组合式的摩擦搅拌焊刀具的制作方法

本实用新型涉及焊接设备领域，尤其涉及一种组合式的摩擦搅拌焊刀具。

背景技术：

摩擦搅拌焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所于1991年发明的新型固态焊接技术。目前已成功应用于铝、镁、铜等材料的摩擦搅拌焊，尤其是铝合金的摩擦搅拌焊，已在工业生产中得到了广泛应用。摩擦搅拌焊具有质量稳定、焊接强度高、变形较小、适合自动化生产等优点。

摩擦搅拌焊方法与常规摩擦焊一样。摩擦搅拌焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于摩擦搅拌焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行摩擦搅拌来完成焊接的。

摩擦搅拌焊技术的关键在于摩擦搅拌焊刀具(以下简称焊接刀)，目前焊接刀普遍采用一体式设计，由搅拌头(焊接刀刀体)、轴肩和搅拌针组成，其中在轴肩端面及搅拌针表面都带有螺纹。

一体式焊接刀主要存在两个缺点：

一，一体式焊接刀与待焊接工件的接触面积较大，导致焊接阻力大，为保证焊接质量稳定，焊接刀轴线方向需与焊接进给方向始终保持一定角度(3-5°)，这使得一体式焊接刀在焊接二维曲线时需要用到五轴机床，这无疑会使得加工成本大大上升。

二，一体式焊接刀在磨损后较难修复，有时甚至不得不整体报废，由于焊接刀材料较贵，这对材料来说是很大的浪费。而且一款一体式焊接刀只能焊接一种厚度的工件，当有多种厚度的工件需要焊接时，需要准备多种规格的焊接刀，这也提高了生产成本。

综上所述，现在市场上急需一种焊接阻力小，能够适配多种厚度工件，且使用成本低的摩擦搅拌焊刀具。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种组合式的摩擦搅拌焊刀具，来解决现有技术中一体式焊接刀的焊接阻力大，使用后成本高，而且不能适配多种厚度工件的缺点。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种组合式的摩擦搅拌焊刀具，包括：

刀具主体件，所述刀具主体件的底部设有轴肩部，所述轴肩部的底面设有能够减小焊接阻力的外凸圆锥面；所述刀具主体件的中央设有贯穿轴肩部的安装孔；

搅拌针，所述搅拌针以可拆卸的方式固定在安装孔处，所述搅拌针的尾部容置在安装孔内部，搅拌针的头部探出轴肩部。

进一步的，所述轴肩部的底面上设有有利于塑性材料向中心流动的渐开线螺旋槽。

进一步的，所述搅拌针的头部设有左旋锥螺纹。

进一步的，所述刀具主体件的中央处设有拆装通孔，所述拆装通孔的一端与刀具主体件的顶面平齐，另一端与安装孔连通；所述拆装通孔与安装孔的连接处形成一能够阻止搅拌针进入拆装通孔的限位台阶。

进一步的，所述拆装通孔包括主通孔和连接孔，所述连接孔的一端与主通孔连通，另一端与安装孔连通；所述主通孔的直径大于安装孔的直径，所述连接孔的直径小于安装孔的直径。

进一步的，该摩擦搅拌焊刀具还包括拆装件，所述拆装件包括一体成型的导向段和顶出段，所述导向段的形状与拆装通孔的主通孔适配，使导向段能够沿着主通孔滑动；所述顶出段的形状与连接孔适配，且顶出段的长度大于连接孔的长度。

进一步的，所述刀具主体件的中央处设有拆装通孔，所述拆装通孔的一端与刀具主体件的顶面平齐，另一端与安装孔连通，所述拆装通孔内设有内螺纹；

该摩擦搅拌焊刀具还包括一限位杆，所述限位杆上设有与所述内螺纹适配的外螺纹，所述限位杆利用螺纹结构固定在拆装通孔内，所述搅拌针的尾部抵在限位杆的端面上。

进一步的，所述搅拌针的一侧设有键槽，所述刀具主体件的侧面设有一螺纹孔；

该组合式的摩擦搅拌焊刀具还包括限位键，所述限位键为无帽六角螺螺栓，所述无帽六角螺螺栓穿过上述螺纹孔后顶住搅拌针的键槽以限制搅拌针在加工时转动。

进一步的，所述刀具主体件和搅拌针的材料为热作模具钢或工具钢。

进一步的，所述搅拌针的尾部设有限位孔，所述限位孔贯穿搅拌针的尾部；

所述刀具主体件上设有轴线重合的第一安插孔和第二安插孔，所述第一安插孔与安装孔垂直，第一安插孔的一端与安装孔的一侧连通，另一端与刀具主体件的侧面平齐；所述第二安插孔的一端与安装孔的另一侧连通，另一端埋设在刀具主体件内；

