[发明专利]一种旋转摩擦嵌入式方法

权利要求书

1.一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：所述方法通过如下步骤实现：

S1、清理连接区域：

先对基础件(1)和嵌入件(2)的待接合区域进行表面打磨，去除待接合区域的氧化层；再清洗待接合区域，清除残余的金属粉末；

S2、物件装夹：

对完成清理工作的基础件(1)和嵌入件(2)进行装夹，基础件(1)放置在工作台(5)上并用夹具(4)固定住，嵌入件(2)固定到夹头(3)内；

S3、摩擦连接：

夹头(3)带动嵌入件(2)旋转，利用摩擦产生的热量和塑像变形将嵌入件(2)挤入基础件(1)内，完成基础件(1)和嵌入件(2)对接工作。

2.根据权利要求1所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：所述步骤S3的具体过程如下：

S31、表面预热：

夹头(3)带动嵌入件(2)做旋转运动，同时，夹头(3)以一定的速度下压嵌入件(2)，当嵌入件(2)的底部接触到基础件(1)的上表面时停止下压，停留1～10S，对基础件(1)的连接区域进行预热；

S32、下压连接：

旋转的嵌入件(2)与基础件(1)之间摩擦放热，使基础件(1)的接触面吸热软化，当基础件(1)的表面温度达到预设温度后，嵌入件(2)继续下压，软化的基础件(1)在嵌入件(2)的下压作用下发生塑性变形，由于旋转摩擦使得嵌入件(2)的表面能被激活，嵌入件(2)的强度和硬度大于基础件(1)的强度和硬度，嵌入件(2)在夹头(3)的下压作用下被挤入基础件(1)；

S33、停留固化：

当嵌入件(2)深入到基础件(1)内部一定距离H后，夹头(3)停止进给运动，保持旋转运动1～10S；

1～10S后，夹头(3)松开嵌入件(2)并停止旋转，基础件(1)和嵌入件(2)的连接工作完成。

3.根据权利要求2所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：步骤S32中基础件通过摩擦导致的温度升高值⊿T，使得其表面温度达到预设温度；

式中：⊿T是摩擦导致的温度升高值，℃；

μ是摩擦系数；

P是连接件之间的正压力，牛顿N；

ω是相对旋转速度，转/秒；

α基础件的热传导系数，w.℃/m；

λ是基础件的比热容，w/℃.kg；

ρ是基础件的密度，kg/m³；

t摩擦搅拌的筒壁厚度，m；

通过改变相对旋转速度ω和连接件之间的正压力P，从而改变温度升高值⊿T。

4.根据权利要求3所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：摩擦导致的温度升高值为(0.6～0.9)T_熔点。

5.根据权利要求4所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：

所述步骤S33中的深入距离H为基础件(1)厚度的四分之三。

6.根据权利要求5所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：所述步骤S32中的预设温度要高于嵌入件(2)材料的正烧结温度且低于基础件(1)材料的熔点温度，所述预设温度高于正烧结温度的20％～50％。

7.根据权利要求1所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：所述嵌入件(2)的熔点和硬度高于基础件(1)时，嵌入件(2)连接部分的头部需通过切削方法或者塑性成形方法形成锥状尖端。

8.根据权利要求1所述的一种旋转摩擦嵌入式连接方法，其特征在于：所述基础件(1)和嵌入件(2)的材料性能相近时，在基础件(1)上通过切削方法或者挤压方法形成一个基础孔(6)，基础孔(6)的尺寸小于嵌入件(2)连接部位的尺寸，其尺寸关系见如下公式；嵌入件(2)连接部分的头部需通过切削方法形成倒角特征；

式中：d_h是基础孔的直径；d_g是嵌入件连接部分的直径，单位为cm。