驱动模块、变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置和设备的制作方法

1.本发明涉及焊接技术与装备制造技术领域，尤其是指一种驱动模块、变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置和设备。


背景技术：

2.近年来工业产品向着轻量化方向发展成为必然趋势，随着产品结构精细化设计，对产品的要求越来越高，由于搅拌摩擦焊具有绿色环保、工艺简单的特点在众多的固态连接方法中脱颖而出。
3.在搅拌摩擦焊接设备中，例如中国发明专利(cn109590599a)公开的一种一种双头搅拌摩擦焊接装置，用于焊接工件，包括搅拌摩擦头、搅拌摩擦机头、工作台及固定于工作台上的夹具，工件被夹具夹持固定于工作台上，搅拌摩擦头固定于搅拌摩擦机头，双头搅拌摩擦焊接装置还包括旋压头及旋压机头，旋压头固定于旋压机头，工作时搅拌摩擦头及旋压头依次分别对待焊部位及焊缝进行搅拌摩擦及旋压。
4.由上述文献可知，现有的搅拌摩擦焊接设备中的搅拌头是固定在刀柄上通过联轴器与主轴相连或者搅拌头是通过联轴器直接与主轴相连，从而实现旋压，由于这种过长、多节的机械传动势必会降低主轴的刚性、承载能力和可靠性，并且焊接结束搅拌头抽离后会留下匙孔，匙孔的存在不仅影响焊缝的美观性，而且也在一定程度上降低焊缝的力学性能。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明公开了一种驱动模块、变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置和设备。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种驱动模块，包括
8.气体动驱动装置，包括第一端盖、驱动体和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖均开设气孔，所述驱动体的内部中空且开设缺口；
9.拨针，设置于所述缺口内，和所述气体动驱动装置弹性连接；
10.气源由所述第一端盖的气孔进且由所述第二端盖的气孔出，或者，气源由或所述第二端盖的气孔进且由所述第一端盖的气孔出，推动所述驱动体沿轴向移动，带动所述拨针运动。
11.其进一步的技术特征在于：所述缺口内设置弹性元件，所述弹性元件的一端端抵接所述拨针，所述弹性元件的另一端抵接所述缺口的内壁。
12.其进一步的技术特征在于：所述拨针包括主体，所述主体的形状为楔形，所述主体的一侧开设至少一个限位槽，所述主体的另一侧为圆弧状、契合所述缺口的内壁。
13.一种变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置，包括
14.壳体，开设多个气道，所述壳体的一端设有锁紧搅拌头，所述壳体内部设置搅拌针和套筒，所述搅拌针贯穿于所述套筒并由所述锁紧搅拌头中伸出；
15.至少一个上述所述的驱动模块，所述驱动模块设置在所述壳体内；所述驱动模块的拨针靠近所述套筒；
16.当驱动模块外连气源，所述气源产生变频高压气体通过所述驱动模块的拨针推动所述套筒转动，实现搅拌针的伸缩。
17.其进一步的技术特征在于：所述驱动模块的数量为两个，对称设置在所述套筒的两侧；两个所述驱动模块均和所述壳体的气道连通；
18.还包括换气阀，设有换气阀腔体；所述换气阀腔体开设气体输入口和气体输出口，所述气体输入口和所述气体输出口分别与所述壳体上的气道连通；
19.当转动换气阀时，通过改变所述气体输出口的位置，实现所述换气阀分别与两个所述驱动模块之间的连通，两个所述驱动模块的拨针的运动方向相反，带动所述套筒转动，实现搅拌针的伸缩。
20.其进一步的技术特征在于：所述搅拌针包括同心的第一螺纹连接部、第一光滑连接部、第二光滑连接部和针头；所述套筒的内壁设置螺纹，所述套筒的螺纹和所述第一螺纹连接部螺纹连接。
21.其进一步的技术特征在于：所述搅拌针的后端部连接限位元件，所述限位元件同轴匹配于壳体后端盖，所述壳体后端盖和所述壳体固定连接。
22.其进一步的技术特征在于：所述限位元件为套筒限位端帽，所述搅拌针的后端部开设矩形槽，所述套筒限位端帽和所述矩形槽卡接。
