組合式的摩擦攪拌焊刀具的制作方法

本實用新型涉及焊接設備領域，尤其涉及一種組合式的摩擦攪拌焊刀具。

背景技術：

摩擦攪拌焊(Friction Stir Welding，簡稱FSW)是英國焊接研究所于1991年發明的新型固態焊接技術。目前已成功應用于鋁、鎂、銅等材料的摩擦攪拌焊，尤其是鋁合金的摩擦攪拌焊，已在工業生產中得到了廣泛應用。摩擦攪拌焊具有質量穩定、焊接強度高、變形較小、適合自動化生產等優點。

摩擦攪拌焊方法與常規摩擦焊一樣。摩擦攪拌焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。不同之處在于摩擦攪拌焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌針伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行摩擦攪拌來完成焊接的。

摩擦攪拌焊技術的關鍵在于摩擦攪拌焊刀具(以下簡稱焊接刀)，目前焊接刀普遍采用一體式設計，由攪拌頭(焊接刀刀體)、軸肩和攪拌針組成，其中在軸肩端面及攪拌針表面都帶有螺紋。

一體式焊接刀主要存在兩個缺點：

一，一體式焊接刀與待焊接工件的接觸面積較大，導致焊接阻力大，為保證焊接質量穩定，焊接刀軸線方向需與焊接進給方向始終保持一定角度(3-5°)，這使得一體式焊接刀在焊接二維曲線時需要用到五軸機床，這無疑會使得加工成本大大上升。

二，一體式焊接刀在磨損后較難修復，有時甚至不得不整體報廢，由于焊接刀材料較貴，這對材料來說是很大的浪費。而且一款一體式焊接刀只能焊接一種厚度的工件，當有多種厚度的工件需要焊接時，需要準備多種規格的焊接刀，這也提高了生產成本。

綜上所述，現在市場上急需一種焊接阻力小，能夠適配多種厚度工件，且使用成本低的摩擦攪拌焊刀具。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種組合式的摩擦攪拌焊刀具，來解決現有技術中一體式焊接刀的焊接阻力大，使用后成本高，而且不能適配多種厚度工件的缺點。

為了實現上述目的，本實用新型提供一種組合式的摩擦攪拌焊刀具，包括：

刀具主體件，所述刀具主體件的底部設有軸肩部，所述軸肩部的底面設有能夠減小焊接阻力的外凸圓錐面；所述刀具主體件的中央設有貫穿軸肩部的安裝孔；

攪拌針，所述攪拌針以可拆卸的方式固定在安裝孔處，所述攪拌針的尾部容置在安裝孔內部，攪拌針的頭部探出軸肩部。

進一步的，所述軸肩部的底面上設有有利于塑性材料向中心流動的漸開線螺旋槽。

進一步的，所述攪拌針的頭部設有左旋錐螺紋。

進一步的，所述刀具主體件的中央處設有拆裝通孔，所述拆裝通孔的一端與刀具主體件的頂面平齊，另一端與安裝孔連通；所述拆裝通孔與安裝孔的連接處形成一能夠阻止攪拌針進入拆裝通孔的限位臺階。

進一步的，所述拆裝通孔包括主通孔和連接孔，所述連接孔的一端與主通孔連通，另一端與安裝孔連通；所述主通孔的直徑大于安裝孔的直徑，所述連接孔的直徑小于安裝孔的直徑。

進一步的，該摩擦攪拌焊刀具還包括拆裝件，所述拆裝件包括一體成型的導向段和頂出段，所述導向段的形狀與拆裝通孔的主通孔適配，使導向段能夠沿著主通孔滑動；所述頂出段的形狀與連接孔適配，且頂出段的長度大于連接孔的長度。

進一步的，所述刀具主體件的中央處設有拆裝通孔，所述拆裝通孔的一端與刀具主體件的頂面平齊，另一端與安裝孔連通，所述拆裝通孔內設有內螺紋；

該摩擦攪拌焊刀具還包括一限位桿，所述限位桿上設有與所述內螺紋適配的外螺紋，所述限位桿利用螺紋結構固定在拆裝通孔內，所述攪拌針的尾部抵在限位桿的端面上。

進一步的，所述攪拌針的一側設有鍵槽，所述刀具主體件的側面設有一螺紋孔；

該組合式的摩擦攪拌焊刀具還包括限位鍵，所述限位鍵為無帽六角螺螺栓，所述無帽六角螺螺栓穿過上述螺紋孔后頂住攪拌針的鍵槽以限制攪拌針在加工時轉動。

進一步的，所述刀具主體件和攪拌針的材料為熱作模具鋼或工具鋼。

進一步的，所述攪拌針的尾部設有限位孔，所述限位孔貫穿攪拌針的尾部；

所述刀具主體件上設有軸線重合的第一安插孔和第二安插孔，所述第一安插孔與安裝孔垂直，第一安插孔的一端與安裝孔的一側連通，另一端與刀具主體件的側面平齊；所述第二安插孔的一端與安裝孔的另一側連通，另一端埋設在刀具主體件內；

