一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头的制作方法

1.本发明涉及一种搅拌摩擦技术，尤其是一种适合铝合金搅拌摩擦连接结束后无钥匙眼缺陷的搅拌头，该搅拌头主要通过内收缩式搅拌针，并在收缩过程中将搅拌针内仓内的金属粉末挤压到搅拌小孔中，在密封的小孔中由于搅拌针的搅拌产生的集聚热量塑化挤入小孔的金属，然后在搅拌头轴肩的挤压下实现无钥匙眼的连接焊缝，具体地说一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头。
技术背景
2.搅拌摩擦连接技术应用在铝合金板材连接中，连接的焊缝质量高，可靠，特别是7系列的硬铝，其熔化焊接效果差，很难实现焊接。搅拌摩擦连接技术可以很好的避免这种缺陷发生。但是搅拌摩擦连接末端出现钥匙眼，这是搅拌摩擦连接的缺陷，在一些大型板材的连接中，钥匙眼缺陷可以通过切除去掉，保证了其他连接部位的好的连接效果。而针对于像铝合金汽车车轮毂、大型的铝合金圆形气密件等，利用搅拌摩擦连接出现末端的钥匙眼很难保证零部件的应用了，容易造成此处应力集中，失效较快。传统的回抽时搅拌头虽可以实现无钥匙眼的连接，但是连接末端的小孔内由于金属粉末不足，已出现小孔、疏松等现象发生，故而不易在高速情况下应用。本发明的办法可以避免这种缺陷，实现真正意义上的无钥匙眼连接。该方法制造简单、价格低、便于推广应用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有的铝合金板材连接中易出现钥匙眼而造成应力集中提前失效的问题，设计一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，该搅拌头主要通过内收缩式搅拌针，并在收缩过程中将搅拌针内仓内的金属粉末挤压到搅拌小孔中，在密封的小孔中由于搅拌针的搅拌产生的集聚热量塑化挤入小孔的金属，然后在搅拌头轴肩的挤压下实现无钥匙眼的连接焊缝。
4.本发明的技术方案是：
5.一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：它主要由带轴肩的夹持柄1、可拆卸搅拌针2、螺纹套4、大电机5、螺杆6、搅拌针内腔体7、电磁吸附盘8、小电机9、螺纹活塞杆10、活塞11、压电传感器12、压电传感器13、控制器14组成；可拆卸搅拌针2下端开有用于出粉的出粉口16；可拆卸搅拌针2与搅拌针内腔体7之间通过电磁吸附盘8吸附在一起，可拆卸搅拌针2中设有粉末仓15，活塞11安装在粉末仓15中并与螺纹活塞杆10相连，螺纹活塞杆10由小电机9驱动，小电机9安装在搅拌针内腔体7中；搅拌针内腔体7及电磁吸附盘8旋装在螺纹套4中，螺纹套4套装在带轴肩的夹持柄1的夹持柄内腔3中且只能作轴向移动，搅拌针内腔体7与螺杆6相连，螺杆6与带动其转动的大电机5相连，大电机5安装在夹持柄内腔3中，大电机5带动旋装在搅拌针内腔体7中的螺杆6旋转实现搅拌针内腔体7及与其相连的电磁吸附盘8的上下移动；大电机5的动作受控于第一压电传感器12，小电机9和电磁吸附盘8受控于第二压电传感器13，第一压电传感器12和第二压电传感器13受控于
控制器14。
6.所述的出粉口16的数量一般3～6个，沿搅拌针头部的圆锥一圈均匀分布。
7.所述的出粉口16内孔端装有向外的锥形挡块，锥形挡块上装有弹簧，当粉末仓15中的压力足够大时，锥形挡块沿小孔两边张开，保证粉末从出粉口16中挤出，当没有压力时，锥形挡块在弹簧作用下自行关闭。
8.所述的粉末仓15中装有的与连接板材一样的金属粉末里面掺有石墨粉末，便于金属粉末在压力作用下流动。
9.所述的螺纹套4的外表面为带有多向轴向防转凸条的圆柱面。
10.本发明的有益效果是：
