[发明专利]一种浮动双轴肩双搅拌针的切削-搅拌摩擦焊接复合加工设备及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造零件加工技术领域，特别是一种基于浮动双轴肩双搅拌针切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备及其制造方法。

背景技术

目前，带有内部封闭空腔体结构件的制造，传统制造方法主要有采用型材焊接，板材焊接胀形加工、或者整块工件切削加工后然后再盖板封闭等方法。这些传统的加工方法工序多，制造周期长，制造成本高，而且工件容易变形，结构件强度受到影响。

1991年英国焊接研究所(TWI)的W.M.Thomas发明了搅拌摩擦焊技术，这种来源于机械冷加工制造工艺、基于固相连接的新型焊接技术具有明显的优越性。搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接方法，搅拌摩擦焊时不会产生与金属熔化有关的焊接缺陷。由于搅拌摩擦焊温度相对较低，焊接热输入较小，焊接后结构的残余应力或变形较小。同时，搅拌摩擦焊是一种绿色焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。

因此，采用搅拌摩擦焊来加工成型工件可以减小焊接热输入、减小了焊接残余应力，控制结构件的焊接变形，并且搅拌摩擦焊接效益高，不需要其他填充焊料，对环境污染小，经济效益较高。近年来，搅拌摩擦焊接技术与其它加工技术相结合，产生了许多复合加工制造新技术和新工艺，在机械制造领域具有巨大的应用前景。

但是，对于具有内部封闭空腔结构的零部件来说，如冷凝板，除了分体式加工方法外，传统的搅拌摩擦焊接依然缺乏有效的加工办法；此外，在一些特殊加工过程中需要搅拌摩擦焊焊接设备提供较大的焊接力，同时要求对被加工工件进行严格的装夹，对某些特殊结构的搅拌摩擦焊接夹具的设计带来了困难。因此，能否采用整块材料，通过将浮动双轴肩双搅拌针搅拌摩擦焊接技术与切削技术相互融合，进行联合加工制造从而整体一次近净成型出具有背部缺陷少、变形小的内部封闭空腔结构的零部件具有重要的意义，对于传统的机械制造方法来说，这种加工技术也是一个对机械制造领域具有里程碑式的创新，促进机械制造技术发展与进步，形成具有低成本、少工序、短周期的创新的机械制造技术，为世界范围内经济的可持续发展提供有力的支持，并确信这种联合加工新技术和机械制造新理论的出现，必将成为二十一世纪世界范围内最为重要与广泛应用的焊接与制造技术之一。

发明内容

针对传统机械制造技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种高效、低成本、高稳定性、优质的切削技术及其原理与搅拌摩擦焊接技术及其原理相互融合的创新型的机械制造技术及其加工原理。对于具有内部封闭空腔结构的零部件来说，如冷凝板，采用整块材料通过将焊接技术与切削技术相互融合，进行浮动双轴肩双搅拌针切削-搅拌摩擦焊接联合加工制造新技术，从而整体一次近净成型出具有内部封闭空腔结构的零部件，应用于制冰储能领域具有重要的工程应用价值和科学研究意义。这种新型的机械制造加工方法，突破了增量式机械制造原理和减除式机械制造原理的束缚，而是将二者紧密的结合起来，形成一种有机的新型切削-焊接加工新原理、方法和技术。在机械制造领域，相对于传统的机械制造技术来说，这种浮动双轴肩双搅拌针切削-焊接联合加工技术是一个具有里程碑式的创新技术，必将推动现代机械制造技术的大力发展与进步，在冷加工和固相焊接领域开拓了新的制造技术，具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种浮动双轴肩双搅拌针切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备，包括搅拌头本体，上轴肩和下轴肩，位于上轴肩下部的上搅拌针和下轴肩上部的下搅拌针，弹簧和螺栓、搅拌头本体与机床本体的夹持部分连接，在上搅拌针的下部具有自支撑、自适应、自稳定的切削系统，下轴肩通过固定的螺栓和压缩的弹簧形成具有自适应功能的浮动轴肩系统，与上轴肩、上搅拌针、下搅拌针和切削系统一起构成了浮动双轴肩双搅拌针的切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备，该设备包含搅拌摩擦焊接系统、切削系统、强制冷却系统、气体保护系统、参数传感与监控系统和密封系统，是一种切削加工和搅拌摩擦焊接加工同时并行开展工作的联合或复合加工设备，此外，该设备还具有进行温度和压力检测与控制、气体保护、冷却液保护、自支撑浮动双轴肩自稳定和平衡功能；该设备能够用于有色金属、碳钢、不锈钢、低合金高强钢、复合材料的机械加工；该设备实现将传统的切削和焊接的多工序、多工位加工转变成一次加工近净成型的制造工艺，减少了制造周期和加工成本，具有高效、优质、稳定、节能的技术特点，突破了常规机械加工技术的局限性，形成了自稳定双轴肩双搅拌针切削-搅拌摩擦焊接并行联合制造加工的新方法，在采暖、空调、制冰、保鲜、制药、建筑、水产、食品行业具有广阔的工程应用。