一种新型搅拌焊接装置的制作方法

专利检索2022-05-10  1



1.本实用新型涉及焊接技术领域,具体为一种新型搅拌焊接装置。


背景技术:

2.搅拌摩擦焊技术是1991年英国焊接研究所(twi)发明的一种固相连接技术,其原理主要是不可消耗的搅拌头与焊缝金属摩擦生热使金属达到塑性状态,同时在搅拌头锻压下形成致密的焊缝。该技术过程简单,无气孔、夹渣和热裂纹等缺陷,无弧光和烟尘等污染。尤其对于轻质合金(如铝合金、镁合金等)的焊接而言,搅拌摩擦焊具有无可比拟的优势。双轴肩搅拌摩擦焊是搅拌摩擦焊的一种重要变体,具有上下两个轴肩,上轴肩通过搅拌针带动下轴肩同向旋转,下轴肩代替刚性垫板支撑被焊材料焊接。双轴肩搅拌摩擦焊对于一些特殊工件来说(例如工字型的工件)同样有传统搅拌摩擦焊无可比拟的优势。
3.无论采用普通轴肩的搅拌摩擦焊搅拌头,还是采用普通双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头进行搅拌摩擦焊时,由于轴肩与被焊材料摩擦产生的摩擦力,导致前进测被焊材料始终受到向前推力,而后退测材料始终受到向后的拉扯力。因此当搅拌头每转一圈时,两对被焊工件都会有相对的微小位移,所以在连续焊接10m以后会出现较大相对位置偏差现象,严重影响两对被焊工件的相对位置精度,也因此会有较大的焊后形变(由于传统双轴肩搅拌头上轴肩下轴肩同时同方向与被焊工件摩擦,所以普通双轴肩搅拌摩擦焊产生的摩擦力更大)。同时也因为前进测力大于后退测力,前进测材料始终拉扯着搅拌头向前进测偏移,使搅拌头产生较大的偏距力。所以搅拌摩擦焊设备需要有足够的强度来抵消搅拌头产生的偏距力,因此大大增加了搅拌摩擦焊设备的成本,也限制了搅拌摩擦焊的柔性。


技术实现要素:

4.本实用新型的目的在于提供一种新型搅拌焊接装置,以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种新型搅拌焊接装置,包括:连接部、齿盘组、搅拌针和固定支架,所述连接部一端用于与焊接设备连接,所述齿盘组顶部与所述连接部底部连接,所述搅拌针设置在所述齿盘组下方,所述固定支架通过紧固螺钉安装在所述焊接设备的主轴外壳上。
6.进一步地,齿盘组包括主动齿盘、从动齿盘、换向齿轮和中空套筒,所述主动齿盘的中心轴依次穿过所述从动齿盘和所述中空套筒,且所述主动齿盘与所述换向齿轮啮合,并且所述换向齿轮与所述从动齿盘啮合,其中所述从动齿盘的下端与所述中空套筒连接,所述中空套筒设置在所述固定支架上,所述换向齿轮设置在所述固定支架的齿轮轴上。
7.进一步地,中心轴下端面的内螺纹通连接所述搅拌针上端面的外螺纹,其中所述搅拌针下端面的螺纹连接下轴肩中心处的内螺纹。
8.进一步地,从动齿盘和所述中空套筒为一体成型。
9.进一步地,中空套筒下断面的内螺纹与上轴肩上端面的外螺纹连接。
10.进一步地,主动齿盘与所述中心轴为一体成型。
11.进一步地,主动齿盘上端设置有定位止口。
12.进一步地,主动齿盘的下端面设置第一直齿,所述第一直齿的齿数为 5