該組合式的摩擦攪拌焊刀具還包括限位鍵，所述限位鍵的一端依次穿過第一安插孔和限位孔后，容置在第一安插孔內；

所述第一安插孔和/或第二安插孔內設有內螺紋，所述限位鍵設有與內螺紋適配的外螺紋。

相較于現有技術，本實用新型提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具，軸肩部的底面設有外凸圓錐面，外凸圓錐面能夠減小刀具在焊接時與待焊工件接觸面積，因此焊接阻力較小，焊接刀軸線方向不需與焊接進給方向始終保持一定角度，即焊接時焊接刀的傾角為0°，使該組合式的摩擦攪拌焊刀具在焊接二維曲線時不需要用到五軸機床，使用三軸機床即可焊接二維曲線，降低了對機床的技術要求，降低了使用成本。

攪拌針設計為與刀具主體件可拆卸連接，一方面，能夠更換不同長度和形式的攪拌針，以滿足不同待焊接公件對焊接深度的個性化需求，具有良好的靈活性和通用性；另一方面，由于攪拌頭成本低，在磨損或折斷后也能更換，故相比一體式焊接刀也降低了生產成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型的第一實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的立體結構圖；

圖2為本實用新型的第一實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的縱剖圖；

圖3為本實用新型的第一實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的拆裝件的主視圖；

圖4為本實用新型的第二實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的縱剖圖；

圖5為本實用新型的第三實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的縱剖圖。

附圖標記：

1-刀具主體件； 2-攪拌針； 3-限位鍵；

4-拆裝件； 5-限位桿； 11-軸肩部；

12-拆裝通孔； 13-螺紋孔； 41-導向段；

42-頂出段； 111-外凸圓錐面； 112-漸開線螺旋槽；

121-主通孔； 122-連接孔。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

第一實施例

圖1為本實用新型的第一實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的立體結構圖；圖2為本實用新型的第一實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的縱剖圖；圖3為本實用新型的第一實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的拆裝件的主視圖。

如圖1-3所示，本實施例提供一種組合式的摩擦攪拌焊刀具，包括刀具主體件1和攪拌針2。

刀具主體件1的底部設有軸肩部11，所述軸肩部11的底面設有能夠減小與待焊工件接觸面積的外凸圓錐面111；所述刀具主體件1的中央設有貫穿軸肩部11的安裝孔；所述攪拌針2以可拆卸的方式固定在安裝孔處，所述攪拌針2的尾部容置在安裝孔內部，攪拌針2的頭部探出軸肩部11。

相較于現有技術，本實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具，軸肩部11的底面設有外凸圓錐面111，外凸圓錐面111能夠減小刀具在焊接時與待焊工件接觸面積，因此焊接阻力較小，焊接刀軸線方向不需與焊接進給方向始終保持一定角度，即焊接時焊接刀的傾角為0°，使該組合式的摩擦攪拌焊刀具在焊接二維曲線時不需要用到五軸機床，使用三軸機床即可焊接二維曲線，降低了對機床的技術要求，降低了使用成本。

攪拌針2設計為與刀具主體件1可拆卸連接，一方面，能夠更換不同長度和形式的攪拌針2，以滿足不同待焊接公件對焊接深度的個性化需求，具有良好的靈活性和通用性；另一方面，由于攪拌頭成本低，在磨損或折斷后也能更換，故相比一體式焊接刀也降低了生產成本。

在本實施例中，所述軸肩部11的底面上設有有利于塑性材料向中心流動的漸開線螺旋槽112，所述攪拌針2的頭部設有左旋錐螺紋。漸開線螺旋槽112能夠起到良好的導流作用，有利于焊縫均勻穩定。

軸肩部11的漸開線螺旋槽112磨損后，能將軸肩部11厚度稍稍銑薄，將磨損的漸開線螺旋槽112銑去后重新開槽；結合可更換的攪拌頭，該組合式的摩擦攪拌焊刀具在修復后再利用十分方便，節省加工成本。

在本實施例中，所述刀具主體件1的中央處設有拆裝通孔12，所述拆裝通孔12的一端與刀具主體件1的頂面平齊，另一端與安裝孔連通；所述拆裝通孔12與安裝孔的連接處形成一能夠阻止攪拌針2進入拆裝通孔12的限位臺階。

所述攪拌針2的一側設有鍵槽，所述刀具主體件1的側面設有一螺紋孔13，該組合式的摩擦攪拌焊刀具還包括限位鍵3，所述限位鍵3為無帽六角螺螺栓，所述無帽六角螺螺栓穿過上述螺紋孔13后頂住攪拌針2的鍵槽以限制攪拌針2在加工時轉動。