11.本发明设计制造的适合铝合金搅拌摩擦连接用的无钥匙眼搅拌头，其搅拌针与带轴肩的夹持柄分体组装而成，消耗的仅为搅拌针，充分保证了带轴肩的夹持柄等部位的损耗，大大降低了消耗部位，提高了效率，降低了成本，易于推广应用。
附图说明
12.图1用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头的结构示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
14.如图1所示。
15.一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其主要由带轴肩的夹持柄1、可拆卸搅拌针2、夹持柄内腔3、螺纹套4(带内螺纹的圆柱筒体，外表面带有多条轴向的防转动凸条)、大电机5、螺杆6、搅拌针内腔体7、电磁吸附盘8、小电机9、螺纹活塞杆10、活塞11、压电传感器12、压电传感器13、控制器14和添加粉末仓15和出粉口16组成。如图1所示，可拆卸搅拌针2顶端开有出粉口16，数量一般3～6个，沿搅拌针头部的圆锥一圈均匀分布，出粉口16内孔端装有向外的锥形挡块，锥形挡块上装有弹簧，当粉末仓15中的压力足够大时，锥形挡块沿小孔两边张开，保证粉末从出粉口16中挤出，当没有压力时，锥形挡块在弹簧作用下自行关闭。可拆卸搅拌针2与搅拌针内腔体7之间通过电磁吸附盘8吸附在一起，电磁吸附盘8和搅拌针内腔体7均旋装在螺纹套4内，螺纹套4可在大电机5的带动下上下移动，以实现可拆卸搅拌针2的收放。可拆卸搅拌针2中还有粉末仓15(粉末仓15中装有的与连接板材一样的金属粉末里面掺有石墨粉末，便于金属粉末在压力作用下流动)，活塞11、螺纹活塞杆10和小电机9组装而成。可拆卸搅拌针2的搅拌针内腔体7外部通过螺纹套4与夹持柄内腔3的侧壁连接在一起，其上下移动通过大电机5带动固定在搅拌针内腔体7上面的螺杆6旋转实现。大电机5的动作通过压电传感器12控制，小电机9和电磁吸附盘8的控制通过压电传感器13控制，压电传感器12和压电传感器13是由控制器14集中控制。
16.本发明的工作原理是：
17.进行搅拌摩擦连接时，将添有与连接板材一致的金属粉末填到粉末仓15中，然后将可拆卸搅拌针2连接到电磁吸附盘8上，压电传感器13得到信号，启动电磁吸附盘8的吸附，实现可拆卸搅拌针2的固定，即可进行后续搅拌摩擦连接加工；当搅拌头前进到板材的末端位置时，控制器14启动小电机9，小电机9带动螺纹活塞杆10向下旋转使活塞11向下挤
压粉末仓15内的粉末(主要是与板材一致的金属粉末)，在小电机9的旋转下促使粉末仓15内压力增大，出粉口16打开，将粉末仓15中的金属粉末通过出粉口16压向搅拌针搅拌的小孔中，随着小孔的不断填充，控制器14将信号传给压电传感器12，大电机5启动，大电机5带动螺杆6转动迫使搅拌针内腔体7带动螺纹套4作向上的轴向运动，从而通过电磁吸附盘8带动可拆卸搅拌针2向夹持柄内腔3中收缩，待整个搅拌小孔填满后，可拆卸搅拌针2顶端正好与带轴肩的夹持柄1底部相平，进而实现无钥匙孔的搅拌摩擦焊接。
18.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。


技术特征：
1.一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：它主要由带轴肩的夹持柄(1)、可拆卸搅拌针(2)、螺纹套(4)、大电机(5)、螺杆(6)、搅拌针内腔体(7)、电磁吸附盘(8)、小电机(9)、螺纹活塞杆(10)、活塞(11)、压电传感器(12)、压电传感器(13)、控制器(14)组成；可拆卸搅拌针(2)下端开有用于出粉的出粉口(16)；可拆卸搅拌针(2)与搅拌针内腔体(7)之间通过电磁吸附盘(8)吸附在一起，可拆卸搅拌针(2)中设有粉末仓(15)，活塞(11)安装在粉末仓(15)中并与螺纹活塞杆(10)相连，螺纹活塞杆(10)由小电机(9)驱动，小电机(9)安装在搅