一种带有切削刃的搅拌摩擦焊搅拌头的制作方法

本发明涉及一种搅拌摩擦连接的工具，尤其是一种搅拌头，具体地说是一种带有切削刃的、能够改善搅拌摩擦焊缝质量的搅拌头。

背景技术：

搅拌摩擦焊是一项高效、节能、环保的固相连接技术，在连接过程中，高速旋转的搅拌头以一定的下压量和前进速度沿着工件材料的对接处前进。工件材料在与搅拌头的轴肩和搅拌针接触的区域受到摩擦和强烈塑性变形的作用，而产生热量并软化，在搅拌针旋转搅拌作用下，软化的材料被挤压变形产生流动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而完成固相连接。

搅拌摩擦焊是在低于工件材料熔点温度的条件下连接的，工件材料没有熔化，连接应力小，接头强度高，已经广泛用于多种材料的连接加工。在搅拌摩擦连接技术中，搅拌头的设计对于材料的焊缝质量起着非常重要的作用，搅拌头上的搅拌针旋转时所能带动焊缝处金属流动的体积将直接影响焊缝的质量，金属流动的越均匀，焊缝质量越好，金属流动性差，会导致材料间混合不充分，甚至存在孔洞、未焊透等缺陷，这将在很大程度上影响产品的安全性和服役性能。

目前，搅拌针的结构主要是圆柱状和圆锥状带螺纹结构，对于异种材料或者流动性较差的材料进行搅拌摩擦连接时，搅拌针能够带动材料流动的能力有限，会导致异种材料或者流动性差的材料不能充分混合，容易出现连接缺陷。

中国专利（公开号：CN 104475966A）公开了一种增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头及其制造方法，具体方法是在搅拌针的侧面加工出右旋螺纹和一个与轴线方向平行的平面，该方法比普通的搅拌头效果要好，但增强焊缝材料流动的性能有限。

中国专利（授权号：CN100519044C）公开了一种搅拌摩擦焊的焊具，主要用于解决双层铝合金材料焊接的传热问题，具体方法是在搅拌针圆锥面增加螺旋凹槽，在顶端增加半球形凹槽，该方法的效果与螺纹大同小异，能够增加材料在垂直方向上的流动，但不能增强材料在搅拌针水平方向上的流动。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有搅拌摩擦焊中的搅拌头对异种材料或者流动性差的材料进行连接时容易出现材料混合不均匀等缺陷问题，发明一种带有切削刃的搅拌摩擦焊搅拌头。

本发明的技术方案是：

一种带有切削刃的搅拌摩擦焊搅拌头，它主要由装夹柄1、过渡圆柱体2、轴肩3 和搅拌针4组成，装夹柄1、过渡圆柱体2、轴肩3 和搅拌针4依次顺序连接，其特征是所述的搅拌针4的表面设有若干沿轴向布置的螺旋凹槽6，螺旋凹槽6的截面形状为U型，在螺旋凹槽6的左侧边缘开有若干刀片槽7,在每条刀片槽7中安装有若干切削刀片5，每条螺旋凹槽6内的数个切削刀片5上的切削刃8组成一条螺旋状切削刃；所述的轴肩3与搅拌针4相连接的端面呈内凹型以便于储存和重新分配塑化材料。

所述搅拌针4的形状是圆柱状或者圆锥状，在搅拌针4表面上至少开有两条螺旋凹槽6，且均匀分布，螺旋凹槽6的螺旋圈数小于等于1/2圈，螺旋凹槽6均始于搅拌针4的顶端，螺旋凹槽6的末端与轴肩3上的内凹面相连。

所述的每条螺旋凹槽6上至少开有两个刀片槽7，刀片槽7的排列方式可以是错开排列和顺序排列，第一个刀片槽7与搅拌针4的顶端平齐。

本发明的有益效果是：

本发明的带有切削刃的搅拌头，轴肩端面是内凹型，向内凹陷所形成的空间能够储存和重新分配塑化材料。搅拌针上螺旋凹槽的圈数小于等于1/2圈，有助于储存塑化材料和促进焊缝部位处于高塑化状态的材料在垂直方向的流动。螺旋凹槽上的刀片槽安装有切削刀片，搅拌头旋转过程中，一方面切削刀片上的切削刃与材料进行切削作用，产生切削热，有助于材料的塑性流动，另一方面，切削刃切削材料，能带动部分塑化材料在水平方向上流动，并且能将一部分切削的塑化材料通过螺旋凹槽在垂直方向上运送出去。

本发明提供的搅拌头增加了塑性材料在水平方向和垂直方向上的流动性，能够使材料的混合更加充分和均匀，增强连接区域力学性能，大大提高连接区域焊接质量和连接速度。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。

图2 为本发明的搅拌针放大结构示意图。

图3为本发明的螺旋凹槽的截面图。

图4为本发明的结构剖视图。

图中：1-装夹柄、2-过渡圆柱体、3-轴肩、4-搅拌针、5-切削刀片、6-螺旋凹槽、7-刀片槽、8-切削刃。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-4所示。

一种带有切削刃的搅拌摩擦焊搅拌头，它主要由装夹柄1、过渡圆柱体2、轴肩3、搅拌针4、切削刀片5、螺旋凹槽6、刀片槽7和切削刃8组成，如图1-3所示，装夹柄1、过渡圆柱体2、轴肩3 和搅拌针4依次顺序连接，过渡圆柱体2上加工有若干圈既能减重又有利于散热的环形凹槽，搅拌针4上加工有若干条螺旋凹槽6（图3中为4条），螺旋凹槽6的截面形状为U型，在螺旋凹槽6的左侧边缘开有若干刀片槽7,每条刀片槽7中安装有若干切削刀片5，每条螺旋凹槽6内的数个切削刀片5上的切削刃8组成一条螺旋状切削刃。所述搅拌针4的形状可以是圆柱状或者圆锥状。具体实施时可在搅拌针4表面上至少开有两条螺旋凹槽6，且均匀分布，螺旋凹槽6的螺旋圈数小于等于1/2圈，螺旋凹槽6均始于搅拌针4的顶端，螺旋凹槽6的末端与轴肩3上的内凹面相连。每个螺旋凹槽6中至少开有两个刀片槽7，刀片槽7的排列方式可以是错开排列或顺序排列，第一个刀片槽7与搅拌针4的顶端平齐。每个切削刀片5可以具有多条切削刃8，当一条切削刃8磨损后可以旋转切削刀片5更换切削刃8，以减小搅拌头的使用成本。

如图4所示，轴肩3与搅拌针4相连接的端面呈内凹型，螺旋凹槽6的末端与轴肩3上的内凹面相连。当搅拌针逆时针旋转时，搅拌针4周围的塑性材料沿着螺旋凹槽6自下而上进行螺旋迁移，当塑性材料流动到轴肩3凹面的时候，受到轴肩3的阻挡和挤压，塑性金属又会朝远离搅拌针4的方向迁移。

螺旋凹槽6上的刀片槽7安装有切削刀片5，搅拌头4旋转过程中，切削刀片5上的切削刃8与材料进行切削作用，产生切削热，增加了搅拌摩擦焊的热输入量，有助于材料的塑性软化和流动。同时，切削刃8不断地对塑性材料进行切削，带动部分塑化材料在水平方向上流动，并且能将一部分切削的塑化材料通过螺旋凹槽6在垂直方向上运送出去。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。