在本實施例中，所述刀具主體件1和攪拌針2的材料為熱作模具鋼或工具鋼。

當然，這僅是本實用新型的一個具體實施例，本實用新型的刀具主體件1和攪拌針2的材料并不局限于此，也可為其他材料。

無帽六角螺螺栓為標準件，通用性強，來源廣泛，使用成本較低；而且相比于普通內六角螺栓，無帽六角螺螺栓帶給攪拌針2的動平衡性更好。

攪拌針2與刀具主體件1的安裝孔，在直徑方向為小間隙配合，通過限位鍵3進行側向壓緊避免攪拌針2在加工時轉動，在軸向方向上攪拌針2頂死在限位臺階上，以保證足夠的下壓力。

當需要拆卸和更換攪拌針2時，可利用拆裝件4從拆裝通孔12中插入，敲擊拆裝件4，將攪拌針2頂出即可，拆卸十分便捷。

在本實施例中，所述拆裝通孔12包括主通孔121和連接孔122，其中主通孔121的截面可以為圓形、三角形或者等邊多邊形等；連接孔122的截面以圓形最佳。所述連接孔122的一端與主通孔121連通，另一端與安裝孔連通；所述主通孔121的直徑大于安裝孔的直徑，所述連接孔122的直徑小于安裝孔的直徑。

摩擦攪拌焊刀具還包括拆裝件4，所述拆裝件4包括一體成型的導向段41和頂出段42，所述導向段41的形狀與拆裝通孔12的主通孔121適配，使導向段41能夠沿著主通孔121滑動；所述頂出段42的形狀與連接孔122適配，且頂出段42的長度大于連接孔122的長度。

導向段41在拆裝通孔12內滑動，起到良好的導向作用；使頂出段42能夠準確的插入連接孔122內，將攪拌針2頂出。

當然，這僅是本實用新型的一個具體實施例，本實用新型的拆裝件4的形狀并不局限于此，也可為其他結構，例如可采用一細長硬物，細長硬物的直徑小于連接孔122即可。

第二實施例

圖4為本實用新型的第二實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的縱剖圖。

如圖4所示，本實施例提供一種組合式的摩擦攪拌焊刀具，包括刀具主體件1和攪拌針2。刀具主體件1的底部設有軸肩部11，所述軸肩部11的底面設有能夠減小與待焊工件接觸面積的外凸圓錐面111；所述刀具主體件1的中央設有貫穿軸肩部11的安裝孔；

所述攪拌針2的尾部容置在安裝孔內部，所述攪拌針2的尾部設有限位孔，所述限位孔貫穿攪拌針2的尾部；

所述刀具主體件1上設有軸線重合的第一安插孔和第二安插孔，所述第一安插孔與安裝孔垂直，第一安插孔的一端與安裝孔的一側連通，另一端與刀具主體件1的側面平齊；所述第二安插孔的一端與安裝孔的另一側連通，另一端埋設在刀具主體件1內；

所述限位鍵3的一端依次穿過第一安插孔和限位孔后，容置在第一安插孔內；所述第一安插孔和/或第二安插孔內設有內螺紋，所述限位鍵3設有與內螺紋適配的外螺紋；

攪拌針2的頭部探出軸肩部11。

與該第一實施例相比，第二實施例的區別在于攪拌針2的固定方式。具體來說，第一安插孔和第二安插孔構成插孔結構，限位鍵3的一端穿過第一安插孔和攪拌針2的限位孔，同時實現軸向和徑向定位，拆裝更加便捷。同時，也可結合第一實施例的限位臺階結構，共同發揮定位作用。

第三實施例

圖5為本實用新型的第三實施例提供的組合式的摩擦攪拌焊刀具的縱剖圖。

如圖5所示，本實施例提供一種組合式的摩擦攪拌焊刀具，包括刀具主體件1和攪拌針2。刀具主體件1的底部設有軸肩部11，所述軸肩部11的底面設有能夠減小與待焊工件接觸面積的外凸圓錐面111；所述刀具主體件1的中央設有貫穿軸肩部11的安裝孔；

所述刀具主體件1的中央處設有拆裝通孔12，所述拆裝通孔12的一端與刀具主體件1的頂面平齊，另一端與安裝孔連通，所述拆裝通孔12內設有內螺紋；

該摩擦攪拌焊刀具還包括一限位桿5，所述限位桿5上設有與所述內螺紋適配的外螺紋，所述限位桿5利用螺紋結構固定在拆裝通孔內；

所述攪拌針2以可拆卸的方式安裝在安裝孔內，且攪拌針2的尾部抵在限位桿5的端面上。

與該第一實施例相比，第三實施例的區別在于攪拌針2的固定方式，尤其是軸向固定方式，限位桿5的端面抵住攪拌針2，起到與第一實施例中的限位臺階結構相同的功能。其優點在于，能夠調整限位位置，并且在拆卸攪拌針2時，能夠通過旋擰限位桿5，將攪拌針2頂出，使用更加便捷。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。