一种重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头制造技术

本发明专利技术具体涉及一种重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，安装在与带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴前端，包括分体结构的搅拌针和轴肩，所述搅拌针头部为带锥面螺纹的球形截面；带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴控制搅拌针在与轴肩同步旋转状态下向轴肩内做直线回抽运动。本发明专利技术的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，实现搅拌摩擦焊接大扭矩传动结构设计，与带搅拌针回抽功能的重载搅拌摩擦焊接主轴安装配合，通过焊接过程中连续稳定回抽实现焊接环缝匙孔消除，实现新一代载人运载火箭燃料贮箱箱体等大厚度高强铝合金箱体高质量、高效可靠自动化焊接成形。高效可靠自动化焊接成形。高效可靠自动化焊接成形。

【技术实现步骤摘要】
一种重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头


[0001]本专利技术涉及载人运载火箭燃料贮箱箱体等大厚度高强铝合金箱体环缝装配焊接自动化装备
，特别是涉及一种适用于载人运载火箭燃料贮箱箱体等大厚度高强铝合金箱体封闭环缝装配焊接成形的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头。

技术介绍

[0002]我国新一代载人运载火箭燃料贮箱焊接区厚度在22mm以上，总长度达40m，采用传统的熔焊焊接工艺存在较大研制风险。目前在航天工业领域中，焊接方法是制造火箭结构的关键技术之一。2219铝合金、2195铝锂合金等大厚度高强铝合金焊接工艺、焊接结构的应用，不仅有效提高运载火箭的效益和可靠性，也极大促进航天工业科技整体水平发展和增强人们探索宇宙空间的能力。为了有效开展和利用宇宙空间资源，各种大型运载火箭的开发已成为目前航天工业发展的重要基础，而应用先进、高效、节能的搅拌摩擦焊绿色制造技术替代耗能大、污染严重的传统熔焊制造技术，实现航天结构的高效化、轻量化制造已成为发展大型运载火箭的主要趋势。
[0003]搅拌摩擦焊接工艺是一种新型的金属焊接工艺，其利用搅拌头的旋转和挤压产生的高温，使搅拌头附近的金属材料产生塑性流动，在两个工件的结合部形成致密的组织结构，从而实现金属零件的焊接。搅拌摩擦焊接相对于传统焊接工艺具有接头质量高、缺陷少、变形小、工人劳动强度小以及焊接过程绿色无污染等特点。由于运载火箭燃料贮箱贮箱需要在运载火箭飞行过程中稳定持续提供发动机所需燃料及氧化剂，属于特殊的压力容器，焊缝处需保持严格气密。常规搅拌摩擦焊因搅拌头的针部特征与轴肩特征为一体，在焊缝结束位置存在一个环缝匙孔，因此常规搅拌焊常用于纵缝焊接，焊后焊缝匙孔处以余量方式去除。
[0004]而运载火箭燃料贮箱贮箱箱体环缝搅拌摩擦焊接需采用一种能够去除焊缝匙孔的可回抽搅拌摩擦焊接工艺，即搅拌针与轴肩是分体结构，当搅拌摩擦焊接主轴焊接完一条整圈焊缝后，能够通过搅拌针沿焊缝一定长度上均匀向轴肩内部回抽可达到消除焊缝匙孔的目的。采用可回抽搅拌摩擦焊工艺对搅拌摩擦焊接搅拌头提出了更高的要求，一方面，搅拌摩擦焊接搅拌头需要承受较大的顶锻力和前进抗力负载，同时轴肩与搅拌针需要满足同步旋转输出大扭矩满足材料搅拌摩擦焊接工艺需要；另一方面，搅拌针满足能够在重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置的伺服驱动作用下，搅拌针与轴肩在重载工况下发生同轴直线相对运动完成回抽动作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，实现搅拌摩擦焊接大扭矩传动结构设计，与带搅拌针回抽功能的重载搅拌摩擦焊接主轴安装配合，通过焊接过程中连续稳定回抽实现焊接环缝匙孔消除，实现新一代载人运载火箭燃料贮箱箱体等大厚度高强铝合金箱体高质量、高效可靠自动化焊接成形。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，安装在与带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴前端，包括分体结构的搅拌针和轴肩，所述搅拌针头部为带锥面螺纹的球形截面；带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴控制搅拌针在与轴肩同步旋转状态下向轴肩内做直线回抽运动。
[0008]在其中一个实施例中，所述搅拌针头部的球形截面上均匀分布三个锥面螺纹，三个锥面螺纹的深度相同。