800,所述换向齿轮的外圆设置第二直齿,所述第二直齿的齿数为3

500,所述从动齿盘的上端面设置有第三直齿,所述第三直齿的齿数为5

800。
13.进一步地,主动齿盘、所述换向齿轮和所述从动齿盘设置有相同的模数,所述模数采用0.1

20。
14.进一步地,连接部的下端设置有法兰盘,所述法兰盘直径为500mm

200mm,所述法兰盘上设置有工固定通孔,所述固定通孔直径为60mm

11mm,所述法兰盘的下端加工有定位凸台,所述定位凸台直径采用300mm

150mm。
15.通过本实用新型前述公开,相较于现有具有以下特点:
16.应用本实用新型的技术方案能够进一步降低搅拌摩擦焊设备所承受的外力,从而可降低搅拌摩擦焊设备结构的刚性,继而降低搅拌摩擦焊设备的成本;
17.其中,通过齿盘组的换向齿轮与从动齿盘啮合的情况下,改变主动齿盘的齿数,使主动齿盘与从动齿盘产生齿数差,因此可以使从动齿盘产生与主动齿盘不同的转速,因此可以使上轴肩与下轴肩有不同的转速输出,从而可更加灵活的控制被焊零件上表面与下表面的热输入量,继而可更加柔性的控制被焊零件的变形量,进一步的提高使用效果。
附图说明
18.图1为本实用新型结构示意图;以及
19.图2为本实用新型结构作业示意图;
20.图3为本实用新型连接部结构示意图;
21.图4为本实用新型主动齿盘结构示意图;
22.图5为本实用新型从动齿盘结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通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,都属于本实用新型保护的范围。
24.应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
26.请参阅图1

5,本实施例提供一种技术方案:一种新型搅拌焊接装置,包括:连接部1、齿盘组2、搅拌针3和固定支架4,所述连接部1一端用于与焊接设备连接,在本实施例中,所述连接部1为动力输入接口其用于与焊接设备的旋转主轴连接,并承受下轴肩5传递的来的轴向力,其中可选的将所述连接部1安装到搅拌摩擦焊设备主轴下断面的内腔中。在通常
情况下,所述连接部1为螺钉紧固式bt50刀柄,所述齿盘组2顶部与所述连接部1底部连接,所述固定支架4通过紧固螺钉安装在所述焊接设备的主轴外壳上,其中所述固定支架4通过紧固螺钉安装在焊设备主轴的外壳上,可以防止所述齿盘组2一起同向旋转,同时承受上轴肩6传递来的轴向力的。
27.在本实施例中,齿盘组2包括主动齿盘21、从动齿盘22、换向齿轮23 和中空套筒24,所述主动齿盘21的中心轴211依次穿过所述从动齿盘22和所述中空套筒24,且所述主动齿盘21与所述换向齿轮23啮合,并且所述换向齿轮23与所述从动齿盘22啮合,其中所述从动齿盘22的下端与所述中空套筒24连接,所述中空套筒24设置在所述固定支架4上,所述换向齿轮23 设置在所述固定支架4的齿轮轴上,所述中心轴211下端面的内螺纹通连接所述搅拌针3上端面的外螺纹,其中所述搅拌针3下端面的螺纹连接下轴肩5 中心处的内螺纹,所述中空套筒24下断面的内螺纹与上轴肩6上端面的外螺纹连接,其中在进行搅拌摩擦焊焊接时,首先将被焊工件拼装起来,然后将所述搅拌针3对准被焊工件的焊缝,然后搅拌摩擦焊装置的主轴高速旋转(通常转速采用50~5000r/min),从而带动所述齿盘组2中的所述主动齿盘21和所述下轴肩5一起旋转,于此同时所述主动齿盘21通过所述换向齿轮23带动所述从动齿盘22和所述上轴肩6以相反于所述下轴肩5的方向旋转。待所述搅拌针3、所述下轴肩5和反向旋转的所述上轴肩6的转速稳定后(这里提到的反向旋转是指相对于所述下轴肩5的旋转方向),移动搅拌摩擦焊设备的主轴,使被焊工件挤入所述上轴肩6与所述下轴肩5之间进行搅拌摩擦焊焊接。继而利用所述上轴肩6所述下轴肩5能够实现不同方向旋转,因此所述上轴肩6和所述下轴肩5可产生大小相等方向相反的滑动摩擦力,两个方向相反的力同时作用于同一组被焊工件,故相互抵消,因此可以消除在焊接过程中两对被焊零件之间的相对微小位移,从而减小在焊接较长零件时的变形情况。同样可实现所述上轴肩6和所述下轴肩5的反转,所以在搅拌摩擦焊过程中,所述上轴肩6产生的前进侧对应所述下轴肩5产生的后退侧,所述下轴肩5产生的前进侧对应所述上轴肩6的后退侧,且同时作用于同一被焊零件,因此所述上轴肩6产生的偏距力被相对所述上轴肩6反向旋转的所述下轴肩5产生的偏距力抵消,从而可进一步降低搅拌摩擦焊设备所承受的外力,从而可降低搅拌摩擦焊设备结构的刚性,从而降低搅拌摩擦焊设备的成本。
28.可选的,从动齿盘22和所述中空套筒24为一体成型,主动齿盘21与所述中心轴211为一体成型,通过此设计,能够有效提高作业时的稳定性。
29.在本实施例中,主动齿盘21的下端面设置第一直齿,所述第一直齿的齿数为5

