本发明专利技术公开了一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，包括上套筒、下套筒、主轴、辅助轴、齿轮适配器、传动齿轮、轴承座、垫板及螺栓。上套筒整体为圆柱形，套筒顶端与数控机床端部进行螺栓固定；传动齿轮与轴的配合采用键连接，利用齿轮适配器将其定位在上套筒底部；下套筒同为圆柱形与上套筒进行螺栓固定；嵌入式双轴承座与下套筒进行螺栓固定。本发明专利技术机械装置，提供的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，可以通过增加辅助轴，在传统搅拌摩擦焊的搅拌头前端提供预热热源，为实际焊接作业中解决焊接前端材料塑性不足的问题，总体为分体式结构，操作简单，利于零件的选配，保证待焊接部分的塑性能力，提高整体焊接质量。接质量。接质量。
【技术实现步骤摘要】
一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置
[0001]本专利技术涉及一种双轴结构辅助热源搅拌摩擦焊装置，主要应用于特定机床设备。
技术介绍
[0002]搅拌摩擦焊(Friction stir welding，简称FSW)是由英国焊接研究所于1991年专利技术的新型固相焊接技术。FSW具有高质量、低成本的“绿色环保焊接技术”，是继激光焊接技术之后再一次的革命性的焊接技术。FSW与传统熔化焊相比，具有熔化焊接无法比拟的优点：在焊接过程中没有达到材料的熔点，不会产生气孔和裂纹等缺陷；无烟尘、无飞溅、无辐射等。FSW在铝镁等轻质合金，尤其适合熔化焊难以焊接的2系，7系合金。
[0003]由于搅拌摩擦焊接技术的不断发展，高熔点材料的搅拌摩擦焊也受到了许多研究者的重视。但是在焊接厚板或者高熔点材料，仅仅依靠搅拌头与工件之间的摩擦产热和材料塑性变形功产热来达到材料之间的连接，在焊接作业中需要更大的轴向压力和旋转扭矩才能产生足够大的热量，会造成焊接载荷上升，焊接成形差，焊接板材完全可靠的固定于工作台有些困难等问题，并且牺牲了焊接速度影响到整体的焊接效率。就此出现了增加辅助设备，提高整体的热输入来软化材料。目前出现了激光、电弧、电流、超声、火焰等辅助热源搅拌摩擦焊方法。
[0004]通过对钻孔多轴器的联想与探索，在原有的机床上进行部分改造可实现前后一字排列式双头结构，完成双轴结构的设计。将前置辅助轴为预热装置，后置主轴为焊接装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双轴结构辅助热源的搅拌摩擦焊接装置，可以解决传统搅拌摩擦焊焊接热源输入不够等问题，结构简单、操作方便，可以实现改变搅拌摩擦工具的两轴轴径和改变齿轮参数实现不同旋转速度，从不同方面增加焊接热源的输入。
[0006]本专利技术一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置。通过改变主轴与副轴的轴径大小，转速相同的条件下，研究输入热源面积差异对焊接接头性能的影响：也可改变齿轮传速比，在搅拌工具直径相同的条件下，研究在差速条件下焊接接头的性能及影响。并且阐明以上两种双轴辅助热源搅拌摩擦焊对合金对接的接头工艺影响。基于双轴辅助热源的搅拌摩擦焊接的成型工艺，探明该辅助热源对焊接接头硬度和均匀焊缝组织的影响。揭示双轴辅助热源搅拌摩擦焊接过程中的温度场分布。探究双轴辅助热源搅拌摩擦焊接，在同转速不同热输入面积下和在同热输入面积不同转速下接头组织演变规律以及对接头力学性能的影响规律。基于双轴辅助热源搅拌摩擦焊接工艺，解决常规搅拌摩擦焊在焊接过程中因热输入不够所导致的内部组织不均匀，焊缝内存在氧化物等缺陷。并探明双轴辅助热源搅拌摩擦焊接工艺对接头强度
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塑性匹配的影响和机理以及接头的断裂机理。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双轴结构辅助热源的搅拌摩擦焊接装置，所述上套筒顶部具有8个螺纹孔与数控机床端部进行螺栓固定。所述上套筒顶部
螺纹孔正下方处有内凹特征，上套筒底部位置的两侧都开有相同尺寸的方形通口便于装卸齿轮与轴的键槽连接，上套筒的底部向外扩展一定长度。所述下套筒顶部具有10个螺纹孔，与上套筒底部10个螺纹孔的对应位置处进行螺栓固定。所述主轴是搅拌工具头将与数控机床工作端口紧密连接，轴体开键槽孔与齿轮进行配合。所述辅助轴是带有轴环的轴体，端部开有键槽孔与齿轮进行配合，底部位置处开有内螺纹孔。所述齿轮依靠齿轮适配器固定于上套筒进行动力传输。所述上套筒垫板与齿轮适配器在上套筒规定螺纹孔位置处进行螺栓固定。所述轴承座与辅助轴的配合。所述下套筒垫板与轴承座进行螺栓固定。
[0008]作为本专利技术进一步的方案：所述主轴和辅助轴是该双轴结构辅助搅拌摩擦焊装置的主要产热热源。两轴轴径尺寸的差异也决定了摩擦产热时热输入大小。主轴搅拌头设计、辅助轴搅拌头设计，都对焊缝性能有着影响。
[0009]作为本专利技术再进一步的方案：上套筒顶部螺纹孔正下方处有内凹特征，其目的是便于上套筒与机床端部的螺栓装卸。
[0010]作为本专利技术再进一步的方案：所述下套筒顶部向外扩展一定长度与上套筒尺寸对应，下套筒左侧处有圆弧形内壁和下套筒底部上方的矩形通口的作用是利于轴承座的装卸。
[0011]作为本专利技术再进一步的方案：所述辅助轴底部开有内螺纹孔，其目的在于连接不同类别的摩擦工具。
[0012]作为本专利技术再进一步的方案：所述齿轮通过加工底部位置向内开3mm高度与齿轮适配器孔径对应的尺寸，使齿轮可以定位在上套筒中。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案：所述齿轮适配器位于上套筒的底部且可拆卸，对齿轮进行定位，保证主轴与副轴中心距不改变，可根据后续实验要求装配不同尺寸的齿轮适配器。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：所述轴承座为辅助轴的主要固定、承载装置。通过与下套筒垫板的螺栓连接，达到与整体套筒和机床主轴的固定。下套筒垫板的不对称设计是为了不影响下套筒螺纹的安装与拆卸。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：所述齿轮适配器与齿轮可以进行多种类型的配合。可以在不改变两轴轴径的条件下，改变两个齿轮的相关参数实现差数传动。亦可改变两轴轴径，齿轮适配器与齿轮配合两轴尺寸，达到轴径不同下焊接热输入的差异对焊缝成型性的影响，齿轮适配器与轴承座配合具有较高的垂直度与同轴度，便于安装时精确定位。
