CN108857044B - 一种轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置 - Google Patents

Abstract

一种轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，涉及搅拌摩擦焊接装置，包括外壳体及搅拌针、袖套、夹套，外壳体内设有传动丝杠，传动丝杠为上部的螺距与下部的螺距之比等于袖套横截面面积与搅拌针横截面面积反比的中空的双向丝杠；传动丝杠的上螺母经袖套套筒、轴承、第一轴承架、袖套滚动花键螺母与袖套相连；传动丝杠的下螺母经第二轴承架、轴承安装有可在传动丝杠内上下自由滑动的、与袖套滚动花键螺母配合的搅拌针轴，搅拌针轴下端与搅拌针相连；设有与搅拌针轴上端花键连接的传动轴套；设有第一动力源和第二动力源，第一动力源与传动轴套相连，第二动力源与传动丝杠相连。本发明结构轻巧、***稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长。

Description

一种轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，详细讲是一种结构轻巧、***稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置。

背景技术

随着社会对节能环保的日益重视，轻量化成为了汽车、动车等现代交通运输业以及航空航天等工业制造领域的发展方向。这使得轻质高强材料如铝合金、镁合金等的应用得到了越来越广泛的关注，但同时也对这些材料的连接技术提出了更高的要求。铝合金以其质量轻、强度高等优点，被大量广泛的应用于各行各业，尤其是汽车、航空业。目前，铝合金主要的连接方式为电阻点焊和铆接，但它们存在许多局限性和缺陷，制约了铝合金在工业领域的应用。

搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding,简称FSSW）技术应运而生，它是在搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)技术的基础上研究开发的一种新型的固相焊接技术。采用FSSW技术可以形成类似电阻点焊和铆接的搭接接头，并且具有接头质量高，焊接质量稳定，变形小以及高效节能等优点，有效的弥补了电阻点焊和铆接的缺陷。回填式搅拌摩擦点焊的出现又成功的解决了传统搅拌摩擦点焊焊接完成后在焊点中心留有匙孔的问题，可以一次获得无匙孔、力学性能更佳的搭接接头，生产效率高而且易于实现自动化。现有的回填式搅拌摩擦点焊装置存在动力传输***复杂、稳定性差，搅拌针、袖套易发生形变，点焊效果差、使用寿命短，装置整体体积大等缺点。

国家知识产权局于2013年11月公开了一项名称为：一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置、申请号：201310347507.X的发明专利申请，虽然该装置实现了回填式搅拌摩擦点焊的功能，但其仍存在如下缺陷：一、搅拌针通过花键副带动袖套旋转，是内层带动外层旋转，扭矩大，动力要求高、能效低；二、传动机构复杂、体积大，易产生转动惯量大、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性差；三、工作时，搅拌针和袖套上下运动的动力施力点与阻力受力点不同轴，存在侧向载荷，搅拌针和袖套产生形变，焊接精度低、效果差，搅拌针和袖套及外套间由于形变而易磨损，使用寿命短。四、***共有三个动力源，一个负责搅拌针和袖套的转动、另外两个动力源分别驱动搅拌针和袖套上下运动，结构复杂、浪费空间，丝杠过长驱动、稳定性差。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构轻巧简单、***稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长的回填式搅拌摩擦点焊装置。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体及由搅拌针、袖套、夹套组成的搅拌头，夹套固定在外壳体下端部，袖套可上下滑动的套设于夹套内，搅拌针可自由转动及上下滑动的套设于袖套内，其特征在于外壳体内设有传动丝杠，传动丝杠为中空的双向丝杠；所述传动丝杠的螺杆上部的螺距与传动丝杠的螺杆下部的螺距之比等于袖套下部横截面面积与搅拌针下部横截面面积的反比；所述传动丝杠的上部螺母的下部设有袖套套筒，袖套套筒下端经轴承与第一轴承架相连，第一轴承架下部设有袖套滚动花键螺母，袖套滚动花键螺母下端与袖套相连；所述传动丝杠的下部螺母的下部设有第二轴承架，传动丝杠内设有可上下自由滑动的搅拌针轴，搅拌针轴经轴承安装在第二轴承架上，搅拌针轴为花键轴、与袖套滚动花键螺母配合，搅拌针轴下端与搅拌针相连；外壳体上设有上限位滑槽，袖套套筒上设有与上限位滑槽相配合的套筒限位块，袖套套筒上设有下限位滑槽，第二轴承架上设有与下限位滑槽相配合的轴承架限位块；传动丝杠上方的外壳体内设有传动轴套，搅拌针轴上端与传动轴套经花键连接、可上下滑动的设在传动轴套内；设有第一动力源和第二动力源，第一动力源与传动轴套相连，第二动力源与传动丝杠相连。