800,所述换向齿轮23的外圆设置第二直齿,所述第二直齿的齿数为 3

500,所述从动齿盘22的上端面设置有第三直齿,所述第三直齿的齿数为 5

800。通过保证所述换向齿轮23与所述从动齿盘22啮合的情况下,改变所述主动齿盘21的齿数,使所述主动齿盘21与所述从动齿盘22产生齿数差,因此可以使所述从动齿盘22产生与所述主动齿盘22不同的转速,因此可以使所述上轴肩6与所述下轴肩5有不同的转速输出,因此本装置可更加灵活的控制被焊零件上表面与下表面的热输入量,从而可更加柔性的控制被焊零件的变形量。
30.其中,连接部1的下端设置有法兰盘11,所述法兰盘11直径为500mm
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200mm,所述法兰盘11上设置有工固定通孔,所述固定通孔直径为60mm
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11mm,所述法兰盘11的下端加工有定位凸台111,所述定位凸台111直径采用300mm

150mm,主动齿盘21上端设置有定位止口212,在进行安装时,所述定位凸台111与所述定位止口212固定连接。
31.作业方法:
32.第一步:根据被焊工件的厚度h选择搅拌针的长度l,通常情况下搅拌针的长度l=h

a(a:取值范围0.2mm~0.5mm),本文中搅拌针3长度即上轴肩6 与下轴肩5之间的间距;
33.第二步:根据搅拌针3的长度选择上轴肩6直径d1和下轴肩5的直径d2。上轴肩6直径d1和下轴肩5直径d2,d1=d2=(2~4)l;
34.第三步:将连接部1安装到搅拌摩擦焊设备主轴下断面的内腔中;
35.第四步:将固定支架4安装到搅拌摩擦焊设备主轴套筒上,同时使主动齿盘21的中心轴211穿过从动齿盘22和中空套筒24,并保证同轴;
36.第五步:通过螺纹将上轴肩6安装到,从动齿盘22的中控套筒24的下端面上;
37.第六步:通过螺纹将搅拌针3安装到,主动齿盘21的中心轴211的下端面上;
38.第七步:通过螺纹将下轴肩5安装到,搅拌针3的下断面上;
39.第八步:将两对被焊零件拼装固定好,确保焊缝的正下方悬空,悬空后的空间可以保障本发明装置的下轴肩5能顺利通过;
40.第九部:移动搅拌摩擦焊设备的主轴,使搅拌针3对准被焊工件的焊缝;
41.第十步:启动搅拌摩擦焊设备,使其主轴高速旋转(通常情况下,采用 500~5000r/min的速度),在主轴的带动下主动齿盘21及其下端安装的搅拌针3,下轴肩5一起高速旋转,于此同时主动齿盘21通过换向齿轮23带动从动齿盘22和上轴肩6以相反于下轴肩5的方向高速旋转;
42.第十一步:移动搅拌摩擦焊设备的主轴,使被焊工件挤入上轴肩6与下轴肩5之中。挤入过程采用匀加速的方式,直至加速设定的焊接速度为止,一般情况下匀加速的距离为10~100mm,焊接速度一般采用10~3000mm/min;
43.第十二步:以预先设定好的转速和焊接速度焊接被焊零件,直到装置完全移出被焊零件后,停止移动主轴,停转主轴。
44.进一步的可以根据工艺要求,更换上轴肩6、主动齿盘21的直径来控制上轴肩6和下轴肩5实现不同转速的输出。实施步骤如下:
45.第一步:根据搅拌摩擦焊的焊接工艺要求确定上轴肩6转速v1和下轴肩 6的转速v2;
46.第二步:根据v1,v2选择主动齿盘21的齿数m1。进一步根据齿轮传动比原理:齿数比等于转速比即v1/v2=m2/m1(m2为从动齿盘22的齿数),整理后m1=m2*v2/v1;
