一种搅拌摩擦双向铆焊装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于先进铆焊技术领域，具体是涉及一种搅拌摩擦双向铆焊装置及方法，包括成型模具、主轴、搅拌头、压紧环以及成型环，成型模具具有成型凹坑，用于形成铆钉的下铆钉头；主轴与旋转部件连接；搅拌头固定在所述主轴上；压紧环设置在所述成型模具的上端，与所述成型模具之间形成固定待铆焊金属板材的放置空间，且具有内腔，所述内腔用于容纳铆钉的下降和旋转；成型环用于与铆钉的铆钉帽相接触，并连接多个牵引机构，由上位机控制所述牵引机构使所述成型环对所述铆钉的铆钉帽进行差动碾压运动。其目的是解决已有搅拌摩擦铆焊装置存在铆钉设计复杂、质量大、与基体材料异质造成应力集中等问题。集中等问题。集中等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦双向铆焊装置及方法


[0001]本专利技术属于先进铆焊
，具体是涉及一种搅拌摩擦双向铆焊装置及方法。

技术介绍

[0002]英国焊接研究所于1991年提出的搅拌摩擦焊(Friction stir welding，FSW)是一种新型固相焊技术，具有工作效率高、节能、无污染、焊接变形小、焊缝质量高等优点，在航空航天、汽车、船舶、电子等领域有着广泛的应用。搅拌摩擦铆焊(Friction stir rivet welding，FSRW)是基于搅拌摩擦焊的思想发展而来的新型铆接技术。FSRW利用搅拌头高速旋转产生的摩擦产热及压力等作用使金属铆钉与焊接板材间形成由机械结合与冶金结合共存的铆焊接头，相比于利用单一机械连接方式的传统铆接更易于获得高质量连接。
[0003]目前，在已公开的专利中“一种轻金属板材的搅拌摩擦铆接装置”(102248112A)。该装置包括铆接装置和铆钉、板料压紧环、位于板料压紧环内可旋转的铆钉夹持装置、铆钉、模具和位于模具孔内的活塞杆。通过铆钉的高速旋转，使其与被铆接板材之间形成摩擦，利用摩擦产生的热量软化被铆接板材，降低铆钉的给进阻力，使铆钉在较小压力的作用下刺穿被铆接板材，并在该专利技术所涉及的活塞式模具及活塞杆的顶压下，使铆钉与被铆接板材之间形成机械互锁，实现对轻金属合金板材的机械连接。但这种铆接方式存在不足：由于铆钉设计较复杂(中空，分为铆钉本体和顶头)，在刺穿板材的时候可能导致铆钉本体和顶头错位，失去配合精度。利用铆钉制孔可知铆钉材料较金属板材硬，则铆钉的重量也会大于轻金属铆钉，使得整体结构增加重量。
[0004]另外，已公开的专利中“一种搅拌摩擦铆接装置和铆接方法”(101468421A)。该装置包括驱动杆、铆钉和刚性衬垫，铆钉上方设有可与铆钉相配合、驱动铆钉旋转的驱动杆，铆钉下方设有刚性衬垫，驱动杆与铆钉相配合，板材置于铆钉与刚性衬垫之间。首先，将刚性衬垫与驱动杆对中找正；然后，将被连接板材和铆钉按顺序摆好，驱动杆下降，使驱动杆与铆钉完全配合，同时驱动杆开始带动铆钉转动；在压力和摩擦热的作用下，被连接板材局部升温、软化，随着铆钉不断地旋转下移，被连接板材局部材料在摩擦热和机械搅拌作用下充分流动，填满刚性衬垫上的凹槽和铆钉的钉颈部位空间，使铆钉与板材实现冶金结合，完成搅拌摩擦铆接接头。但这种铆接方式也存在不足：除了第一条专利提到的不足之处，在铆钉与母材界面会出现因软硬材料硬度差异而导致的应力集中。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术主要针对以上问题，提出了一种搅拌摩擦双向铆焊装置及方法，其目的是解决已有搅拌摩擦铆焊装置存在铆钉设计复杂、质量大、与基体材料异质造成应力集中等问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种搅拌摩擦双向铆焊装置，包括：
[0009]成型模具，具有成型凹坑，用于形成铆钉的下铆钉头；
[0010]主轴，其与旋转部件连接；
[0011]搅拌头，固定在所述主轴上；
[0012]压紧环，设置在所述成型模具的上端，与所述成型模具之间形成固定待铆焊金属板材的放置空间，且具有内腔，所述内腔用于容铆钉的下降和旋转；
[0013]成型环，其用于与铆钉的铆钉帽相接触，并连接多个牵引机构，由上位机控制所述牵引机构使所述成型环对所述铆钉的铆钉帽进行差动碾压运动。
[0014]进一步地，所述成型凹坑的周围布置环状辅助加热带。
[0015]进一步地，所述成型环与所述搅拌头、所述压紧环的间隙为0.1～2mm。
[0016]进一步地，所述成型环为硬质合金圆环。
[0017]进一步地，所述压紧环为硬质合金圆筒。
[0018]进一步地，所述压紧环下端与待铆焊金属板材接触位置留有沿环向轴对称分布的导流孔。