该组合式的摩擦搅拌焊刀具还包括限位键，所述限位键的一端依次穿过第一安插孔和限位孔后，容置在第一安插孔内；

所述第一安插孔和/或第二安插孔内设有内螺纹，所述限位键设有与内螺纹适配的外螺纹。

相较于现有技术，本实用新型提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具，轴肩部的底面设有外凸圆锥面，外凸圆锥面能够减小刀具在焊接时与待焊工件接触面积，因此焊接阻力较小，焊接刀轴线方向不需与焊接进给方向始终保持一定角度，即焊接时焊接刀的倾角为0°，使该组合式的摩擦搅拌焊刀具在焊接二维曲线时不需要用到五轴机床，使用三轴机床即可焊接二维曲线，降低了对机床的技术要求，降低了使用成本。

搅拌针设计为与刀具主体件可拆卸连接，一方面，能够更换不同长度和形式的搅拌针，以满足不同待焊接公件对焊接深度的个性化需求，具有良好的灵活性和通用性；另一方面，由于搅拌头成本低，在磨损或折断后也能更换，故相比一体式焊接刀也降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型的第一实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的立体结构图；

图2为本实用新型的第一实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的纵剖图；

图3为本实用新型的第一实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的拆装件的主视图；

图4为本实用新型的第二实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的纵剖图；

图5为本实用新型的第三实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的纵剖图。

附图标记：

1-刀具主体件； 2-搅拌针； 3-限位键；

4-拆装件； 5-限位杆； 11-轴肩部；

12-拆装通孔； 13-螺纹孔； 41-导向段；

42-顶出段； 111-外凸圆锥面； 112-渐开线螺旋槽；

121-主通孔； 122-连接孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

图1为本实用新型的第一实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的立体结构图；图2为本实用新型的第一实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的纵剖图；图3为本实用新型的第一实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的拆装件的主视图。

如图1-3所示，本实施例提供一种组合式的摩擦搅拌焊刀具，包括刀具主体件1和搅拌针2。

刀具主体件1的底部设有轴肩部11，所述轴肩部11的底面设有能够减小与待焊工件接触面积的外凸圆锥面111；所述刀具主体件1的中央设有贯穿轴肩部11的安装孔；所述搅拌针2以可拆卸的方式固定在安装孔处，所述搅拌针2的尾部容置在安装孔内部，搅拌针2的头部探出轴肩部11。

相较于现有技术，本实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具，轴肩部11的底面设有外凸圆锥面111，外凸圆锥面111能够减小刀具在焊接时与待焊工件接触面积，因此焊接阻力较小，焊接刀轴线方向不需与焊接进给方向始终保持一定角度，即焊接时焊接刀的倾角为0°，使该组合式的摩擦搅拌焊刀具在焊接二维曲线时不需要用到五轴机床，使用三轴机床即可焊接二维曲线，降低了对机床的技术要求，降低了使用成本。

搅拌针2设计为与刀具主体件1可拆卸连接，一方面，能够更换不同长度和形式的搅拌针2，以满足不同待焊接公件对焊接深度的个性化需求，具有良好的灵活性和通用性；另一方面，由于搅拌头成本低，在磨损或折断后也能更换，故相比一体式焊接刀也降低了生产成本。

在本实施例中，所述轴肩部11的底面上设有有利于塑性材料向中心流动的渐开线螺旋槽112，所述搅拌针2的头部设有左旋锥螺纹。渐开线螺旋槽112能够起到良好的导流作用，有利于焊缝均匀稳定。

轴肩部11的渐开线螺旋槽112磨损后，能将轴肩部11厚度稍稍铣薄，将磨损的渐开线螺旋槽112铣去后重新开槽；结合可更换的搅拌头，该组合式的摩擦搅拌焊刀具在修复后再利用十分方便，节省加工成本。

在本实施例中，所述刀具主体件1的中央处设有拆装通孔12，所述拆装通孔12的一端与刀具主体件1的顶面平齐，另一端与安装孔连通；所述拆装通孔12与安装孔的连接处形成一能够阻止搅拌针2进入拆装通孔12的限位台阶。

所述搅拌针2的一侧设有键槽，所述刀具主体件1的侧面设有一螺纹孔13，该组合式的摩擦搅拌焊刀具还包括限位键3，所述限位键3为无帽六角螺螺栓，所述无帽六角螺螺栓穿过上述螺纹孔13后顶住搅拌针2的键槽以限制搅拌针2在加工时转动。