[0016]作为本专利技术再进一步的方案：所述上套筒与下套筒端部的连接位置向外局部扩张，其目的是为了扩大上套筒底部螺纹孔和下套筒螺纹孔的尺寸。
[0017]套筒、辅轴、垫板材料选用45钢，主轴材料选用H13钢，齿轮、轴承座材料选用S45C。
[0018]有益效果：
[0019]1.本专利技术的机械装置，能够使两个旋转输出轴对向旋转，前侧输出轴可以有效的增加待焊焊缝前侧的热输入，提高了材料的塑性流动力，为后侧主要焊接作业的搅拌头提供了好的条件。在对其厚板焊接时，双轴结构下的搅拌摩擦焊装置能够有更高的热输入，使材料内部组织更加均匀，不会出现顶部、中部、底部因热输入不够而导致的内部组织差异过大。在焊接铝合金时，亦可在前端辅助轴的切削作用下，将焊缝侧杂质、氧化物等细小颗粒大幅度减少，保证焊缝成型的质量。
[0020]2.本装置设置了齿轮适配器构件及改装的齿轮结构，通过改变齿轮适配器的尺寸与齿轮进行配合定位。可以做到保证中心距不变的条件下，改变齿轮参数达到差速传动。亦可保持齿轮参数相同，改变两轴的轴径，使之双轴机构搅拌摩擦焊装置具有不同的热输入面积。
[0021]3.本装置总体采用分体式设计，其结构简单、操作方便，有利于装置的运行与维护。可以解决传统搅拌摩擦焊焊接时热输入不足的问题，保证了额外的焊接热输入，达到了改善材料焊接接头的性能。
附图说明
[0022]图1为一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置的结构示意图；
[0023]图2为一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置中上套筒构件的透视结构图；
[0024]图3为一种套筒固定式数控机床本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，结构包括以下部分：上套筒(1)、下套筒(2)、主轴(3)、辅助轴(4)、齿轮适配器(7，8)、上套筒垫板(9)、轴承座(10)、上套筒(1)顶部位置的螺纹孔(12)、下套筒(2)顶部螺纹孔(13
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2)与上套筒(1)底部螺纹孔(13
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1)进行螺栓固定、齿轮适配器(7，8)的螺纹孔(14
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1)与上套筒垫板(9)的螺纹孔(14
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2)进行螺栓固定、上套筒(1)两侧位置开有方形通口(15)、上套筒(1)表面有内凹特征(16)。2.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述上套筒(1)顶部具有8个螺纹孔(12)与数控机床端部进行螺栓固定。3.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述上套筒(1)顶部螺纹孔正下方处有内凹特征(16)，上套筒底部位置的两侧都开有相同尺寸的方形通口(15)便于装卸齿轮与轴的键槽连接，上套筒的底部向外扩展一定长度。4.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述下套筒(2)顶部具有10个螺纹孔(13
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2)，将与上套筒底部10个螺纹孔(13
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1)进行螺栓固定。5.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述主轴(3)是搅拌工具头将与数控机床工作端口紧密连接，轴体开键槽孔与齿轮(5)进行配合。6.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述辅轴(4)是带有轴环的轴体，端部开有键槽孔与齿轮(6)进行配合，底部位置处开有内螺纹孔(19)。7.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述齿轮(5，6)依靠齿轮适配器(7，8)固定于上套筒进行动力传输。8.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述上套筒垫板(9)与齿轮适配器(7)、(8)，在上套筒规定位置处利用螺纹孔(14
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1，14
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2)进行螺栓固定。9.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述轴承座(10)与辅助轴(4)进行轴和轴承座的配合；所述下套筒垫板(11)与轴承座(10)进行螺栓固定。10.根据权利要求1所述的一种套筒固定式数控机床双轴结构搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述主轴(3)和辅助轴(4)是该双轴结构辅助...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈以赴，吴建辉，倪瑞洋，冯晓梅，孙涛，梁珍葵，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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