专利名称：一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头的制作方法
技术领域：
本发明属于材料连接技术领域，涉及一种焊接设备，尤其涉及一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头。
背景技术：
双轴肩搅拌摩擦焊是传统搅拌摩擦焊接领域的拓展技术，适合焊接中空构件、中厚板，在航空、航天、造船等领域有广泛的应用前景。双轴肩搅拌摩擦焊接时，上、下轴肩、搅拌针同时旋转并与工件摩擦生热，在强烈的摩擦、搅拌作用之下，焊缝金属发生塑化，并被旋转挤压至搅拌头后侧，从而形成焊缝。因此双轴肩搅拌摩擦头结构对焊缝的成型有着重要的影响，然而当前双轴肩搅拌摩擦头多采用固定的上、下轴肩间距，只能焊接固定板厚的金属，如遇参数调整或板厚误差，则不能满足焊接要求。
为了解决这个问题，上下轴间距离必须可调。国内外一般采取的措施是使上轴肩与搅拌针产生轴向位移来调节上下轴肩间距，如专利(申请号201210044981. O)中提出改变上轴肩与搅拌针轴向相对位移的方法，而下轴肩与搅拌针轴向相对位移不变；马宗义在专利(CN101209512)中提出采用组合式的搅拌摩擦焊接工具，但仅仅针对传统搅拌摩擦焊接，不适合于双轴肩搅拌摩擦焊接。为此，发明人提出通过改变下轴肩与搅拌针轴向相对位移的方法，来实现上下轴肩间距可调节的目的，从而改善双轴肩搅拌摩擦焊焊接方式的灵活性。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，通过改变下轴肩与搅拌针轴向相对位移的方法，实现上、下轴肩间距可调节的目的，避免了上下轴肩间距固定引起焊接方式调节不灵活的缺点。技术方案本发明所述的一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，包括安装柱、上轴肩、搅拌针和下轴肩，所述安装柱与搅拌针分别固定在上轴肩的两端，所述下轴肩套装固定在搅拌针上，通过移动下轴肩调节其与上轴肩的间距。进一步完善上述技术方案，所述下轴肩通过螺纹结构套装固定在搅拌针上。进一步，上述摩擦头还包括下轴肩盖和调节轴套，所述搅拌针上设置有两段纹路相反的外螺纹，自上轴肩依次为第一外螺纹和第二外螺纹，搅拌针依次穿过下轴肩与调节轴套并通过第一外螺纹、第二外螺纹与之配合，所述调节轴套靠近下轴肩的一端外壁设置有凸缘，所述下轴肩设置有用于容纳凸缘的空腔，通过下轴肩盖将凸缘固定在空腔内，所述调节轴套可在空腔内轴向移动。为了扩大下轴肩与上轴肩之间的调节距离，所述第一外螺纹和第二外螺纹间隔设置。所述搅拌针上在上轴肩与第一外螺纹之间设置有与其纹路相反的第三外螺纹。为了使塑化金属流动充分，也为了减少焊缝飞边，所述上轴肩和下轴肩与待焊工件的接触面上分别开有渐开曲线沟槽。进一步，所述安装柱、上轴肩和搅拌针为一体式结构。所述安装柱上设置有便于固定的键槽，其与金属键配合，使摩擦头不能相对于主轴旋转。上、下轴肩间距调节原理如下当搅拌针依次穿过下轴肩、调节轴套，并分别通过第一外螺纹和第二外螺纹与之配合连接后，由于螺纹旋向不同，当需要产生同样轴向位移时，下轴肩与调节轴套的旋向相反；利用这一特点，当需要增大间距时，下轴肩与调节轴套往下旋转，上下轴肩间距达到要求的值后，旋转调节轴套，直至调节轴套上的凸缘与下轴肩盖或腔体的顶端紧密贴合；当需要减小间距时，下轴肩与调节轴套向上旋转，使下轴肩轴向位移的改变量与所需要间距的改变量相同，继续旋转调节轴套，直至调节轴套上的凸缘与下轴肩盖或腔体的顶端紧密贴合；焊接时，搅拌头旋转，被焊工件对下轴肩施加反作用力矩，使下轴肩具有了沿轴向向上或向下运动的趋势，然而欲使调节轴套产生同样的运动，必须具有相同的力矩，因此调节轴套拉紧或顶紧了下轴肩，阻止了下轴肩向上或向下运动，从 而保持了上下轴肩间距处于设定值而不被改变。本发明与现有技术相比，其有益效果是(I)上轴肩与搅拌针连为一体，简化了搅拌头结构；(2)分别以不同的方向旋转下轴肩、调节轴套，可轻松手动调节上下轴肩之间的间距；(3)在焊接过程中，通过搅拌针上不同旋向螺纹的作用使调节轴套拉紧或顶紧下轴肩，使焊接过程中上下轴肩的间距保持不变；(4)上述结构简单实用，对增强双轴肩搅拌摩擦头对工件板厚的适应能力、控制焊缝质量有着重要意义。
图I为本发明的结构示意图。图2为所述安装柱、上轴肩与搅拌针的结构示意图。图3为所述下轴肩与调节轴套的结构示意图。图4为本发明的焊接示意图。图5为下轴肩与被焊工件接触面上的曲线沟槽示意图。图6为焊接时塑化金属流动轨迹示意图。
具体实施例方式下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。参见图I和2，一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，主要由以下部件组成从上往下依次是安装柱2、上轴肩3、搅拌针4、下轴肩5、下轴肩盖6和调节轴套7，其中，安装柱2上开有键槽1，安装柱2、上轴肩3、搅拌针4为一体式结构，它们之间相对位移不可改变，在搅拌针4上，从上至下依次加工有第一右螺纹4-1、左螺纹4-2、光柱4-3、第二右螺纹 4-4。参见图3，下轴肩5、调节轴套7为轴对称结构，下轴肩5上部为内螺纹孔，与搅拌针4上的左螺纹4-2相配合；调节轴套7内的螺纹与搅拌针4上的第二右螺纹4-4相配合，而左螺纹4-2、第二右螺纹4-4的旋向相反；当调节轴套7沿着螺纹4-4旋进下轴肩5底部的空腔后，下轴肩盖6通过螺钉与下轴肩5相连，从而将调节轴套7上部的凸缘限制在下轴肩5底部的空腔内。搅拌摩擦头的安装顺序如下当安装柱2伸入主轴安装孔中后，操作者可通过键和键槽I固定搅拌头，使之不能相对主轴旋转；搅拌针4穿过下轴肩5并通过左螺纹4-2与之配合；然后搅拌针4穿过调节轴套7并通过第二右螺纹4-4与之配合；当调节轴套7上的凸缘沿着螺纹4-4旋进轴肩5底部的空腔后，下轴肩盖6通过螺钉与下轴肩5相连，用于阻挡调节轴套7向下运动，即阻止其脱离下轴肩5的内部。按照以上顺序可完成安装。上下轴肩间距调节过程