23.其进一步的技术特征在于：所述套筒的外壁设置多个轮齿，相邻两个轮齿之间开设齿槽，所述拨针的一端和所述齿槽卡接。
24.其进一步的技术特征在于：所述拨针推动所述套筒顺时针或逆时针转动。
25.其进一步的技术特征在于：所述换气阀外连气泵站，所述气泵站产生变频高压气体通过所述换气阀进入到所述驱动模块内。
26.一种变频气动式回抽搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：包括驱动源，所述驱动源连接上述所述的变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置，所述驱动源驱动所述变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置自旋转。
27.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
28.1、本发明通过设置气体驱动装置降低主轴的刚性、承载能力和可靠性
29.2、使用外接带有变频器的气泵站提变频高压气体，通过换气阀上的气体输入口将变频高压气体输入到第一气体驱动装置或第二气体驱动装置，第一拨针或第二拨针拨动套在搅拌针上的套筒，套筒的旋转带动搅拌针实现伸出与回抽的功能。
30.3、本发明结构合理，刚性大，可靠性高，使用寿命长，由变频高压气体作为动力源来控制搅拌针回抽，可以消除焊接匙孔，保证焊接深度和提高焊接精度。
附图说明
31.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
32.图1是驱动模块的结构示意图。
33.图2是驱动模块的爆炸图。
34.图3是图2中a处的放大示意图。
35.图4是拨针的结构示意图。
36.图5是变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置的结构示意图。
37.图6是变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置的主视图。
38.图7是变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置的剖面图。
39.图8是变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置的内部零件的示意图。
40.图9是搅拌针的结构示意图。
41.图10是锁紧搅拌头的结构示意图。
42.图11是壳体的结构示意图。
43.图12是壳体的剖面图。
44.图13是第一气体驱动装置或第二气体驱动装置的结构示意图。
45.图14是第一气体驱动装置或第二气体驱动装置的主视图。
46.图15是换气阀的结构示意图。
47.说明书附图标记说明：1、搅拌针；101、第一螺纹连接部；102、第一光滑连接部；103、第二光滑连接部；104、针头；2、锁紧搅拌头；201、第一轴孔；202、锁紧槽；203、第一连接部；204、第二连接部；3、壳体；301、第一气道；302、第二气道；303、连通道；4、第一气体驱动装置；401、第一进气端盖；402、第一密封元件；403、第一驱动体；404、第一出气端盖；405、第一凹槽；5、换气阀；501、换气阀腔体；502、气体输入口；503、气体输出口；6、第二气体驱动装置；601、第一出气端盖；602、第二密封元件；603、第二驱动体；604、第二进气端盖；605、第二凹槽；7、固定元件；801、第一拨针；802、第二拨针；9、第一紧固元件；10、壳体后端盖；11、第二紧固元件；12、限位元件；13、套筒；14、弹性元件；15、第三密封元件；16、弹性垫圈；17、第四密封元件；18、气体动驱动装置；1801、第一端盖；1802、驱动体；1803、第二端盖；1804、缺口；1805、通孔；19、拨针；1901、主体；1902、限位槽。
具体实施方式
48.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
49.关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。
50.实施例1：
51.结合图1-图4，一种驱动模块，包括
