的安装方法进行组装）；

s2,开始焊接后，采用外接循环系统，冷却液从进液口33进入液冷刀柄1与密封支撑罩构成的进液腔体1-3-1腔体中，然后通过进液口15进入刀柄腔体16内；

通过出液口14流到液冷刀柄与密封支撑罩组成的出液腔体1-3-2内，再然后通过出液口32回流到外循环系统，完成冷却液的循环冷却系统。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本申请作进一步的详细说明，但并不构成对本申请的任何限制。

图1是实施例一的液冷搅拌摩擦焊工具系统的爆炸示意图（未示意出冷却液进出液管）。

图2是实施例一提供的液冷搅拌摩擦焊工具系统装配完成后的截面示意图（未示意出冷却液出液管）。

图3是实施例一提供的液冷刀柄的截面示意图。

图4是实施例一提供的密封支撑罩的截面示意图。

附图标记说明如下：

液冷刀柄1，夹持柄11，第一法兰连接件12，密封管道组件13，出液口14，进液口15，刀柄腔体16，第一螺孔17，第一管131，第二管132，第三管133，第四管134；

进液腔体1-3-1、出液腔体1-3-2；

密封胶圈2，第一密封胶垫21，第二密封胶垫22，第三密封胶垫23；

密封支撑罩3，第二法兰连接件31，出液口32，进液口33，定位管34，空心腔体35，安装孔36，密封管道组件定位台阶37，第一台阶371，第二台阶372，第三台阶373；

搅拌工具4；

密封胶圈5。

具体实施方式

实施例一，为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是实施例一的液冷搅拌摩擦焊工具系统的爆炸示意图。

图2是实施例一提供的液冷搅拌摩擦焊工具系统装配完成后的截面示意图。

图3是实施例一提供的液冷刀柄的截面示意图。

图4是实施例一提供的密封支撑罩的截面示意图。

下面结合图1至图4对本申请的一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的结构详细说明。

一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统，包括：液冷刀柄1、密封胶垫2、密封支撑罩3、搅拌工具4。

其中，液冷刀柄1包括顺序连接的：夹持柄11、密封管道组件13；所述夹持柄11用于与机床主轴匹配连接（即夹持柄11与主轴型号匹配）；

密封管道组件13包括第一管131、第二管132、第三管133、第四管134；所述第一管131、第二管132、第三管133、第四管134同轴顺序连接且外径逐渐减小；密封管道组件13的第一管131与夹持柄11连接；

所述液冷刀柄1内部设置有供冷却液循环使用的腔体16，第四管134的端部设置有夹持孔，且腔体16与第四管134的夹持孔连通。

其中，所述密封支撑罩3包括：密封支撑罩本体以及定位管34；密封支撑罩本体包括设置于密封支撑罩本体内表面的密封管道组件定位台阶37；密封管道组件定位台阶37包括：第一台阶371、第二台阶372、第三台阶373，第一台阶371、第二台阶372、第三台阶373分别与第一管131、第二管132、第三管133适配（具体而言，第一管的下端部、第二管的下端部、第三管的下端部分别放置在第一台阶371上、第二台阶372上、第三台阶373上）；第一台阶371、第二台阶372、第三台阶373内径逐渐减小。

定位管34设置在密封支撑罩本体的下端部，定位管34的内部为空心腔体35且下端部设置有开口。

搅拌工具4的上端部穿过定位管34的开口插入到第四管134的夹持孔中，即搅拌工具4紧固在冷却刀柄1的腔体内16。

液冷刀柄1的第四管在密封支撑罩的内部。

搅拌工具4采用空腔体结构，搅拌工具4的空腔体与液冷刀柄1的腔体16相连接，冷却液能够进入搅拌工具内，对搅拌工具进行冷却，其中液冷刀柄下端面与搅拌工具之间为间隙配合，搅拌工具4与液冷刀柄1之间通过橡胶圈5密封，以保证冷却液处于密封腔体内不泄漏。

在第二管132上设置出液口14，在第三管133上设置进液口15；所述出液口14、进液口15与液冷刀柄1内部的腔体16连通；在密封支撑罩本体上设置有出液口32、进液口33；所述出液口32和进液口33与冷却液循环流通设备相连接；

密封支撑罩的第一台阶371、液冷刀柄1的第二管132、第二台阶372之间的空间构成了出液腔体1-3-2，密封支撑罩的第二台阶372、液冷刀柄1的第三管133、第三台阶373之间的空间构成了进液腔体1-3-1；所述出液口32与所述出液腔体1-3-2连通，所述进液口33与所述进液腔体1-3-1连通。

液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统还包括：密封胶垫组件2，所述密封胶垫组件2包括：第一密封胶垫21、第二密封胶垫22、第三密封胶垫23；

