一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具的制作方法

1.本实用新型属于搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具。


背景技术：

2.铝合金搭接结构在航空航天和汽车制造业等领域得到了广泛应用，如飞机蒙皮与肋板、机翼框架及地面甲板、运载火箭整流罩以及汽车底盘、电池包等结构件的连接。搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术，由于焊接过程中材料不发生熔化，焊接残余应力低、焊接过程无弧光烟尘等，是解决铝合金搭接接头连接的最佳方式之一。
3.现有“传统式搅拌摩擦焊刀具”，在焊接过程中通过轴肩相对于母材高速旋转摩擦及锻压作用，使母材达到热塑性状态。通常呈圆锥形的搅拌针上加工有逆时针或顺时针的螺纹，通过不同的螺纹尺寸与形状达到不同的破碎母材效果。当采用“传统式搅拌摩擦焊刀具”进行铝合金搭接接头焊接时，由于带螺纹的圆锥状的搅拌针无法对上下两侧母材充分搅拌，导致焊缝内部塑型金属流动性差，最终在焊缝后退测形成“冷搭接缺陷”，并在焊缝前进侧形成“hook缺陷”，大大降低接头抗剪切强度及剥离强度。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种流动性好能够消除冷搭接缺陷和hook缺陷提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具。
5.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：提出一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具，包括：
6.搅拌头主体，其为圆柱形状，所述搅拌头主体具有轴肩，所述轴肩前端端处上开设有置物孔；
7.搅拌针，其可拆卸安设于所述置物孔上，所述搅拌针的前端端头具有三个相独立的切削刃，每个所述切削刃外表面上具有逆时针结构的螺纹。
8.在上述的一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具中，所述搅拌头主体具有螺钉，所述搅拌头主体上开设有限位孔，所述限位孔与所述置物孔相互连通，所述搅拌针上开设有第一卡槽，当所述搅拌针插入置物孔中抵紧后，所述螺钉贯穿所述限位孔与所述第一卡槽卡接。
9.在上述的一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具中，所述三个所述切削刃之间互呈120度设置。
10.在上述的一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具中，所述切削刃为倒锥形结构。
11.在上述的一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具中，所述搅拌头主体上设置有第二卡槽，所述第二卡槽用于与外部机器人卡接。
12.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
13.1、该实用新型所涉及到的“一种提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具”，通过轴肩的高速旋转运动对母材持续施加锻压作用与旋转摩擦作用，在异形搅拌针作用下极大地提高母材的搅拌破碎作用，极大地提高了焊缝区上下两侧母材塑性金属的流动性，进而消除焊接过程中容易出现的“冷搭接缺陷”及“hook缺陷”；当异形搅拌针相对于母材进行线性运动及旋转运动时，上下两侧母材被充分搅拌破碎，热机械影响区靠近搅拌针边缘的晶粒被破碎重新形成晶核，进行动态再结晶过程。破碎后的晶核沿着塑性金属流动方向重新长大，形成再结晶组织；在此过程中，“冷搭接缺陷”及“hook缺陷”得以消除。
14.2、该搅拌针具有3个独立的搅拌针切削刃，每个切削刃上具有逆时针结构的螺纹，以增加焊接过程中的材料流动性。
15.3、搅拌针与搅拌头主体采取分离式设计，能够方便后续操作人员对搅拌针的检修及更换。
附图说明
16.图1是本实用新型的结构示意图；
17.图2是本实用新型的结构示意图；
18.图3是本实用新型的结构示意图；
19.图4是本搅拌针的结构示意图。
20.图中，1、搅拌头主体；2、轴肩；3、置物孔；4、搅拌针；5、切削刃；6、螺钉；7、限位孔；8、第一卡槽；9、第二卡槽。
具体实施方式
21.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
22.如图1-图4所示，本提高塑性金属流动性的搅拌摩擦焊刀具，包括：搅拌头主体1，其为圆柱形状，搅拌头主体1具有轴肩2，轴肩2前端端处上开设有置物孔3；搅拌针4，其可拆卸安设于置物孔3上，搅拌针4的前端端头具有三个相独立的切削刃5，每个切削刃5外表面上具有逆时针结构的螺纹。
23.搅拌针4与搅拌头主体1通过螺钉6进行连接，其中搅拌针4与搅拌头主体1在焊接过程中具有相同的旋转速度及运动方向，二者之间相对位置固定不动。在焊接过程中，搅拌针4与轴肩2同步对母材施加旋转及搅拌摩擦作用，在摩擦热力耦合作用下实现接头的连接，轴肩2的高速旋转运动对母材持续施加锻压作用与旋转摩擦作用，在异形搅拌针4作用下极大地提高母材的搅拌破碎作用，进而提高上下两侧母材的流动性，进而消除焊接过程中容易出现的“冷搭接缺陷”及“hook缺陷”。
24.优选地，搅拌头主体1具有螺钉6，搅拌头主体1上开设有限位孔7，限位孔7与置物孔3相互连通，搅拌针4上开设有第一卡槽8，当搅拌针4插入置物孔3中抵紧后，螺钉6贯穿限位孔7与第一卡槽8卡接。
25.装配时，先将搅拌针4插入至置物孔3中并抵紧，接着旋转搅拌针4将第一卡槽8面与限位孔7对其，再将螺钉6插入进行与第一卡槽8紧固，该方式既能保证搅拌头主体1与搅拌针4两者相对位置固定不动，保证了后续摩擦焊的流动性，也方便了后续搅拌针4的检测
维修
26.优选地，三个切削刃5之间互呈120度设置。
27.每个切削刃5均匀设置方便后续对母材的摩擦焊，极大地提高了焊缝区上下两侧母材塑性金属的流动性，进而消除焊接过程中容易出现的“冷搭接缺陷”及“hook缺陷”。
28.进一步优选地，切削刃5为倒锥形结构。
29.搅拌针4和传统式的圆锥结构不同，确保流动性的同事能保证摩擦焊的面积，进而有效将母材连接。
30.优选地，搅拌头主体1上设置有第二卡槽9，第二卡槽9用于与外部机器人卡接。
31.设置第二卡槽9方便搅拌头主体1与外部设备的安装。
32.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。