47.第三步:从中心轴211上拆下搅拌针3和下轴肩5;
48.第四步:然后将主动齿盘21的中心轴211从动齿盘22的中心孔中拔出;
49.第五步:拆下连接部1口法兰盘11上的固定螺钉,取下主动齿盘21;
50.第六步:将连接部1的定位凸台111插入新主动齿盘21的定位止口212 中,并将法兰盘11上的固定通孔对准新主动齿盘21上的固定螺纹孔,然后用螺钉固定安装;
51.第七步:将连接部1安装到搅拌摩擦焊设备主轴下断面的内腔中;
52.第八步:将固定支架4安装到搅拌摩擦焊设备主轴套筒上,同时使主动齿盘21的中心轴211穿过从动齿盘22和中空套筒24,并保证同轴;
53.第九步:通过螺纹将上轴肩6安装到,从动齿盘22的中控套筒24的下端面上;
54.第十步:通过螺纹将搅拌针3安装到,主动齿盘21的中心轴211的下端面上;
55.第十一步:通过螺纹将下轴肩5安装到,搅拌针3的下断面上;
56.第十二步:将两对被焊零件拼装固定好,确保焊缝的正下方悬空,悬空后的空间可以保障本发明装置的下轴肩能顺利通过;
57.第十三部:移动搅拌摩擦焊设备的主轴,使装置的搅拌针3对准被焊工件的焊缝;
58.第十四步:启动搅拌摩擦焊设备,使其主轴高速旋转(通常情况下,采用500~5000r/min的速度),在主轴的带动下主动齿盘21及其下端安装的搅拌针3,下轴肩6一起以搅拌摩擦焊主轴相同的高速旋转。于此同时主动齿盘 21通过换向齿轮23带动从动齿盘22和上轴肩6以相反于下轴肩5的方向旋转,旋转的速度v2=v1*m2/m1;
59.第十五步:移动搅拌摩擦焊设备的主轴,使被焊工件挤入上轴肩6与下轴肩5之中。挤入过程采用匀加速的方式,直至加速设定的焊接速度为止,一般情况下匀加速的距离为10~100mm,焊接速度一般采用10~3000mm/min;
60.第十六步:以预先设定好的转速和焊接速度焊接被焊零件,直到本装置完全移出被焊零件后,停止移动主轴,停转主轴。
61.需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
62.需要说明的是,当本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换,以便这里描述的本技术的实施方式,例如,能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。
63.为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
64.现在,将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是,提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员,在附图中,为了清楚起见,有可能扩大了层和区域的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的器件,因而将省略对它们的描述。
65.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,
可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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