本发明中所述的传动丝杠为中空的双向丝杠，其包括中空的螺杆、左旋螺母和右旋螺母，螺杆上部的螺纹为左/右旋螺纹、下部的螺纹为右/左旋螺纹，左/右旋螺母和右/左旋螺母分别与之相配合的安装在螺杆上，左/右旋螺纹的螺距与右/左旋螺纹的螺距之比等于袖套下端面面积与搅拌针下端面面积的反比。

本发明中所述的外壳体由至少两部分组合而成。便于本发明的装卸及维修。

本发明中所述的装置有两个自由度，其所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与搅拌针轴和传动丝杠相连。分别用于驱动搅拌针轴和传动丝杠转动。

第一伺服电机经传动轴套、搅拌针轴滚动花键螺母与搅拌针轴相连，用于驱动搅拌针轴转动；第二伺服电机经行星减速器、小主动带轮、同步带与固定在传动丝杠上的大从动带轮相连，用于驱动传动丝杠转动。

本发明中所述的第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。控制器用于控制其工作状态。

本发明在工作时，将第一动力源、第二动力源和控制器的电源线与电源接通，使用加压装置驱动本发明的外壳体，使夹套压紧在待焊工件上，第二动力源工作、带动袖套和搅拌针同时紧贴工件上表面，第一动力源工作、带动袖套和搅拌针旋转，与工件摩擦生热，使工件塑化；当工件材料达到足够的塑性状态时，通过控制第二动力源使袖套下压，搅拌针上升或者袖套上升，搅拌针下压。上升是为了给塑性材料提供空间，下压是为了对塑性材料进行搅拌，促进其融合。当搅拌针或袖套下压达到焊接厚度要求时，搅拌针和袖套反向相对运动，进一步促进材料融合，同时起到回填作用。当搅拌针和袖套反向运动到焊接前的平面时，加压装置带动本发明上升，夹套离开工件，焊接完成。本发明具有动力传输***简单、动力传输稳定，搅拌针和袖套相对运动稳定，且不会因受径向力而发生形变，有效减轻了摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性高，焊接效果佳、使用寿命长，装置整体体积小、质量轻等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体17及由搅拌针15、管状袖套13、夹套14组成的搅拌头，夹套14固定在外壳体下端部，用于压紧待焊工件，袖套13可上下滑动的套设于夹套14内，搅拌针15可自由转动及上下滑动的套设于袖套13内， 袖套下部呈圆管状，搅拌针下部***袖套下部内的部分为与之配合的圆柱，袖套13与搅拌针15的接触面及袖套13与夹套14的接触面均为镜面，外壳体17内纵向设有传动丝杠，传动丝杠为中空的双向滚珠丝杠，其包括中空的螺杆1、左旋螺母2和右旋螺母5，螺杆1经轴承18设在外壳体17内，螺杆1上部的螺纹为左旋螺纹、下部的螺纹为右旋螺纹，左旋螺母2和右旋螺母5分别与左旋螺纹和右旋螺纹相配合的安装在螺杆上；左旋螺纹的螺距与右旋螺纹的螺距之比等于袖套下端面面积与搅拌针下端面面积的反比；所述左旋螺母2的下部设有袖套套筒3，袖套套筒3下端部内侧经轴承10与第一轴承架9相连，袖套套筒3下端设有轴承定位件11，轴承定位件11用于定位安装轴承10，第一轴承架9下部设有袖套滚动花键螺母12，袖套滚动花键螺母12下端与袖套13相连；所述右旋螺母5的下端设有位于袖套套筒内的第二轴承架6，中空的螺杆1内设有可转动和上下自由滑动的搅拌针轴16，搅拌针轴16经轴承7安装在第二轴承架6上，搅拌针轴16为花键轴、与袖套滚动花键螺母12花键配合，搅拌针轴经袖套滚动花键螺母传动、带动袖套转动；袖套套筒可在外壳体内上下滑动，搅拌针轴16下端与搅拌针15相连；外壳体上设有上限位滑槽，袖套套筒3上设有与上限位滑槽相配合的可在其内上下滑动，周向不能移动的套筒限位块4，袖套套筒3上设有下限位滑槽，第二轴承架6上设有与下限位滑槽相配合的可在其内上下滑动，周向不能移动的轴承架限位块8；螺杆1上方的外壳体内设有传动轴套21，搅拌针轴上端可上下滑动的设在传动轴套21内，传动轴套21下端设有与搅拌针轴花键配合的搅拌针轴滚动花键螺母20；设有第一动力源22和第二动力源23，第一动力源22的输出轴与传动轴套21上部同轴固定连接，第一动力源22工作，通过传动轴套21带动搅拌针轴滚动花键螺母20转动、带动搅拌针轴转动，搅拌针轴可在搅拌针轴滚动花键螺母和传动轴套内上下滑动。第二动力源经主动带轮、同步带和从动带轮与螺杆上部相连，外壳体17上设有同步带安装槽口；第一动力源、第二动力源为伺服电机，第二动力源的电机输出轴上经行星减速器设有主动带轮，螺杆上部设有从动带轮19，主动带轮和从动带轮19经同步带相连，螺杆转动，带动左旋螺母2和右旋螺母5上下运动。所述的传动丝杠、袖套套筒、搅拌针轴和传动轴套同轴。