52.气体动驱动装置18，包括第一端盖1801、驱动体1802和第二端盖1803，第一端盖1801和第二端盖1803均开设气孔，驱动体1802的内部中空且开设缺口1804。
53.拨针19，设置于缺口1804内，和气体动驱动装置18弹性连接。
54.具体地，拨针19包括主体1901，主体1901的形状为楔形，主体1901的一侧开设至少一个限位槽1902，主体1901的另一侧为圆弧状、契合缺口1804的内壁。
55.具体地，缺口1804处开设至少一个通孔1805，通孔1805内设置弹性元件14，弹性元
件14的一端端抵接拨针19的限位槽1902，弹性元件14的另一端抵接缺口1804的内壁。
56.本实施例的工作原理如下：
57.气源由第一端盖1801的气孔进且由第二端盖1803的气孔出，或者，气源由或第二端盖1803的气孔进且由第一端盖1801的气孔出，推动驱动体1802沿轴向移动，带动拨针19运动。
58.实施例2：
59.一种变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置，包括
60.壳体3，开设多个气道，壳体3的一端设有锁紧搅拌头2，壳体内部设置搅拌针1和套筒13，搅拌针1贯穿于套筒13并由锁紧搅拌头2中伸出。优选地，搅拌针1、锁紧搅拌头2和套筒13同轴设置。本实施例中，壳体3的后端设置壳体后端盖10，壳体后端盖10的中央为半圆形通孔，壳体后端盖10通过圆柱头内六角螺钉与壳体3紧密相连。
61.一个实施例1中的驱动模块，设置在壳体3内，驱动模块的拨针19靠近套筒13。第一端盖1801的气孔和第二端盖1803均与壳体3的气道连通。
62.具体地，驱动装置18包括第一端盖1801、驱动体1802和第二端盖1803，第一端盖1801通过固定元件7固定于壳体3内部，第二端盖1803通过固定元件7固定于壳体3内部，第一端盖1801和驱动体1802之间以及驱动体1802和第二端盖1803之间均设置密封元件。
63.优选地，密封元件为密封环。密封环靠被压拢后所具有的弹性而抵紧在静止件的内孔壁上起密封作用。
64.优选地，固定元件7为圆柱头内六角螺钉。圆柱头内六角螺钉的连接强度较大。
65.优选地，弹性元件14为压缩弹簧。当受到外载荷时，压缩弹簧收缩变形，储存形变能。
66.如图5所示，搅拌针1包括同心的第一螺纹连接部101、第一光滑连接部102、第二光滑连接部103和针头104。套筒13的内壁设置螺纹，套筒13的螺纹和第一螺纹连接部101螺纹连接。本实施例中，第一螺纹连接部101的外径和第一光滑连接部102的外径相同，第一光滑连接部102的外径大于第二光滑连接部103的外径。
67.搅拌针1的后端部连接限位元件12，限位元件12同轴匹配于壳体后端盖10，壳体后端盖10和壳体3固定连接。具体地，限位元件12为套筒限位端帽，搅拌针1的后端部开设矩形槽，套筒限位端帽和矩形槽卡接。
68.如图6所示，锁紧搅拌头2包括一体成型的第一连接部203和第二连接部204，第一连接部203和第二连接部204开设第一轴孔201，搅拌针1贯穿第一轴孔201。第一连接部203设置锁紧槽202，锁紧螺栓穿过壳体3、抵紧锁紧槽202，将锁紧搅拌头2固定在壳体3内。
69.套筒13的外壁开设多个齿槽，拨针19的一端分别和齿槽卡接。本实施例中，套筒13的外壁设置18个等间距轮齿，相邻两个轮齿之间为齿槽。其中，本领域的技术人员可以根据搅拌针移动精度的需求设计轮齿的数量，且套筒13每次拨动的移动量和轮齿的数量满足以下关系式：式中：l
70.为每次拨动的移动量，m为轮齿的数量，n为第一螺纹连接部101与套筒13相锁紧的螺纹螺距。
71.一种变频气动式回抽搅拌摩擦焊接设备，包括驱动源，驱动源连接上述变频气动
式回抽搅拌摩擦焊接装置，驱动源驱动变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置自旋转。
72.本实施例的工作原理如下：
73.当驱动模块外连气源，气源产生变频高压气体通过驱动模块的拨针19推动套筒13转动，实现搅拌针1的伸缩。具体地，选择第一端盖1801的气孔作为进气孔，拨针19推动套筒13顺时针转动；选择第二端盖1802的气孔作为进气孔，拨针19推动套筒13逆时针转动。
74.实施例3：