在本实施例中，所述刀具主体件1和搅拌针2的材料为热作模具钢或工具钢。

当然，这仅是本实用新型的一个具体实施例，本实用新型的刀具主体件1和搅拌针2的材料并不局限于此，也可为其他材料。

无帽六角螺螺栓为标准件，通用性强，来源广泛，使用成本较低；而且相比于普通内六角螺栓，无帽六角螺螺栓带给搅拌针2的动平衡性更好。

搅拌针2与刀具主体件1的安装孔，在直径方向为小间隙配合，通过限位键3进行侧向压紧避免搅拌针2在加工时转动，在轴向方向上搅拌针2顶死在限位台阶上，以保证足够的下压力。

当需要拆卸和更换搅拌针2时，可利用拆装件4从拆装通孔12中插入，敲击拆装件4，将搅拌针2顶出即可，拆卸十分便捷。

在本实施例中，所述拆装通孔12包括主通孔121和连接孔122，其中主通孔121的截面可以为圆形、三角形或者等边多边形等；连接孔122的截面以圆形最佳。所述连接孔122的一端与主通孔121连通，另一端与安装孔连通；所述主通孔121的直径大于安装孔的直径，所述连接孔122的直径小于安装孔的直径。

摩擦搅拌焊刀具还包括拆装件4，所述拆装件4包括一体成型的导向段41和顶出段42，所述导向段41的形状与拆装通孔12的主通孔121适配，使导向段41能够沿着主通孔121滑动；所述顶出段42的形状与连接孔122适配，且顶出段42的长度大于连接孔122的长度。

导向段41在拆装通孔12内滑动，起到良好的导向作用；使顶出段42能够准确的插入连接孔122内，将搅拌针2顶出。

当然，这仅是本实用新型的一个具体实施例，本实用新型的拆装件4的形状并不局限于此，也可为其他结构，例如可采用一细长硬物，细长硬物的直径小于连接孔122即可。

第二实施例

图4为本实用新型的第二实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的纵剖图。

如图4所示，本实施例提供一种组合式的摩擦搅拌焊刀具，包括刀具主体件1和搅拌针2。刀具主体件1的底部设有轴肩部11，所述轴肩部11的底面设有能够减小与待焊工件接触面积的外凸圆锥面111；所述刀具主体件1的中央设有贯穿轴肩部11的安装孔；

所述搅拌针2的尾部容置在安装孔内部，所述搅拌针2的尾部设有限位孔，所述限位孔贯穿搅拌针2的尾部；

所述刀具主体件1上设有轴线重合的第一安插孔和第二安插孔，所述第一安插孔与安装孔垂直，第一安插孔的一端与安装孔的一侧连通，另一端与刀具主体件1的侧面平齐；所述第二安插孔的一端与安装孔的另一侧连通，另一端埋设在刀具主体件1内；

所述限位键3的一端依次穿过第一安插孔和限位孔后，容置在第一安插孔内；所述第一安插孔和/或第二安插孔内设有内螺纹，所述限位键3设有与内螺纹适配的外螺纹；

搅拌针2的头部探出轴肩部11。

与该第一实施例相比，第二实施例的区别在于搅拌针2的固定方式。具体来说，第一安插孔和第二安插孔构成插孔结构，限位键3的一端穿过第一安插孔和搅拌针2的限位孔，同时实现轴向和径向定位，拆装更加便捷。同时，也可结合第一实施例的限位台阶结构，共同发挥定位作用。

第三实施例

图5为本实用新型的第三实施例提供的组合式的摩擦搅拌焊刀具的纵剖图。

如图5所示，本实施例提供一种组合式的摩擦搅拌焊刀具，包括刀具主体件1和搅拌针2。刀具主体件1的底部设有轴肩部11，所述轴肩部11的底面设有能够减小与待焊工件接触面积的外凸圆锥面111；所述刀具主体件1的中央设有贯穿轴肩部11的安装孔；

所述刀具主体件1的中央处设有拆装通孔12，所述拆装通孔12的一端与刀具主体件1的顶面平齐，另一端与安装孔连通，所述拆装通孔12内设有内螺纹；

该摩擦搅拌焊刀具还包括一限位杆5，所述限位杆5上设有与所述内螺纹适配的外螺纹，所述限位杆5利用螺纹结构固定在拆装通孔内；

所述搅拌针2以可拆卸的方式安装在安装孔内，且搅拌针2的尾部抵在限位杆5的端面上。

与该第一实施例相比，第三实施例的区别在于搅拌针2的固定方式，尤其是轴向固定方式，限位杆5的端面抵住搅拌针2，起到与第一实施例中的限位台阶结构相同的功能。其优点在于，能够调整限位位置，并且在拆卸搅拌针2时，能够通过旋拧限位杆5，将搅拌针2顶出，使用更加便捷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。