一种搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的制作方法

本实用新型主要涉及搅拌摩擦焊技术，尤其涉及一种搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头。

背景技术：

在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头与工件材料间相互作用产热，把搅拌头周边的工件材料加热到塑化状态而形成焊缝，该热量主要包括轴肩和搅拌针与母材间的摩擦产热及工件材料被搅拌、挤压而产生的塑性变形热。在搅拌摩擦焊接过程中，工件温度场的分布不均匀，呈现搅拌头轴肩处温度最高并向搅拌针端面依次递减的规律。

搅拌头是搅拌摩擦焊接技术的核心。它与被焊接工件相互作用，实现被焊材料连接。

搅拌头尺寸设计尚无一套成熟理论，大多根据经验设计，搅拌头主要由搅拌针、轴肩和夹持区等部分组成，搅拌针位于搅拌头的顶部，形状各异。搅拌针通过旋转摩擦产生部分热能，搅拌针的主要作用类似于泵的作用，它能使处于高塑化状态的金属在保持上下运动的同时，沿着搅拌针从前向后流动，通过搅拌头轴肩锻压、冷却形成接头。搅拌针的大小决定了焊缝焊核区组织的尺寸和焊接速度；搅拌针的形状一方面决定了焊接过程中的加热方式和塑性材料被顶锻的模式，另一方面直接影响着焊缝区软化材料的流动形式，对接头成型产生重要作用。搅拌针形状和尺寸及相关焊接工艺参数共同决定了焊接过程中的产热和材料流动，最终决定了搅拌摩擦焊接接头的质量。

普通搅拌头一般是圆锥形或圆柱形结构，普通搅拌头在焊接过程中，因为搅拌针表面积较小，摩擦产热较小，塑化焊件时间偏长，焊接速度会偏小，不利于生产效益的提高。在复合材料、多层材料搭接或对接的搅拌摩擦焊接场合，采用普通搅拌头易出现摩擦产热不足，导致焊缝区软化材料流动性不够，搅拌锻压力，不利于形成良好的焊缝，对焊缝质量有一定的不良影响。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠、可提高强度并增加摩擦面积、能提高焊接速度、可提高锻压力、能提高焊缝强度并形成良好焊缝的搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，所述搅拌针的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部，所述搅拌针的周侧还设有用于提高深度方向锻压力的凹部，所述凸部和凹部连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

定义搅拌针的轴线为旋转中心线，定义凸部和凹部的周侧外廓线为旋转母线，所述凸部和凹部由旋转母线绕旋转中心线旋转一周形成。

定义搅拌针的针尖部的直径为l1，定义搅拌针的针根部的直径为l2，凸部的周侧外廓线直径大于l1和l2，凹部的周侧外廓线在l1和l2之间。

所述针尖部的直径l1小于针根部的直径l2。

所述凸部和凹部的周侧外廓线由外凸圆弧线和内凹圆弧线连接构成。

所述外凸圆弧线靠近针根部，所述内凹圆弧线靠近针尖部。

所述外凸圆弧线靠近针尖部，所述内凹圆弧线靠近针根部。

所述凸部和凹部的周侧外廓线由圆弧线和斜线连接构成。

所述凸部和凹部的周侧外廓线由外凸圆弧线和斜线连接构成。

所述外凸圆弧线靠近针根部，所述斜线靠近针尖部，所述斜线构成凹部。

所述凸部和凹部的周侧外廓线由内凹圆弧线和斜线连接构成。

所述内凹圆弧线靠近针尖部，所述斜线靠近针根部，所述斜线构成凸部。

所述凸部和凹部的周侧外廓线由多段圆弧线和多段直线交替连接构成。

相邻的圆弧线和直线连接构成内凹槽和外凸台，所述内凹槽和外凸台交替布置。

所述凸部和凹部的周侧外廓线由多段直线交替连接构成。

相邻的直线段连接构成内凹槽和外凸台，所述内凹槽和外凸台交替布置。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，搅拌针的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部，搅拌针的周侧还设有用于提高深度方向锻压力的凹部，凸部和凹部连接。焊接时，利用夹持部进行装夹，搅拌针通过旋转摩擦产生热能，利用轴肩部形成锻压。较传统结构而言，该搅拌头在搅拌针的周侧设置有相互连接的凸部和凹部，即搅拌针的周侧外廓线为外凸和内凹相配合，凸部使得搅拌针强度有所提高，有利于提高焊接速度；同时，凸部使搅拌针增加了表面积，因而增加了与焊件摩擦的摩擦面积，有利于材料的流动，也有利于提高焊接速度，提高生产效益；而凹部增加了内部深度方向的锻压力，从而可以增加焊缝的密实度，有利于增加焊缝强度，提高焊缝质量；同时，凹部使得搅拌针增加了表面积、减小了体积，因而增加了与焊件摩擦的摩擦面积，有利于材料的流动填充，有利形成良好的焊缝；其结构简单可靠。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的立体结构示意图。