75.结合图5-图9以及图11、图12和图15，一种变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置，包括
76.壳体3，开设多个气道，壳体3的一端设有锁紧搅拌头2，壳体内部设置搅拌针1和套筒13，搅拌针1贯穿于套筒13并由锁紧搅拌头2中伸出。优选地，搅拌针1、锁紧搅拌头2和套筒13同轴设置。
77.本实施例中，壳体3开设相互平行的第一气道301和第二气道302，所述第一气道301和第二气道302之间设置连通道303，连通道303将第一气道301和第二气道302相互连通，第一气道301用于设置第一气体驱动装置4，第二气道302用于设置第二气体驱动装置6。壳体3的后端设置壳体后端盖10，壳体后端盖10的中央为半圆形通孔，壳体后端盖10通过圆柱头内六角螺钉与壳体3紧密相连。
78.驱动模块，其包括第一气体动驱动装置4、第二气体驱动装置6和至少两个拨针，第一气体驱动装置4和第二气体驱动装置6分别设置在套筒13的两侧。第一气体动驱动装置4和第二气体驱动装置6均开设进气孔和出气孔，进气孔和出气孔均和壳体3的气道连通。第一气体动驱动装置4弹性连接第一拨针801，第二气体驱动装置6弹性连接第二拨针802。
79.换气阀5，设有换气阀腔体501。换气阀腔体501开设气体输入口502和气体输出口503，气体输入口502和气体输出口503分别与壳体3上的气道连通。本实施例中，换气阀腔体501的前端固定弹性垫圈16，换气阀腔体501的前后两个密封槽内分别置入第三密封元件15和第四密封元件17，优选地，第三密封元件15和第四密封元件17为密封圈。
80.当转动换气阀5时，通过改变气体输出口503的位置，实现换气阀5与第一气体驱动装置4或第二气体驱动装置6的连接，第一拨针和第二拨针运动方向相反，带动套筒13转动，实现搅拌针1的伸缩。
81.如图5所示，搅拌针1包括同心的第一螺纹连接部101、第一光滑连接部102、第二光滑连接部103和针头104。套筒13的内壁设置螺纹，套筒13的螺纹和第一螺纹连接部101螺纹连接。本实施例中，第一螺纹连接部101的外径和第一光滑连接部102的外径相同，第一光滑连接部102的外径大于第二光滑连接部103的外径。
82.搅拌针1的后端部连接限位元件12，限位元件12同轴匹配于壳体后端盖10，壳体后端盖10和壳体3固定连接。具体地，限位元件12为套筒限位端帽，搅拌针1的后端部开设矩形槽，套筒限位端帽和矩形槽卡接。
83.如图6所示，锁紧搅拌头2包括一体成型的第一连接部203和第二连接部204，第一连接部203和第二连接部204开设第一轴孔201，搅拌针1贯穿第一轴孔201。第一连接部203设置锁紧槽202，锁紧螺栓穿过壳体3、抵紧锁紧槽202，将锁紧搅拌头2固定在壳体3内。
84.套筒13的外壁开设多个齿槽，第一拨针801的一端和第二拨针802的一端分别和齿槽卡接。本实施例中，套筒13的外壁设置18个等间距轮齿，相邻两个轮齿之间为齿槽。其中，
本领域的技术人员可以根据搅拌针移动精度的需求设计轮齿的数量，且套筒13每次拨动的移动量和轮齿的数量满足以下关系式：式中：l为每次拨动的移动量，m为轮齿的数量，n为第一螺纹连接部101与套筒13相锁紧的螺纹螺距。
85.结合图9和图10，第一气体动驱动装置4包括第一进气端盖401、第一驱动体403和第一出气端盖404，第一进气端盖401通过固定元件7固定于壳体3内部，第一出气端盖404通过固定元件7固定于壳体3内部，第一进气端盖401和第一驱动体403之间以及第一驱动体403和第一出气端盖404之间均设置第一密封元件402。第一进气端盖401开设进气孔，第一出气端盖404开设出气孔，进气孔和出气孔均与壳体3的气道连通。第一驱动体403内部中空，且第一驱动体403开设第一凹槽405，第一凹槽405内设置弹性元件14，弹性元件14的一端抵接第一拨针801，弹性元件14的另一端抵接第一凹槽405的内壁。
