一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置与方法。该装置包括控制驱动系统以及轴向共线安装的平头搅拌工具和带针搅拌工具，所述平头搅拌工具包括端部为平头的搅拌头，所述平头的搅拌头用于被加工基材一侧的第一填料槽的表面加工，并封堵所述第一填料槽的槽口，所述带针搅拌工具包括限位凸缘结构和端部为锥形针的搅拌头，所述锥形针的搅拌头用于插入被加工基材另一侧的第二填料槽内进行搅拌摩擦加工，所述限位凸缘用于封堵所述第二填料槽的槽口，所述控制驱动系统用于控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具的运转。

A Friction Stir Machining Device and Method with Double Stirring Heads

The invention relates to a friction stirring processing device and method with double stirring heads. The device comprises a control drive system, a flat head mixing tool and a needle mixing tool which are axially collinearily installed. The flat head mixing tool comprises a flat head mixing head with an end. The flat head mixing head is used for surface processing of the first filling tank on one side of the processed substrate and for sealing the slot opening of the first filling tank. The needle mixing tool comprises a limiting flange structure and an end. For a conical needle stirring head, the conical needle stirring head is used for inserting into the second filling tank on the other side of the processed substrate for friction stirring processing, the limit flange is used to block the slot opening of the second filling tank, and the control driving system is used to control the operation of the flat head stirring tool and the needle stirring tool.

【技术实现步骤摘要】
一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置与方法
本专利技术涉及搅拌摩擦加工
，特别是涉及一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置与方法。
技术介绍
搅拌摩擦加工(Frictionstirprocessing,FSP)是在搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding,FSW)基础上发展起来的一种塑性加工技术，在搅拌摩擦加工过程中，搅拌工具的搅拌头旋转着插进被加工材料内，利用搅拌头与被加工材料之间的摩擦热和塑性形变能，使被加工区材料热塑化，并且在搅拌头的旋转作用下从前部向后部转移过渡，通过顶锻压力的作用形成固相加工区域，是一种制备金属基复合材料及细化晶粒的有效创新型工艺。其中包括FSP直接法是先将粉末填料以一定方式预置在金属板材内然后进行搅拌摩擦加工，利用工具的搅拌作用将粉末颗粒直接搅进基体中并使之均匀化、致密化，形成复合材料。搅拌摩擦加工直接法制备金属基复合材料的技术难点在于如何使得粉末填料充分并且均匀混入母材基体中，而在传统的搅拌摩擦加工过程中，由于搅拌工具附近的材料由搅拌针底部向搅拌针根部流动导致之前添加在母材内部的粉末填料大部分流出加工区域而没有混入母材基体造成大量填料的浪费。因此，专利技术人提供了一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置与方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置与方法，创造性的安装了平头搅拌工具和带针搅拌工具的轴向共线的双搅拌头，双搅拌头工具能够在被加工基材上加工区两侧协同搅拌摩擦加工，同时能够将粉末填料封堵在被加工基材的填料槽中，解决了现有搅拌摩擦加工的粉末填料容易从被加工基材中流出及搅拌不均匀的问题。第一方面，本专利技术的实施例提出了一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，该装置包括控制驱动系统以及轴向共线安装的平头搅拌工具和带针搅拌工具，所述平头搅拌工具包括端部为平头的搅拌头，所述平头的搅拌头用于被加工基材一侧的第一填料槽的表面加工，并封堵所述第一填料槽的槽口，所述带针搅拌工具包括限位凸缘结构和端部为锥形针的搅拌头，所述锥形针的搅拌头用于插入被加工基材另一侧的第二填料槽内进行搅拌摩擦加工，所述限位凸缘用于封堵所述第二填料槽的槽口，所述控制驱动系统用于控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具的运转。优选地，所述锥形针的搅拌头的最大外径小于所述第二填料槽的槽口，所述锥形针的搅拌头的长度小于被加工基材在加工区域上的填料槽口深度。优选地，所述限位凸缘结构的宽度大于被加工基材在加工区域上的填料槽口宽度。优选地，所述控制驱动系统控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具分别沿轴向方向运行。优选地，所述控制驱动系统控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具分别以轴向为转轴旋转运动。优选地，所述控制驱动系统控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具沿加工方向同步运行。优选地，该装置还包括用于夹装被加工基材的夹具组件，所述控制驱动系统控制所述夹具组件移动到相应的夹装位置。第二方面，提供了一种双搅拌头的搅拌摩擦加工方法，采用第一方面提供的双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，该加工方法包括：将被加工基材夹装在预定工艺位置上，使所述平头搅拌工具位于被加工基材一侧的所述第一填料槽的正上方，所述带针搅拌工具位于被加工基材另一侧的所述第二填料槽的正下方，所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具的轴向共线；操作所述控制驱动系统，使其控制驱动所述平头搅拌工具沿轴向运行，直至所述平头的搅拌头与被加工基材一侧的表面接触，并封堵所述第一填料槽的槽口；操作所述控制驱动系统，使其控制驱动所述带针搅拌工具沿轴向运行，直至端部的所述锥形针的搅拌头插入被加工基材另一侧的所述第二填料槽的槽口内，所述限位凸缘结构与被加工基材另一侧的表面接触并封堵所述第二填料槽的槽口；操作所述控制驱动系统，使所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具分别以轴向为转轴旋转运动，并且使所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具沿被加工基材上填料槽的加工方向同步运行，完成对被加工基材的搅拌摩擦加工。综上，本专利技术在被加工基材的两侧安装轴向共线的平头搅拌工具和带针搅拌工具，通过两侧双搅拌头搅拌工具的合理设置、协同运转和加工，实现了将填料粉末封在被加工基材中，避免了填料粉末在搅拌摩擦加工过程中外溢造成浪费，同时能够使填料粉末处于锥形针的搅拌头的底部，有利于其在被加工基材中均匀分布，从而使搅拌摩擦加工更加均匀可靠，此外，采用双搅拌头协同加工方法提高了整体加工效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置示意图。图中：1-控制驱动系统；2-平头搅拌工具；3-带针搅拌工具；4-被加工基材；41-第一填料槽；42-第二填料槽；5-粉末填料；6-夹具组件。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。第一方面，本专利技术提供了一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，图1是本专利技术实施例的一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置示意图，该装置包括了控制驱动系统1以及轴向共线安装的平头搅拌工具2和带针搅拌工具3，其中，平头搅拌工具2包括端部为平头的搅拌头，该平头的搅拌头用于被加工基材4一侧的第一填料槽41的表面加工，并封堵该第一填料槽41的槽口，带针搅拌工具3包括限位凸缘结构和端部为锥形针的搅拌头，锥形针的搅拌头与限位凸缘结构相接，锥形针的搅拌头用于插入被加工基材4另一侧的第二填料槽42内进行搅拌摩擦加工，限位凸缘用于封堵该第二填料槽42的槽口，控制驱动系统1用于控制该平头搅拌工具2和带针搅拌工具3的运转。需要说明的是，本实施例的被加工基材4以铝合金2009A板材(5mm)为例说明，本专利技术装置包括但不限于图1所示的零部件，还可以包括装置的主体支撑部件等基本组成结构，控制驱动系统1一般采用机电控制方式，该系统中包括但不限于控制单元和驱动单元，各个单元的具体组成可根据实际工艺要求进行相应设计。控制驱动系统1还能控制平头搅拌工具2和带针搅拌工具3分别沿轴向方向运行，如图1所示，即控制驱动系统可控制平头搅拌工具2和带针搅拌工具3在被加工基材4的两侧沿轴向竖向往复运动。其次，控制驱动系统1还可控制平头搅拌工具2和带针搅拌工具3分别以轴向为转轴旋转运动，使相应的搅拌头旋转搅拌而实现搅拌摩擦加工的工艺操作。再次，控制驱动系统1还能控制平头搅拌工具2和带针搅拌工具3沿加工方向同步运行，也就是在图1中垂直于纸面的方向沿被加工基材4上的填料槽运行，保证了在搅拌摩擦加工的同时，填料粉末被封堵在基材中，且搅拌更均匀。具体地，锥形针的搅拌头的最大外径小于第二填料槽42的槽口，便于锥形针的搅拌头通过该槽口进入基材的填料槽内，锥形针搅拌头的长度小于被加工基材4在加工区域上的填料槽口深度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，其特征在于，包括控制驱动系统以及轴向共线安装的平头搅拌工具和带针搅拌工具，所述平头搅拌工具包括端部为平头的搅拌头，所述平头的搅拌头用于被加工基材一侧的第一填料槽的表面加工，并封堵所述第一填料槽的槽口，所述带针搅拌工具包括限位凸缘结构和端部为锥形针的搅拌头，所述锥形针的搅拌头用于插入被加工基材另一侧的第二填料槽内进行搅拌摩擦加工，所述限位凸缘用于封堵所述第二填料槽的槽口，所述控制驱动系统用于控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具的运转。