[0009]进一步地，所述带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴包括重载抽搅拌摩擦焊接主轴和安装在重载抽搅拌摩擦焊接主轴后端安装重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置，所述重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头安装在重载抽搅拌摩擦焊接主轴前端；通过重载抽搅拌摩擦焊接主轴控制搅拌针与轴肩同步旋转，通过重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置控制搅拌针在与轴肩同步旋转状态下向轴肩内做直线回抽运动。
[0010]进一步地，所述重载抽搅拌摩擦焊接主轴包括空心电机，所述空心电机包括空心电机转子和空心电机转子轴；所述空心电机转子与空心电机转子轴轴向固定连接，空心电机转子向空心电机转子轴输出的旋转扭矩同步传递给轴肩和搅拌针，带动轴肩和搅拌针同步旋转；所述重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置包括旋转分离机构和行星丝杠伺服驱动机构，以及搅拌针回抽轴；所述搅拌针回抽轴同轴安装在空心电机转子轴内，前端伸出空心电机转子轴并从轴肩后端插入轴肩，后端伸出空心电机转子轴并依次与旋转分离机构和行星丝杠伺服驱动机构连接；所述搅拌针同轴安装在轴肩内，前端伸出轴肩，后端插入搅拌针回抽轴前端插入搅拌针回抽轴并与搅拌针回抽轴螺纹连接；所述搅拌针具有在轴肩内沿空心电机转子轴轴向中心线移动的自由度，称为第一自由度；所述搅拌针回抽轴具有在空心电机转子轴内沿空心电机转子轴轴向中心线移动的自由度，称为第二自由度；第一自由度与第二自由度一致；行星丝杠伺服驱动机构在旋转分离机构配合下驱动搅拌针回抽轴在空心电机转子轴内沿空心电机转子轴轴向中心线移动，带动搅拌针沿空心电机转子轴轴向中心线向轴肩内部回抽。
[0011]进一步地，所述重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头还包括搅拌头夹持柄，所述搅拌头夹持柄后端从空心电机转子轴前端插入空心电机转子轴；所述轴肩后端从搅拌头夹持柄前端插入搅拌头夹持柄；所述搅拌针回抽轴前端依次从搅拌头夹持柄后端和轴肩后端插入轴肩。
[0012]进一步地，所述空心电机转子轴内部设有贯通的轴孔，包括设置在空心电机转子轴内部前部的第一轴孔和设置在空心电机转子轴内部后部的第二轴孔，所述第一轴孔与第二轴孔连通形成贯通的轴孔，所述第一轴孔、第二轴孔和空心电机转子轴共轴向中心线；所述搅拌针回抽轴外部后部与第二轴孔相匹配，确保搅拌针回抽轴后部在第二轴孔内并与第二轴孔共轴向中心线，从而确保在第二轴孔内的搅拌针回抽轴与空心电机转子轴共轴向中心线；所述第一轴孔与搅拌头夹持柄外部后部相匹配，确保搅拌头夹持柄后部在第一轴孔内并与第一轴孔共轴向中心线，从而确保在第一轴孔内的搅拌头夹持柄与空心电机转子轴共轴向中心线；所述搅拌头夹持柄内部设置贯通的轴孔，包括设置在搅拌头夹持柄内部前部的第三轴孔和设置在搅拌头夹持柄内部后部的第四轴孔，所述第三轴孔和第四轴孔连通形成贯通的轴孔，所述第三轴孔、第四轴孔和搅拌头夹持柄共轴向中心线；所述第三轴孔与
轴肩外部后部相匹配，确保轴肩后部在第三轴孔内并与第三轴孔共轴向中心线，从而确保在第三轴孔内的轴肩与搅拌头夹持柄共轴向中心线；所述轴肩内部设置贯通的轴孔，包括设置在轴肩内部前部的第五轴孔和设置在轴肩内部后部的第六轴孔，所述第五轴孔和第六轴孔连通形成贯通的轴孔，所述第五轴孔、第六轴孔和轴肩共轴向中心线；安装在第二轴孔内的回抽电机转子轴，前端穿过第四轴孔并插入第六轴孔，后端伸出第二轴孔并与旋转分离机构连接；所述搅拌针回抽轴前部外部分别与第四轴孔和第六轴孔相匹配，确保搅拌针回抽轴前部在第四轴孔和第六轴孔内并分别与第四轴孔和第六轴孔共轴向中心线，从而确保在第四轴孔和第六轴孔内的搅拌针回抽轴分别与搅拌头夹持柄和轴肩共轴向中心线；所述搅拌针外部前部与第五轴孔相匹配，确保搅拌针前部在第五轴孔内并与第五轴孔共轴向中心线，从而确保在第五轴孔内的搅拌针与轴肩共轴向中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，安装在与带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴前端，其特征在于，包括分体结构的搅拌针(6)和轴肩(5)，所述搅拌针(6)头部为带锥面螺纹的球形截面；通过带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴控制搅拌针(6)在与轴肩(5)同步旋转状态下向轴肩内做直线回抽运动。2.