参见图I、图2、图3，当搅拌针4依次穿过下轴肩5、调节轴套7并分别通过左螺纹4-2、第二右螺纹4-4与之配合连接后，由于螺纹旋向不同，当需要产生同样轴向位移时，下轴肩5与调节轴套7的旋向相反；利用这一特点，当需要增大间距时，下轴肩5逐步顺时针(俯视)旋转，上下轴肩间距达到要求的值后，调节轴套7逆时针旋转(俯视)，直至调节轴套7的凸缘与下轴肩盖6紧密贴合；当需要减小间距时，调节轴套7顺时针旋转(俯视)，使轴向位移 的改变量与所需要间距的改变量相同，然后下轴肩5逆时针(俯视)旋转，直至下轴肩盖6与调节轴套7的凸缘紧密贴合为止；焊接时，搅拌头顺时针旋转(俯视)，被焊工件8对下轴肩5施加了反作用力矩(俯视)逆时针，使下轴肩5具有了沿轴向向上运动的趋势，然而欲使调节轴套7产生同样的运动，必须具有顺时针旋转(俯视)力矩，因此调节轴套7拉紧了下轴肩5、阻止了下轴肩5向上运动，从而保持了上下轴肩间距处于设定值而不被改变。当上下轴肩的间距调节结束之后，即可进入正常焊接程序。参见图4，焊接过程中，被焊工件8被夹持于上轴肩3、下轴肩5之间，而搅拌针4则穿过被焊工件8，当双轴肩搅拌摩擦头顺时针旋转(俯视)时，上轴肩3、下轴肩5、搅拌针4同时对工件进行摩擦产热。参见图5，为了使塑化金属流动充分，也为了减少焊缝飞边，在下轴肩5与工件8接触面加工了渐开曲线沟槽；上轴肩3与被焊工件8接触面也渐开区线沟槽，与下轴肩5端面上的沟槽一致。参见图6，在搅拌针4、上轴肩3、下轴肩5的作用下，搅拌针4附近的塑化金属将沿着厚度方向运动，形成了“挤压-填充”的循环9，由于参与搅拌焊接的第一右螺纹4-1和左螺纹4-2的旋向相反，因此塑性金属循环流动情况在被焊工件8的厚度方向上对称分布，同时正是通过这个循环，实现了金属流动和焊缝成型。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求
1.一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，包括安装柱、上轴肩、搅拌针和下轴肩，所述安装柱与搅拌针分别固定在上轴肩的两端，其特征在于，所述下轴肩套装固定在搅拌针上，通过移动下轴肩调节其与上轴肩的间距。
2.根据权利要求I所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，所述下轴肩通过螺纹结构套装固定在搅拌针上。
3.根据权利要求2所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，还包括下轴肩盖和调节轴套，所述搅拌针上设置有两段纹路相反的外螺纹，自上轴肩依次为第一外螺纹和第二外螺纹，搅拌针依次穿过 下轴肩与调节轴套并通过第一外螺纹、第二外螺纹与之配合，所述调节轴套靠近下轴肩的一端外壁设置有凸缘，所述下轴肩设置有用于容纳凸缘的空腔，通过下轴肩盖将凸缘固定在空腔内，所述调节轴套可在空腔内轴向移动。
4.根据权利要求3所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，所述第一外螺纹和第二外螺纹间隔设置。
5.根据权利要求4所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，所述搅拌针上在上轴肩与第一外螺纹之间设置有与其纹路相反的第三外螺纹。
6.根据权利要求I所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，所述上轴肩和下轴肩与待焊エ件的接触面上分別开有渐开曲线沟槽。
7.根据权利要求I所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，所述安装柱、上轴肩和搅拌针为一体式结构。
8.根据权利要求I所述的下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，其特征在于，所述安装柱上设置有便于固定的键槽。
全文摘要
本发明公开一种下轴肩位置可调的双轴肩搅拌摩擦头，包括安装柱、上轴肩、搅拌针和下轴肩，所述安装柱与搅拌针分别固定在上轴肩的两端，所述下轴肩套装固定在搅拌针上，通过移动下轴肩调节其与上轴肩的间距；本发明结构简单实用，对增强双轴肩搅拌摩擦头对工件板厚的适应能力、控制焊缝质量有着重要意义。
文档编号B23K20/12GK102848072SQ20121034334
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者陈书锦, 卢阿丽, 胡森, 张郡郡, 芦笙 申请人:江苏科技大学