【技术特征摘要】
1.一种双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，其特征在于，包括控制驱动系统以及轴向共线安装的平头搅拌工具和带针搅拌工具，所述平头搅拌工具包括端部为平头的搅拌头，所述平头的搅拌头用于被加工基材一侧的第一填料槽的表面加工，并封堵所述第一填料槽的槽口，所述带针搅拌工具包括限位凸缘结构和端部为锥形针的搅拌头，所述锥形针的搅拌头用于插入被加工基材另一侧的第二填料槽内进行搅拌摩擦加工，所述限位凸缘用于封堵所述第二填料槽的槽口，所述控制驱动系统用于控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具的运转。2.根据权利要求1所述的双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，其特征在于，所述锥形针的搅拌头的最大外径小于所述第二填料槽的槽口，所述锥形针的搅拌头的长度小于被加工基材在加工区域上的填料槽口深度。3.根据权利要求2所述的双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，其特征在于，所述限位凸缘结构的宽度大于被加工基材在加工区域上的填料槽口宽度。4.根据权利要求1所述的双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，其特征在于，所述控制驱动系统控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具分别沿轴向方向运行。5.根据权利要求1所述的双搅拌头的搅拌摩擦加工装置，其特征在于，所述控制驱动系统控制所述平头搅拌工具和所述带针搅拌工具分别以轴向为转轴旋转运动。6.根据权利要求1所述的双搅拌头的搅拌摩擦加工装...

【专利技术属性】
技术研发人员：方远方，王卫兵，张坤，朱铁成，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11