86.第二气体动驱动装置6包括第二进气端盖604、第二驱动体603和第二出气端盖601，第二进气端盖604通过固定元件7固定于壳体3内部，第二出气端盖601通过固定元件7固定于壳体3内部，第二进气端盖604和第二驱动体603之间以及第二驱动体603和第二出气端盖601之间均设置第二密封元件602。第二进气端盖604开设进气孔，第二出气端盖601开设出气孔，进气孔和出气孔均与壳体3的气道连通。第二驱动体603内部中空，且第二驱动体603开设第二凹槽605，第二凹槽605内设置弹性元件14，弹性元件14的一端抵接第二拨针802，弹性元件14的另一端抵接第二凹槽605的内壁。具体地，第一拨针801推动套筒13顺时针转动，第二拨针802推动套筒13逆时针转动。
87.优选地，第一密封元件402和第二密封元件602均为密封环。密封环靠被压拢后所具有的弹性而抵紧在静止件的内孔壁上起密封作用。
88.优选地，第一凹槽405和第二凹槽605的形状为直三角形状，满足第一拨针801和第二拨针802的安装要求。
89.优选地，固定元件7为圆柱头内六角螺钉。圆柱头内六角螺钉的连接强度较大。
90.优选地，弹性元件14为压缩弹簧。当受到外载荷时，压缩弹簧收缩变形，储存形变能。
91.换气阀5外连气泵站，气泵站产生变频高压气体通过换气阀5进入到第一气体动驱动装置4或第二气体驱动装置6内。
92.一种变频气动式回抽搅拌摩擦焊接设备，包括驱动源，驱动源连接上述变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置，驱动源驱动变频气动式回抽搅拌摩擦焊接装置自旋转。
93.本实施例的工作原理如下：
94.(1)将换气阀5旋转到右端，使气体输出口503通过壳体3的第一气道301与第一进气端盖401的进气孔连通。由外部的气泵站产生的变频高压气体经过换气阀5通过壳体3进入到第一气体驱动装置4，第一拨针801在受到变频高压气体作用将向前方运动，第一拨针801抵住套筒13上的轮齿使其发生转动。第一拨针801弹出时，第一气体驱动装置4内的变频高压气体会在第一拨针801弹出的间隙中喷出，由于第一驱动体403内部的气体压力降低，第一拨针801在弹性元件14的作用下恢复到初始位置，在此往复循环就会实现套筒13持续转动，套筒13的内壁螺纹与搅拌针1的第一螺纹连接部101紧密配合使得搅拌针1轴向向下运动。在正式焊接之前要提前计算好外部高压气泵的通气时间，由于套筒13外侧有18个等
间距轮齿且搅拌针1的第一螺纹连接部101与套筒13相锁紧的螺纹螺距为1mm，所以在第一拨针801每弹缩一次，搅拌针1会发生0.0556mm的轴向位移，由此根据所要求的焊接的深度和外部高压气泵的气体频率来计算出外部高压气泵的通气时长。当搅拌针1伸出到规定位置，关闭气源，停止变频高压气体的供应，停止搅拌针1继续伸出。
95.(2)搅拌针1和锁紧搅拌头2同时插入工件，由于两者的高转速运动，在搅拌针1、锁紧搅拌头2和工件的接触面上会产生很多的摩擦热，由于摩擦热使待焊工件达到热塑状态的塑性金属在搅拌针1和锁紧搅拌头2共同作用下由前向后环绕搅拌针1及搅拌头2运动，同时受到锁紧搅拌头2向下挤压而实现了致密的金属间固相连接。
96.(3)将换气阀5旋转到左端，使气体输出口503通过壳体3的第二气道302与第第二进气端盖604的进气孔连通。由外部的气泵站产生的变频高压气体通过壳体的进气孔经过换气阀5进入到第二气体驱动装置6，第二拨针802在受到变频高压气体作用将向前运动，第二拨针802抵住套筒13上的轮齿使其发生转动。第二拨针802弹出时，第二驱动体603内的变频高压气体会在第二拨针802弹出的间隙中喷出，由于第二驱动体603内部的气体压力降低，第二拨针802在弹性元件14的作用下恢复到初始位置，在此往复循环就会实现套筒13持续转动，套筒13的内壁螺纹与搅拌针1的第一螺纹连接部101的紧密配合使得搅拌针1轴向向上运动。在搅拌针1回抽之前要重复(1)当中所述的计算步骤，计算出外部高压气泵的通气时间。当搅拌针1收回到规定位置，关闭气源，停止变频高压气体的供应，实现了搅拌针1的回抽功能。
97.综上所述：在实际应用中优选实施例3，实施例3的结构合理，刚性大，可靠性高，使用寿命长，由变频高压气体作为动力源来控制搅拌头回抽，可以消除焊接匙孔，保证焊接深度和提高焊接精度。
98.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
99.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。