拌针内腔体(7)中；搅拌针内腔体(7)及电磁吸附盘(8)旋装在螺纹套(4)中，螺纹套(4)套装在带轴肩的夹持柄(1)的夹持柄内腔(3)中且只能作轴向移动，搅拌针内腔体(7)与螺杆(6)相连，螺杆(6)与带动其转动的大电机(5)相连，大电机(5)安装在夹持柄内腔(3)中，大电机(5)带动旋装在搅拌针内腔体(7)中的螺杆(6)旋转实现搅拌针内腔体(7)及与其相连的电磁吸附盘(8)的上下移动；大电机(5)的动作受控于第一压电传感器(12)，小电机(9)和电磁吸附盘(8)受控于第二压电传感器(13)，第一压电传感器(12)和第二压电传感器(13)受控于控制器(14)。2.根据权利要求1所述的用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：所述的出粉口(16)的数量一般3～6个，沿搅拌针头部的圆锥一圈均匀分布。3.根据权利要求1所述的用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：所述的出粉口(16)内孔端装有向外的锥形挡块，锥形挡块上装有弹簧，当粉末仓(15)中的压力足够大时，锥形挡块沿小孔两边张开，保证粉末从出粉口(16)中挤出，当没有压力时，锥形挡块在弹簧作用下自行关闭。4.根据权利要求1所述的用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：所述的粉末仓(15)中装有的与连接板材一样的金属粉末里面掺有石墨粉末，便于金属粉末在压力作用下流动。5.根据权利要求1所述的用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：所述的螺纹套(4)的外表面为带有多向轴向防转凸条的圆柱面。6.根据权利要求1所述的用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其特征是：进行搅拌摩擦连接时，将添有与连接板材一致的金属粉末填到粉末仓(15)中，然后将可拆卸搅拌针(2)连接到电磁吸附盘(8)上，压电传感器(13)得到信号，启动电磁吸附盘(8)的吸附，实现可拆卸搅拌针(2)的固定，即可进行后续搅拌摩擦连接加工；当搅拌头前进到板材的末端位置时，控制器(14)启动小电机(9)，小电机(9)带动螺纹活塞杆(10)向下旋转使活塞(11)向下挤压粉末仓(15)内的粉末，在小电机(9)的旋转下促使粉末仓(15)内压力增大，出粉口(16)打开，将粉末仓(15)中的金属粉末通过出粉口(16)压向搅拌针搅拌的小孔中，随着小孔的不断填充，控制器(14)将信号传给压电传感器(12)，大电机(5)启动，大电机(5)带动螺杆(6)转动迫使搅拌针内腔体(7)带动螺纹套(4)作向上的轴向运动，从而通过电磁吸附盘(8)带动可拆卸搅拌针(2)向夹持柄内腔(3)中收缩，待整个搅拌小孔填满后，可拆卸搅拌针(2)顶端正好与带轴肩的夹持柄(1)底部相平，进而实现无钥匙孔的搅拌摩擦焊接。

技术总结
一种用于铝合金板材无钥匙眼搅拌摩擦连接专用搅拌头，其主要由带轴肩的夹持柄(1)、可拆卸搅拌针(2)、螺纹套(4)、大电机(5)、螺杆(6)、搅拌针内腔体(7)、电磁吸附盘(8)、小电机(9)、螺纹活塞杆(10)、活塞(11)组成；可拆卸搅拌针(2)下端开有用于出粉的出粉口(16)；可拆卸搅拌针(2)与搅拌针内腔体(7)之间通过电磁吸附盘(8)吸附在一起，可拆卸搅拌针(2)中设有粉末仓(15)，活塞(11)安装在粉末仓(15)中并与螺纹活塞杆(10)相连。螺纹活塞杆(10)相连。螺纹活塞杆(10)相连。


技术研发人员：汪洪峰 宋娓娓 董旗 刘胜荣 姜迪 葛小乐 蒲家飞
受保护的技术使用者：黄山学院
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/3/22