图2是本实用新型实施例1的主视结构示意图。

图3是本实用新型实施例1的局部放大结构示意图。

图4是本实用新型实施例1中搅拌针的结构示意图。

图5是本实用新型实施例2中搅拌针的结构示意图。

图6是本实用新型实施例3中搅拌针的结构示意图。

图7是本实用新型实施例4中搅拌针的结构示意图。

图8是本实用新型实施例5中搅拌针的结构示意图。

图9是本实用新型实施例6中搅拌针的结构示意图。

图中各标号表示：

1、夹持部；2、轴肩部；3、搅拌针；31、凸部；32、凹部；33、旋转中心线；34、旋转母线；35、针尖部；36、针根部；37、内凹槽；38、外凸台。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

实施例1：

图1至图4示出了本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的第一种实施例，包括依次连接的夹持部1、轴肩部2和搅拌针3，搅拌针3的周侧设有用于提高强度并增加与焊件摩擦面积的凸部31，搅拌针3的周侧还设有用于提高深度方向锻压力的凹部32，凸部31和凹部32连接。焊接时，利用夹持部1进行装夹，搅拌针3通过旋转摩擦产生热能，利用轴肩部2形成锻压。较传统结构而言，该搅拌头在搅拌针3的周侧设置有相互连接的凸部31和凹部32，即搅拌针3的周侧外廓线为外凸和内凹相配合，凸部31使得搅拌针3强度有所提高，有利于提高焊接速度；同时，凸部31使搅拌针3增加了表面积，因而增加了与焊件摩擦的摩擦面积，有利于材料的流动，也有利于提高焊接速度，提高生产效益；而凹部32增加了内部深度方向的锻压力，从而可以增加焊缝的密实度，有利于增加焊缝强度，提高焊缝质量；同时，凹部32使得搅拌针3增加了表面积、减小了体积，因而增加了与焊件摩擦的摩擦面积，有利于材料的流动填充，有利形成良好的焊缝；其结构简单可靠，适用于复合型材料、厚板、搭接焊缝、异种金属连接、多层搭接与对接焊缝。

本实施例中，定义搅拌针3的轴线为旋转中心线33，定义凸部31和凹部32的周侧外廓线为旋转母线34，凸部31和凹部32由旋转母线34绕旋转中心线33旋转一周形成。凸部31和凹部32由旋转母线34绕旋转中心线33旋转一周形成一体式结构，提高了整体强度。

本实施例中，定义搅拌针3的针尖部35的直径为l1，定义搅拌针3的针根部36的直径为l2，凸部31的周侧外廓线直径大于l1和l2，凹部32的周侧外廓线在l1和l2之间。即凸部31的周侧外廓线始终位于针尖部35外轮廓与针根部36外轮廓的连线之外，从而提高了搅拌针3强度；凹部32的周侧外廓线始终位于针尖部35外轮廓与针根部36外轮廓的连线之内，从而增加了内部深度方向的锻压力。

本实施例中，针尖部35的直径l1小于针根部36的直径l2。这样设置使得搅拌针3整体呈锥状结构，进一步提高了锻压力。

本实施例中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由外凸圆弧线和内凹圆弧线连接构成。该结构中，凸部31和凹部32的周侧外廓线均由单曲线构成，其结构简单、易于成型。

本实施例中，外凸圆弧线靠近针根部36，内凹圆弧线靠近针尖部35。其结构简单易行。

实施例2：

如图5所示，本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的第二种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，外凸圆弧线靠近针尖部35，内凹圆弧线靠近针根部36。其结构简单易行。

实施例3：

如图6所示，本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的第三种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由圆弧线和斜线连接构成。该结构中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由曲线斜线组合构成，其结构简单可靠。

本实施例中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由外凸圆弧线和斜线连接构成。其结构简单易行。

本实施例中，外凸圆弧线靠近针根部36，斜线靠近针尖部35，斜线构成凹部32。其结构简单易行。

实施例4：

如图7所示，本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的第四种实施例，该搅拌头与实施例3基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由内凹圆弧线和斜线连接构成。其结构简单易行。

本实施例中，内凹圆弧线靠近针尖部35，斜线靠近针根部36，斜线构成凸部31。其结构简单易行。

实施例5：

如图8所示，本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的第五种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由多段圆弧线和多段直线交替连接构成。该结构中，凸部31和凹部32的周侧外廓线通过多段圆弧线和多段直线交替连接形成，在提高强度的同时，也进一步提高了内部深度方向的锻压力。

本实施例中，相邻的圆弧线和直线连接构成内凹槽37和外凸台38，所述内凹槽37和外凸台38交替布置。即形成了凸凹配合的阶梯结构，在提高强度的同时，也进一步提高了内部深度方向的锻压力。

实施例6：

如图9所示，本实用新型搅拌针旋转轮廓凸凹配合型搅拌头的第六种实施例，该搅拌头与实施例5基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸部31和凹部32的周侧外廓线由多段直线交替连接构成。凸部31和凹部32的周侧外廓线通过多段直线交替连接形成，在提高强度的同时，也进一步提高了内部深度方向的锻压力。

本实施例中，相邻的直线段连接构成内凹槽37和外凸台38，所述内凹槽37和外凸台38交替布置。即形成了凸凹配合的阶梯结构，在提高强度的同时，也进一步提高了内部深度方向的锻压力。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。