异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置及方法，装置包括机架组件、安装外壳、拉铆钻头组件、拉铆传动杆、主轴传动组件、主轴驱动组件、超声辅助组件、拉铆螺母和控制器等。拉铆钻头组件用于钻孔，拉铆传动杆能够前后移动以及周向旋转，带动拉铆螺母、拉铆钻头组件旋转以及推进，主轴传动组件用于带动拉铆传动杆周向旋转，主轴驱动组件用于带动拉铆传动杆前后移动，超声辅助组件用于施加超声振动，控制器用于进行控制。本发明专利技术自动化程度高、操作简单，连接的范围广、成本低、可靠性高，并显著改善微观组织和提高接头的力学性能，且不存在潜在的材料损伤。且不存在潜在的材料损伤。且不存在潜在的材料损伤。

【技术实现步骤摘要】
异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置及方法


[0001]本专利技术涉及板材连接
，特别涉及一种异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置及方法。

技术介绍

[0002]“高性能制造技术”是加工制造领域发展的重要方向。以节能减排为目标的轻量化制造被认为是高性能制造的关键技术之一。轻量化材料的应用是实现航空航天、汽车等重点关键领域轻量化制造最直接、最有效的途径。焊接和铆接是轻量化材料连接的两种主要方式，在轻量化材料加工制造领域中广泛应用。
[0003]然而传统焊接过程通常会伴随着有毒有害气体及光污染的产生，对人体也存在一定的危害。普通拉铆工艺较为繁琐，通常需要先打孔后连接，导致连接效率低。搅拌摩擦焊铆虽不需要提前打孔，但在铆钉高速旋转刺入板材内部过程中会导致板材金属堆积，此外，对于一些高强度、高硬度或难以焊接的材料，铆钉摩擦产生的热量可能难以软化板材，无法获得较为满意的连接效果，甚至由于摩擦受力作用导致铆钉产生破裂。以上均限制了它在某种要求下的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：针对上述
技术介绍
中存在的问题，提供一种异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆复合连接方案，以实现板材连接过程中不产生有毒有害气体、不损伤板材、连接快速高效，同时显著改善微观组织和提高接头的力学性能等。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，包括机架组件、安装外壳、拉铆钻头组件、拉铆传动杆、主轴传动组件、主轴驱动组件、超声辅助组件、拉铆螺母和控制器；
[0006]所述机架组件用于固定支撑，所述拉铆钻头组件设置在所述安装外壳的前端，所述拉铆钻头组件用于钻孔，所述拉铆螺母位于所述安装外壳内所述拉铆钻头组件的后方，所述拉铆传动杆设置在所述安装外壳内所述拉铆钻头组件的后方，所述拉铆传动杆能够前后移动以及周向旋转，带动所述拉铆螺母和所述拉铆钻头组件旋转、推进，所述主轴传动组件、所述主轴驱动组件均设置在所述安装外壳内，所述主轴传动组件用于带动所述拉铆传动杆周向旋转，所述主轴驱动组件用于带动所述拉铆传动杆前后移动，所述超声辅助组件与所述安装外壳连接，用于施加超声振动，所述控制器用于控制所述机架组件、所述主轴传动组件、所述主轴驱动组件和所述超声辅助组件工作。
[0007]进一步地，所述机架组件包括气动模块、支撑架、底座和工作台，所述支撑架与所述底座连接，所述工作台、所述气动模块均与所述支撑架连接，所述气动模块用于驱动所述安装外壳位移，所述工作台用于放置待连接的金属板。
[0008]进一步地，所述安装外壳内设置有第一腔体、第二腔体、第三腔体、第四腔体和第五腔体，所述第一腔体、所述第二腔体、所述第三腔体由前往后依次连通，所述第四腔体、所
述第五腔体均位于所述第三腔体后方，且均与所述第三腔体连通；
