一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头的制作方法

本实用新型涉及一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头结构，属于机加工工具技术领域。

背景技术：

随着现代高性能航空发动机的不断更新，其主要性能指标的推重比亦不断提高，于此同时对发动机的结构设计、材料及制造工艺等均提出了更高的要求。进而，一些先进的航空发动机制造公司已将摩擦焊接作为焊接高推重比航空发动机转子部件的主导的、典型的和标准的工艺方法。

另一方面，传统的摩擦焊的搅拌头主要设计成锥圆柱体，主要应用在铝合金领域，在航空发动机领域主要材料是钛合金、镍基合金等高温材料，在摩擦焊工作过程中，采用传统的锥圆柱体的搅拌头时，材料卷出量大，搅拌头易磨损，搅拌头寿命低，加工速度慢，整体加工效率低、成本高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以有效降低搅拌头材料的卷出量，提高搅拌头的耐磨性和寿命的用于搅拌摩擦焊的搅拌头结构。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头，包括尾部的搅拌头体和头部的圆台体，其特点为，以所述圆台体为基台和大圆台体，在所述基台的端部设有凸出基台台面的小圆台体，所述小圆台体与所述基台相接处的基台台面上开设有环小圆台体布置的搅拌头引流槽，该基台台面上还设有螺旋容屑槽；所述小圆台体的顶面为中间高四周低的弧面，所述圆台体的侧面开设有搅拌头螺旋摩擦槽。

作为本实用新型的优选实施例之一，所述螺旋容屑槽为1.5圈螺旋槽。

作为本技术方案的进一步改进，所述小圆台体的侧面与所述搅拌头引流槽的槽体自然过渡；相对于中心轴线，所述搅拌头引流槽的槽底至所述基台台面的外轮廓圆间形成一段锥面，以所述锥面的锥角为顶角，其对应的等腰三角形的底角为8°～10°。

也作为本技术方案的进一步改进，所述螺旋容屑槽的槽深为0.5～0.8mm。

还作为本技术方案的进一步改进，所述小圆台体的锥度为20°～25°。

作为本实用新型的又一优选实施例，所述搅拌头螺旋摩擦槽为半圆槽，所述半圆槽的半径为0.2～0.3mm。

同样作为本技术方案的进一步改进，小圆台体的弧形顶面的圆弧半径为5～8mm。

采用上述技术方案的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，可以降低搅拌头材料的卷出量，提高搅拌头的耐磨性和寿命，具有成本低、加工效率高等优点，适合在钛合金、镍基合金等高温材料领域使用。

附图说明

图1为本实用新型用于搅拌摩擦焊的搅拌头整体结构示意图；

图2为图1中圆圈处的局部放大示意图；

图3为搅拌头部分的仰视结构；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步的详细说明。

如图1至图3所示的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，包括尾部的搅拌头体1和头部的搅拌头2，其中搅拌头2包括一个大的圆台20和小的圆台200，小的圆台200沿大的圆台20底面凸出设置。

圆台200下部的底面为搅拌头圆弧头201，其圆弧半径尺寸为r5～r8；圆台200的侧面螺旋布置有搅拌头螺旋摩擦槽202，该搅拌头螺旋摩擦槽202为半圆槽，半圆槽的半径为r0.2～r0.3；圆台200形成的搅拌头锥度203为20°～25°；圆台20与圆台200相接的底面上，环绕圆台200设置有搅拌头引流槽206，该引流槽与圆台200侧面自然过渡相接，槽底圆弧尺寸为r10-r12。

图中的搅拌头引流槽角度205为8°～10°，该角度的两条边分别为引流槽的锥形内壁面与水平面间的夹角，即，实际上，由槽底最深处至圆台20底面的外轮廓圆间形成一段锥面。

并且，在圆台20的底面上还设有搅拌头端螺旋容屑槽204，该搅拌头端螺旋容屑槽204为1.5圈螺旋容屑槽。

使用时，搅拌头2通过高速旋转同被焊接材料摩擦产生高温，使被焊接材料表面熔化，熔化后的金属溶液通过搅拌头螺旋摩擦槽202均匀分布在被焊接材料接触面，多余溶液随着搅拌头2高速引力作用下进入搅拌头端螺旋容屑槽204，避免残留在被焊接材料表面，进而影响被焊接材料的表面质量。

搅拌头圆弧头201的圆弧结构设计，可以减少搅拌头2和焊接工装之间的摩擦面积。搅拌头锥度203的角度设计则使被焊接材料焊缝更均匀。搅拌头引流槽角度205的大小会影响金属溶液的流速度和流量，通常优选为8°～10°。高温金属溶液分布在搅拌头螺旋摩擦槽202，降低搅拌头2的进给阻力，搅拌头进给速度更快。

通过相应的验证，采用本技术方案的搅拌头可以降低材料卷出量60％，并且焊缝更均匀，进给速度更快，加工效率更高，能够大幅降低加工成本。

技术特征：

1.一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头，包括尾部的搅拌头体和头部的圆台体，其特征在于，以所述圆台体为基台和大圆台体，在所述基台的端部设有凸出基台台面的小圆台体，所述小圆台体与所述基台相接处的基台台面上开设有环小圆台体布置的搅拌头引流槽，该基台台面上还设有螺旋容屑槽；所述小圆台体的顶面为中间高四周低的弧面，所述圆台体的侧面开设有搅拌头螺旋摩擦槽。

2.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，其特征在于，所述螺旋容屑槽为1.5圈螺旋槽。

3.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，其特征在于，所述小圆台体的侧面与所述搅拌头引流槽的槽体自然过渡；相对于中心轴线，所述搅拌头引流槽的槽底至所述基台台面的外轮廓圆间形成一段锥面，以所述锥面的锥角为顶角，其对应的等腰三角形的底角为8°～10°。

4.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，其特征在于，所述螺旋容屑槽的槽深为0.5～0.8mm。

5.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，其特征在于，所述小圆台体的锥度为20°～25°。

6.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，其特征在于，所述搅拌头螺旋摩擦槽为半圆槽，所述半圆槽的半径为0.2～0.3mm。

7.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的搅拌头，其特征在于，小圆台体的弧形顶面的圆弧半径为5～8mm。

技术总结
本实用新型公开了一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头，包括尾部的搅拌头体和头部的圆台体，以所述圆台体为基台和大圆台体，在所述基台的端部设有凸出基台台面的小圆台体，所述小圆台体与所述基台相接处的基台台面上开设有环小圆台体布置的搅拌头引流槽，该基台台面上还设有螺旋容屑槽；所述小圆台体的顶面为中间高四周低的弧面，所述圆台体的侧面开设有搅拌头螺旋摩擦槽。

技术研发人员：刘阳
受保护的技术使用者：铣立(上海)切削技术有限公司
技术研发日：2019.12.30
技术公布日：2020.08.14