本发明进一步改进，所述的外壳体由多节段组合而成。便于本发明的装卸及维修。所述的第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。控制器用于控制其工作状态。

本发明在工作时，将第一动力源、第二动力源和控制器的电源线与电源接通，使用加压装置驱动本发明的点焊装置，使夹套压紧在待焊工件上，第二动力源工作、带动袖套和搅拌针紧贴工件上表面，第一动力源工作、带动袖套和搅拌针旋转，与工件摩擦生热，使工件塑化；当工件材料达到足够的塑性状态时，通过控制第二动力源使袖套下压，搅拌针上升或者袖套上升，搅拌针下压。上升是为了给塑性材料提供空间，下压是为了对塑性材料进行搅拌，促进其融合。当搅拌针或袖套下压达到焊接厚度要求时，搅拌针和袖套反向相对运动，进一步促进材料融合，同时起到回填作用。当搅拌针和袖套反向运动到焊接前的平面时，加压装置带动本发明的点焊装置上升，夹套离开工件，焊接完成。本发明具有动力传输***简单、动力传输稳定，搅拌针和袖套相对运动稳定且不会因受径向力而发生形变，有效减轻了摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性高，焊接效果佳、使用寿命长，装置整体体积小、质量轻等优点。

Claims (6)

1.一种轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体及由搅拌针、袖套、夹套组成的搅拌头，夹套固定在外壳体下端部，袖套可上下滑动的套设于夹套内，搅拌针可自由转动及上下滑动的套设于袖套内，其特征在于外壳体内设有传动丝杠，传动丝杠为中空的双向丝杠；所述传动丝杠的螺杆上部的螺距与传动丝杠的螺杆下部的螺距之比等于袖套下部横截面面积与搅拌针下部横截面面积的反比；所述传动丝杠的上部螺母的下部设有袖套套筒，袖套套筒下端经轴承与第一轴承架相连，第一轴承架下部设有袖套滚动花键螺母，袖套滚动花键螺母下端与袖套相连；所述传动丝杠的下部螺母的下部设有第二轴承架，传动丝杠内设有可上下自由滑动的搅拌针轴，搅拌针轴经轴承安装在第二轴承架上，搅拌针轴为花键轴、与袖套滚动花键螺母配合，搅拌针轴下端与搅拌针相连；外壳体上设有上限位滑槽，袖套套筒上设有与上限位滑槽相配合的套筒限位块，袖套套筒上设有下限位滑槽，第二轴承架上设有与下限位滑槽相配合的轴承架限位块；传动丝杠上方的外壳体内设有传动轴套，搅拌针轴上端与传动轴套经花键连接、可上下滑动的设在传动轴套内；设有第一动力源和第二动力源，第一动力源与传动轴套相连，第二动力源与传动丝杠相连。

2.根据权利要求1所述的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的传动丝杠为中空的双向丝杠，其包括中空的螺杆、左旋螺母和右旋螺母，螺杆上部的螺纹为左/右旋螺纹、下部的螺纹为右/左旋螺纹，左/右旋螺母和右/左旋螺母分别与之相配合的安装在螺杆上，左/右旋螺纹的螺距与右/左旋螺纹的螺距之比等于袖套下端面面积与搅拌针下端面面积的反比。

3.根据权利要求1所述的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的传动丝杠、袖套套筒、搅拌针轴同轴。

4.根据权利要求1所述的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的外壳体由至少两部分组合而成。

5.根据权利要求1所述的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的装置仅有两个自由度，其所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与搅拌针轴和传动丝杠相连。

6.根据权利要求1或5所述的轻量化回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。

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