[0009]所述拉铆钻头组件设置在所述第一腔体内，所述第一腔体内还设置有齿轮紧固组件，所述齿轮紧固组件沿所述拉铆钻头组件的周向布置，用于对所述拉铆钻头组件夹紧定位，待安装的所述拉铆螺母放置于所述第二腔体内，所述第二腔体与螺母供给带连通，所述螺母供给带内存放有多个所述拉铆螺母，用于将所述拉铆螺母依次输送至所述第二腔体中，所述拉铆传动杆活动设置在所述第三腔体内，所述拉铆传动杆的前端能够伸入所述第二腔体以及所述第一腔体内，所述主轴传动组件设置在所述第四腔体内，与所述拉铆传动杆传动连接，所述主轴驱动组件设置在所述第五腔体内，与所述拉铆传动杆传动连接，所述超声辅助组件与所述安装外壳刚性相连。
[0010]进一步地，所述拉铆钻头组件包括钻头安装体和钻头，所述钻头安装体的前端设置有钻头滑动槽；
[0011]所述钻头设置在所述钻头滑动槽内，所述钻头滑动槽内具有T型槽道，所述钻头的后部设置有T型连接部，所述T型槽道与所述T型连接部相匹配，所述T型槽道、所述T型连接部的接触面为斜面，所述钻头与所述钻头滑动槽之间弹性连接，所述钻头安装体的后端设置有传动内螺纹孔，所述传动内螺纹孔用于与所述拉铆传动杆连接。
[0012]进一步地，所述齿轮紧固组件包括相对设置的一对紧固夹、滑动条以及传动导杆，所述紧固夹设置有滑动块，所述外壳设置有与所述滑动块对应的滑动通道，所述滑动块滑动设置在所述滑动通道内，所述滑动块与所述滑动通道弹性连接，所述滑动块开设有锁定孔，所述锁定孔与所述滑动条相对应，所述传动导杆与所述紧固夹铰接连接，所述传动导杆在所述拉铆传动杆前进的过程中驱动所述滑动条位移，所述滑动条与所述外壳滑动连接。
[0013]进一步地，所述拉铆传动杆的前部依次设置有小径外螺纹和大径外螺纹，所述拉铆传动杆的后部设置有后部外螺纹、以及第一键槽、第二键槽，所述小径外螺纹用于与所述传动内螺纹孔连接，所述大径外螺纹用于与所述拉铆螺母连接，所述后部外螺纹位于所述第一键槽的后方，所述第一键槽用于与所述主轴传动组件连接，所述第二键槽用于与所述主轴驱动组件连接。
[0014]进一步地，所述主轴传动组件包括斜齿轮、限位螺母、平键、以及旋转电机、联轴器、齿轮轴，所述平键设置在所述第一键槽中，用于连接所述斜齿轮与所述拉铆传动杆，所述限位螺母与所述后部外螺纹连接，用于限制所述斜齿轮向后的轴向运动，所述斜齿轮与所述齿轮轴相啮合，所述齿轮轴的端部通过支撑球轴承支撑，所述旋转电机通过联轴器与所述齿轮轴传动连接；
[0015]所述主轴驱动组件包括驱动导轨、直线电机、导轨锁紧部、驱动杆，所述驱动导轨和所述直线电机相配合，所述直线电机与所述驱动杆驱动连接，以向所述驱动杆提供驱动力，所述第二键槽设置有带轴承的螺纹挡盖，所述驱动杆的前部插设于所述第二键槽中，同时设置有卡接螺母。
[0016]进一步地，所述超声辅助组件包括第一换能器、第一连接单元、第二换能器、第二连接单元、第三换能器、第三连接单元和变幅杆；所述变幅杆与所述安装外壳的后端连接，所述第一换能器通过第一连接单元与所述变幅杆的后端连接，用于钻孔过程施加轴向超声振动，所述第二换能器通过所述第二连接单元与所述变幅杆的第一侧连接，所述第三换能器通过所述第三连接单元与所述变幅杆的第二侧组合，用于搅拌摩擦过程协同施加径向耦
合超声振动。
[0017]进一步地，所述拉铆螺母的外表面设置有整体呈锥形的搅拌纹理，所述拉铆螺母的前部设置有推进坡度。
[0018]本专利技术还提供了一种异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接方法，采用如前所述的异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，具体包括如下步骤：
[0019]S1，将两块待连接的异质金属板材叠加放置于工作台，通过控制器控制气动模块下降，使钻头垂直对准板材连接点进行定位；