根据权利要求1所述的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，其特征在于，所述搅拌针(6)头部的球形截面上均匀分布三个锥面螺纹，三个锥面螺纹的深度相同。3.根据权利要求1所述的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，其特征在于，所述带搅拌针回抽功能的重载抽搅拌摩擦焊接主轴包括重载抽搅拌摩擦焊接主轴(2)和安装在重载抽搅拌摩擦焊接主轴(2)后端安装重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置(4)，所述重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头(3)安装在重载抽搅拌摩擦焊接主轴(2)前端；通过重载抽搅拌摩擦焊接主轴(2)控制搅拌针(6)与轴肩(5)同步旋转，通过重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置(4)控制搅拌针(6)在与轴肩(5)同步旋转状态下向轴肩内做直线回抽运动。4.根据权利要求3所述的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，其特征在于，所述重载抽搅拌摩擦焊接主轴(2)包括空心电机，所述空心电机包括空心电机转子和空心电机转子轴(13)；所述空心电机转子与空心电机转子轴(13)轴向固定连接，空心电机转子向空心电机转子轴(13)输出的旋转扭矩同步传递给轴肩(5)和搅拌针(6)，带动轴肩(5)和搅拌针(6)同步旋转；所述重载搅拌摩擦焊接搅拌针回抽装置(4)包括旋转分离机构和行星丝杠伺服驱动机构，以及搅拌针回抽轴(12)；所述搅拌针回抽轴(12)同轴安装在空心电机转子轴(13)内，前端伸出空心电机转子轴(13)并从轴肩(5)后端插入轴肩(5)，后端伸出空心电机转子轴(13)并依次与旋转分离机构和行星丝杠伺服驱动机构连接；所述搅拌针(6)同轴安装在轴肩(5)内，前端伸出轴肩(5)，后端插入搅拌针回抽轴(12)前端插入搅拌针回抽轴(12)并与搅拌针回抽轴(12)螺纹连接；所述搅拌针(6)具有在轴肩(5)内沿空心电机转子轴(13)轴向中心线移动的自由度，称为第一自由度；所述搅拌针回抽轴(13)具有在空心电机转子轴(13)内沿空心电机转子轴(13)轴向中心线移动的自由度，称为第二自由度；第一自由度与第二自由度一致；行星丝杠伺服驱动机构在旋转分离机构配合下驱动搅拌针回抽轴(12)在空心电机转子轴(13)内沿空心电机转子轴(13)轴向中心线移动，带动搅拌针(6)沿空心电机转子轴(13)轴向中心线向轴肩(5)内部回抽。5.根据权利要求4所述的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，其特征在于，所述重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头(3)还包括搅拌头夹持柄(9)，所述搅拌头夹持柄(9)后端从空心电机转子轴(13)前端插入空心电机转子轴(13)；所述轴肩(5)后端从搅拌头夹持柄(9)前端插入搅拌头夹持柄(9)；所述搅拌针回抽轴(12)前端依次从搅拌头夹持柄(9)后端和轴肩(5)后端插入轴肩(5)。6.根据权利要求5所述的重载搅拌摩擦焊接可回抽搅拌头，其特征在于，所述空心电机转子轴(13)内部设有贯通的轴孔，包括设置在空心电机转子轴(13)内部前部的第一轴孔和设置在空心电机转子轴(13)内部后部的第二轴孔，所述第一轴孔与第二轴孔连通形成贯通的轴孔，所述第一轴孔、第二轴孔和空心电机转子轴(13)共轴向中心线；所述搅拌针回抽轴(12)外部后部与第二轴孔相匹配，确保搅拌针回抽轴(12)后部在第二轴孔内并与第二轴孔共轴向中心线，从而确保在第二轴孔内的搅拌针回抽轴(12)与空心电机转子轴(13)共轴向中心线；所述第一轴孔与搅拌头夹持柄(9)外部后部相匹配，确保搅拌头夹持柄(9)后部在
第一轴孔内并与第一轴孔共轴向中心线，从而确保在第一轴孔内的搅拌头夹持柄(9)与空心电机转子轴(13)共轴向中心线；所述搅拌头夹持柄(9)内部设置贯通的轴孔，包括设置在搅拌头夹持柄(9)内部前部的第三轴孔和设置在搅拌头夹持柄(9)内部后部的第四轴孔，所述第三轴孔和第四轴孔连通形...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕煌圣，张恒，孙世烜，张新棋，郝云飞，陈雪峰，孔德跃，李超，马康，杨富伟，刘海燕，毕冰，董传杰，金涛，马瑞娜，何凡锋，于婧，郭建军，池海浴，戴钦，王剑，王磊，张城熙，李凯华，刘涛，张士军，
申请(专利权)人：天津航天长征火箭制造有限公司，
类型：发明
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