[0019]进一步地，所述牵引机构沿环向轴对称分布，数量为3个。
[0020]进一步地，所述差动碾压运动的运动方向为上下摆动的旋转运动，且旋转方向与所述搅拌头旋转同向、旋转速度低于所述主轴的旋转速度。
[0021]为实现上述目的，本本专利技术提供了一种搅拌摩擦双向铆焊方法，包括如下步骤：
[0022]将已预先制孔的待铆焊金属板材放置在成型模具上，使铆焊孔与模具凹坑同心，并利用压紧环固定待铆焊金属板材；
[0023]将搅拌头与铆钉固定并同轴，将搅拌头置于铆焊起始位置，并调整成型环位置，使其下表面与搅拌头下表面保持水平；
[0024]给成型模具加热并启动主轴旋转，使搅拌头和铆钉以一定速度旋转，同时进行下扎，当铆钉接触到成型模具时，主轴停留旋转进行预热，待铆钉摩擦变形软化后继续下扎；
[0025]在铆钉下扎的同时，成型环上的多个牵引机构进行与主轴旋转方向相同的差动碾压运动，从第一个牵引机构开始依次进行碾压，当牵引机构上的拉压力传感器测量到碾压力到达预设值时，第一个牵引机构拉起成型环回到与搅拌头下表面水平的初始状态，第二个牵引机构开始工作，如此往复，直至铆焊过程结束；
[0026]铆焊完成后，停止主轴旋转，分离搅拌头和铆钉，拆除压紧环进一步地，所述成型环转速低于主轴旋转速度。
[0027](三)有益效果
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供的一种搅拌摩擦双向铆焊装置及方法，具有如下优点：
[0029]1、特别是镁合金等金属板材铆焊时，铆钉帽与金属板材之间、铆钉与金属板材之间均发生了冶金结合；相较传统铆接，提高了连接强度且接头具有优异的密封性。
[0030]2、在铆焊过程中，成型环由牵引装置驱动进行差动碾压运动，可获得可靠的铆接头，通过调整成型环的形状，可获得不同的铆焊接头形貌。
[0031]3、利用成型模具的成型凹坑和成型环自主形成双面铆焊接头形状，不需要二次处理。
[0032]4、压紧环可以保证铆焊过程中板材、搅拌头及铆钉的同轴度，保证受力均匀和铆
焊过程稳定性，即起到“限位”作用。
附图说明
[0033]图1为本专利技术披露的一种搅拌摩擦双向铆焊装置剖视结构示意图。
[0034]图2为本专利技术披露的一种搅拌摩擦双向铆焊装置立体结构示意图。
[0035]图3为本专利技术披露的一种铆焊成型结构示意图。
[0036]图4为本专利技术披露的一种铆焊接头的结构示意图。
[0037]图5为本专利技术披露的一种成型环碾压过程示意图。
[0038]图6为本专利技术披露的一种压紧环仰视图。
[0039]图中所示的附图标记：1、搅拌头；2、成型环；3、压紧环；4、铆钉；5、导流孔；6、待铆焊金属板材；7、成型凹坑；8、成型模具；9、加热带；10、主轴。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0041]本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，包括：成型模具，具有成型凹坑，用于形成铆钉的下铆钉头；主轴，其与旋转部件连接；搅拌头，固定在所述主轴上；压紧环，设置在所述成型模具的上端，与所述成型模具之间形成固定待铆焊金属板材的放置空间，且具有内腔，所述内腔用于容纳铆钉的下降和旋转；成型环，其用于与铆钉的铆钉帽相接触，并连接多个牵引机构，由上位机控制所述牵引机构使所述成型环对所述铆钉的铆钉帽进行差动碾压运动。2.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，所述成型凹坑的周围布置环状辅助加热带。3.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，所述成型环与所述搅拌头、所述压紧环的间隙为0.1～2mm。4.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，所述成型环为硬质合金圆环。5.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，所述压紧环为硬质合金圆筒。6.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，所述压紧环下端与待铆焊金属板材接触位置留有沿环向轴对称分布的导流孔。7.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦双向铆焊装置，其特征在于，所述牵引机构沿环向轴对称分布，数量为3个...

【专利技术属性】
技术研发人员：董继红，姬书得，郭远航，马琳，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：