[0020]S2，通过控制器控制旋转电机正向旋转和直线电机前进，带动拉铆传动杆进行轴向和周向运动，在拉铆传动杆推进的过程中，拉铆传动杆旋入拉铆螺母，随后旋入拉铆钻头组件，在继续推进的过程中通过拉铆螺母的推进坡度触碰传动导杆，让紧固夹处于放松状态；第一换能器与变幅杆开始工作并施加轴向超声振动；在继续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，其特征在于，包括机架组件、安装外壳、拉铆钻头组件、拉铆传动杆、主轴传动组件、主轴驱动组件、超声辅助组件、拉铆螺母和控制器；所述机架组件用于固定支撑，所述拉铆钻头组件设置在所述安装外壳的前端，所述拉铆钻头组件用于钻孔，所述拉铆螺母位于所述安装外壳内所述拉铆钻头组件的后方，所述拉铆传动杆设置在所述安装外壳内所述拉铆钻头组件的后方，所述拉铆传动杆能够前后移动以及周向旋转，带动所述拉铆螺母和所述拉铆钻头组件旋转、推进，所述主轴传动组件、所述主轴驱动组件均设置在所述安装外壳内，所述主轴传动组件用于带动所述拉铆传动杆周向旋转，所述主轴驱动组件用于带动所述拉铆传动杆前后移动，所述超声辅助组件与所述安装外壳连接，用于施加超声振动，所述控制器用于控制所述机架组件、所述主轴传动组件、所述主轴驱动组件和所述超声辅助组件工作。2.根据权利要求1所述的异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，其特征在于，所述机架组件包括气动模块、支撑架、底座和工作台，所述支撑架与所述底座连接，所述工作台、所述气动模块均与所述支撑架连接，所述气动模块用于驱动所述安装外壳位移，所述工作台用于放置待连接的金属板。3.根据权利要求1所述的异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，其特征在于，所述安装外壳内设置有第一腔体、第二腔体、第三腔体、第四腔体和第五腔体，所述第一腔体、所述第二腔体、所述第三腔体由前往后依次连通，所述第四腔体、所述第五腔体均位于所述第三腔体后方，且均与所述第三腔体连通；所述拉铆钻头组件设置在所述第一腔体内，所述第一腔体内还设置有齿轮紧固组件，所述齿轮紧固组件沿所述拉铆钻头组件的周向布置，用于对所述拉铆钻头组件夹紧定位，待安装的所述拉铆螺母放置于所述第二腔体内，所述第二腔体与螺母供给带连通，所述螺母供给带内存放有多个所述拉铆螺母，用于将所述拉铆螺母依次输送至所述第二腔体中，所述拉铆传动杆活动设置在所述第三腔体内，所述拉铆传动杆的前端能够伸入所述第二腔体以及所述第一腔体内，所述主轴传动组件设置在所述第四腔体内，与所述拉铆传动杆传动连接，所述主轴驱动组件设置在所述第五腔体内，与所述拉铆传动杆传动连接，所述超声辅助组件与所述安装外壳刚性相连。4.根据权利要求3所述的异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，其特征在于，所述拉铆钻头组件包括钻头安装体和钻头，所述钻头安装体的前端设置有钻头滑动槽；所述钻头设置在所述钻头滑动槽内，所述钻头滑动槽内具有T型槽道，所述钻头的后部设置有T型连接部，所述T型槽道与所述T型连接部相匹配，所述T型槽道、所述T型连接部的接触面为斜面，所述钻头与所述钻头滑动槽之间弹性连接，所述钻头安装体的后端设置有传动内螺纹孔，所述传动内螺纹孔用于与所述拉铆传动杆连接。5.根据权利要求3所述的异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，其特征在于，所述齿轮紧固组件包括相对设置的一对紧固夹、滑动条以及传动导杆，所述紧固夹设置有滑动块，所述外壳设置有与所述滑动块对应的滑动通道，所述滑动块滑动设置在所述滑动通道内，所述滑动块与所述滑动通道弹性连接，所述滑动块开设有锁定孔，所述锁定孔与所述滑动条相对应，所述传动导杆与所述紧固夹铰接连接，所述传动导杆在所述拉铆传动杆前进的过程中驱动所述滑动条位移，所述滑动条与所述外壳滑动连接。
6.根据权利要求4所述的异质金属结构的超声辅助搅拌摩擦焊铆连接装置，其特征在于，所述拉铆传动杆的前部依次设置有小径外螺纹和大径外螺纹，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，欧阳潇，黄明辉，赵升吨，任晓强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：