第一密封胶垫21套设在第一管131上；

第二密封胶垫22套设在第二管132的下部上（防止第二密封胶垫22将出液口14堵塞）；

第三密封胶垫23套设在第三管133的下部上（防止第三密封胶垫23将进液口15堵塞）；

通过密封胶垫组件2的设计，以防止冷却液从进液腔体1-3-1、出液腔体1-3-2溢出。

上述密封胶垫组件的设计意义在于：所述液冷刀柄与密封支撑罩之间为间隙配合，通过密封胶垫组件构建出循环流道。

还需要说明的是：在密封支撑罩3的侧面还设置有安装孔36，在第四管134上设置有第一螺孔17，在搅拌工具4上也设置有第二螺孔，安装孔36、第一螺孔17、第二螺孔的位置对应（此处三者位置对应，是指安装时，螺丝能够从安装孔进入；），搅拌工具4的上部插入到第四管134中，紧固螺丝穿过安装孔36后，固定在第一螺孔17、第二螺孔中，从而将搅拌工具、液冷刀柄、两者固定在一起；即安装孔36只是用于螺丝通过的安装孔，其本身并不需要设置螺纹，且在后期使用时螺丝也不与安装孔发生关系；更为特别的，工作时，液冷刀柄、搅拌工具能够转动，密封支撑罩则一直处于静止状态，螺丝也在转动，其不与密封支撑罩的内表面发生接触。

还需要说明的是：液冷刀柄1还包括：第一法兰连接件12，所述第一法兰连接件12固设在液冷刀柄1的中部区域，即设置在夹持柄11、密封管道组件13的连接部位；所述第一法兰连接件12用于与机床主轴的驱动轴连接（即机床主轴与液冷刀柄1的连接，是通过机床主轴上的法兰盘与第一法兰连接件12来实现连接）。

还需要说明的是：密封支撑罩3还包括：第二法兰连接件31；所述第二法兰连接件31设置在密封支撑罩3的顶部，所述第二法兰连接件31与机床主轴的非旋转结构连接。

也即，液冷刀柄的第一法兰连接件12是用于与机床主轴的旋转结构(即驱动轴)连接,而密封支撑罩3的第二法兰连接件31是用于与机床主轴的非旋转结构连接。

还需要说明的是：液冷刀柄1的腔体16内设置了密封块18，确保腔体为密封状态。

一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的安装方法，包括如下步骤：

s1,将液冷刀柄与机床主轴连接：第一法兰连接件12与机床主轴的驱动轴的法兰连接件连接；

s2,在液冷刀柄的第一管131、第二管132、第三管133上分别套设第一密封胶垫21、第二密封胶垫22、第三密封胶垫23；

s3,将密封支撑罩3罩在液冷刀柄1上：密封支撑罩3从下至上套在液冷刀柄1上，第一管的下端部、第二管的下端部、第三管的下端部分别放置在第一台阶上、第二台阶上、第三台阶上；

s4,搅拌工具4穿过密封支撑罩3的空心腔体35，插入到液冷刀柄1的第四管的夹持孔中；

s5,转动密封支撑罩3、转动搅拌工具4、使得密封支撑罩3的安装孔36、第一螺孔17第二螺孔的位置对应；

s6,安装紧固螺丝：将紧固螺丝连接至第一螺孔17、第二螺孔，在搅拌工具与液冷刀柄转动时，紧固螺丝的外表面不与密封支撑罩3的内表面发生摩擦（即紧固螺丝的长度进行了限制）；

s7,密封支撑罩3的第二法兰连接件31与机床主轴的非旋转结构的法兰盘连接；

s8,外接循环系统与密封支撑罩的进液口、出液口连接。

一种液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的工作方法，包括如下步骤：

s1,液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统进行组装（即按照前述的液冷搅拌摩擦焊工具夹持系统的安装方法进行组装）；

s2,开始焊接后，采用外接循环系统，冷却液从进液口33进入液冷刀柄1与密封支撑罩构成的进液腔体1-3-1腔体中，然后通过进液口15进入刀柄腔体16内；

通过出液口14流到液冷刀柄与密封支撑罩组成的出液腔体1-3-2内，再然后通过出液口32回流到外循环系统，完成冷却液的循环冷却系统。

冷却液在液冷刀柄的腔体16和搅拌工具的腔体内流动，能够有效的带走搅拌工具摩擦产生的热量，达到降低搅拌工具（又称：搅拌头）温度的目的。

以上所举实施例为本申请的较佳实施方式，仅用来方便说明本申请，并非对本申请作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本申请所提技术特征的范围内，利用本申请所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本申请的技术特征内容，均仍属于本申请技术特征的范围内。