[发明专利]一种槽型静止轴肩搅拌摩擦加工工具

说明书

本发明公开一种槽型静止轴肩搅拌摩擦加工工具，包括搅拌头、固定套、推力球轴承、槽型静止轴肩装置和垫块组件，搅拌头的一端具有搅拌针，搅拌头能够与搅拌摩擦加工设备的主轴相连，固定套能够与搅拌摩擦加工设备的主轴箱相连，推力球轴承与槽型静止轴肩装置相连，使槽型静止轴肩装置在加工过程中可以根据工件的轮廓扭转。槽型静止轴肩装置和垫块组件相配合能够对工件侧面形成有效的夹持作用，搅拌针能够对加工区进行处理，得到均匀、致密的组织结构；能够实现对局部或小幅面工件的搅拌摩擦加工，无需复杂的工装夹持，两个侧面垫块之间的间距能够调整，进而达到调整工件侧面压力的目的，消除由于压力不足而形成的的隧道孔缺陷。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦加工设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种槽型静止轴肩搅拌摩擦加工工具。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction stirwelding，FSW)是1991年发明的一种固相连接技术，特别适用于铝、镁等低熔点合金的焊接。搅拌摩擦加工(Friction stir processing，FSP)是在FSW基础上发展起来的一种塑性加工技术，其基本原理与FSW相似，将高速旋转的搅拌针插入材料内部，通过搅拌头强烈的搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合和破碎，实现材料微观结构的致密化、均匀化和细化，从而改善材料的性能。目前，搅拌摩擦加工技术已在细晶/超细晶材料和表面/块体复合材料制备、非均质材料微观结构改性、工件局部硬化/缺陷修补等方面取得了良好的效果。其优势具体表现在以下几个方面：(1)细化晶粒，提高材料性能。在搅拌摩擦加工过程中，在大应变+高温的复合条件下，搅拌区通过发生动态再结晶获得均匀细化的等轴晶粒，进而改善材料的力学性能。(2)消除材料组织结构缺陷，获得均匀、致密的组织结构。对铸造铝合金进行搅拌摩擦加工，铸造合金粗大的第二相颗粒和铝枝晶被破碎，铸造孔隙被弥合，基体晶粒被细化，材料的力学性能，特别是塑性和疲劳性能得到明显改善。

传统搅拌摩擦焊接/加工技术使用的搅拌工具由轴肩、搅拌针和夹持部分组成。对工件表面进行搅拌摩擦加工时，搅拌工具高速旋转插入，随着搅拌针的插入深度增加，大量材料被挤出，由于搅拌摩擦加工过程中轴肩压入工件表面一定距离，这会导致搅拌摩擦焊接/加工后的工件加工区厚度出现一定程度的减薄和以及由于塑化材料挤出导致的飞边缺陷问题，所以搅拌摩擦焊接/加工后往往需要采用机加工等方法(如铣削加工)来解决平整度和表面缺陷问题。

静止轴肩搅拌摩擦焊技术是在传统搅拌摩擦焊接的基础上发展起来的。静止轴肩焊接工具由不旋转的轴肩及内部旋转的搅拌工具组成。由于轴肩不旋转，焊接区/加工区表面光洁，无飞边，厚度方向无减薄，另外，静止的轴肩还能减小焊接/加工区厚度方向上的温度梯度，优化了焊接/加工区的组织和性能。

公开号为CN108788445A的中国专利公开了一种静止轴肩用搅拌摩擦焊设备，以及公开号为CN110666337A中国专利公开了一种压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接装置及方法。通过上面两个专利申请可以得知，一般来讲，静止轴肩与工件接触表面为平面设计，在应用平面静止轴肩型材对铝合金板材或者型材的端面进行搅拌摩擦加工改性时，必须使用专用固定的工装和夹具，才能利用夹具、静止轴肩、搅拌工具的动轴肩形成控制塑化金属流动的型腔，进而获得无内部缺陷的搅拌摩擦加工区。对于具有复杂形状的工件端面来讲，工装夹具的设计与制作以及搅拌摩擦加工工序复杂等都限制了静止轴肩搅拌摩擦加工技术在工件端面加工改性方面的工程应用。这些实际问题也降低了现有搅拌摩擦加工设备的柔性。

因此，如何改变现有技术中，静止轴肩搅拌摩擦焊应用于加工改性时装卡复杂的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种槽型静止轴肩搅拌摩擦加工工具，以解决上述现有技术存在的问题，简化静止轴肩搅拌摩擦焊应用于加工改性时的装卡难度，提高加工区表面质量，减少后续加工量。