[發明專利]一種攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭

有效

• 申請號: 201310247054.3
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103286435A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 楊敏;宋超群
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本發明涉及一種攪拌頭，特別涉及一種適用于攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭，屬于金屬基復合材料的制備技術領域。

背景技術

攪拌摩擦焊技術是由英國焊接研究所于1991年發明的一種固相焊接工藝（專利號US5460317，1991.12）。攪拌摩擦加工技術是基于攪拌摩擦焊技術發展而成的一種新型固相加工工藝。該技術制備金屬基復合材料原理是：用高速旋轉攪拌頭壓入金屬板內，并以一定速度沿加工方向行進，攪拌頭攪拌金屬基體產生摩擦熱、塑性變形熱及劇烈塑性變形，導致金屬塑性流動，預置于金屬板內部的增強體在強烈攪拌作用下與塑性金屬流復合形成復合材料。

攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料最大的難點是：增強體在金屬基體中分布不均勻，易發生聚集。增強體在基體中分布與攪拌頭形狀尺寸、加工工藝參數、基體與增強體潤濕性等因素有關，其中攪拌頭最為重要，其直接決定了金屬塑性流動和產熱，因此攪拌頭的優化設計在攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的研究中占有重要地位。

但是，目前很多研究者在攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料時，直接采用了普通攪拌摩擦焊攪拌頭，所制備復合材料效果不佳。與攪拌摩擦焊相比，攪拌摩擦加工過程需要產生更多熱量和塑性金屬流動才能使增強體分布均勻，采用普通攪拌摩擦焊攪拌頭要產生足夠熱量及合理的塑性金屬流動易產生大飛邊和增強體被擠出等問題。因此，需要專門設計出適用于攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭。

發明內容

本發明的目的是為了解決普通攪拌摩擦焊攪拌頭制備金屬基復合材料時增強體分布不均勻且易產生大飛邊和增強體被擠出的問題，提供一種攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭，由攪拌針、軸肩、夾持體組成為一個一體式結構，軸肩一端與夾持體連接，另一端的中心連接攪拌針，軸肩固定攪拌針的一端端面為內凹形，端面帶有凸臺，在凸臺上攪拌針的根部周圍區域設有螺旋形或圓弧形溝槽。

所述的攪拌針為圓錐體結構，圓錐角為30～60°；攪拌針外表面帶有螺紋，螺距為0.5～1mm。所述的攪拌針上有3～5個與圓錐體母線平行的側平面，側平面沿圓周均勻分布。

所述的夾持體包括上圓柱體、中圓柱體和下圓錐體三部分，上圓柱體側面帶有定位平面，中圓柱體的側面帶有散熱槽。

所述的中圓柱體側面帶有2～4個散熱槽，散熱槽寬度和深度為1～3mm。

所述的軸肩上凸臺高度為0.1～0.3mm，凸臺側面到軸肩邊緣距離為0.5～2mm。

所述的軸肩與夾持體圓滑過渡連接。

本發明的攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭與傳統攪拌摩擦焊攪拌頭相比具有以下突出優點：（1）軸肩具有凸臺結構，外側軸肩及內凹底面可明顯減少飛邊量和增強體被擠出量；（2）內側軸肩底面的溝槽及攪拌針的側平面均可增加塑性金屬流動性，使得顆粒在基體中分布更均勻。

附圖說明

圖1是本發明的攪拌頭的立體結構示意圖；

圖2為圖1的局部放大圖；

圖3是本發明攪拌頭的主視圖；

圖4是圖2中A-A向視圖；

圖5是圖2中B-B向視圖；

圖6是圖2中H部分的結構放大圖；

其中，1.夾持體，2.軸肩，3.攪拌針，4.定位平面，5.散熱槽，6.凸臺，7.溝槽，8.側平面，9.螺紋。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明。

一種攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭，由攪拌針3、軸肩2、夾持體1組成為一個一體式結構，軸肩2一端與夾持體1連接，另一端的中心連接攪拌針3，軸肩2固定攪拌針3的一端端面為內凹形，端面帶有凸臺6，在凸臺6上攪拌針3的根部設有螺旋形或圓弧形溝槽7。攪拌針3為圓錐體結構，圓錐角為30～60°；攪拌針3外表面帶有螺紋9。所述的攪拌針3上有3～5個與圓錐體母線平行的側平面8，側平面沿圓周均勻分布。夾持體1包括上圓柱體、中圓柱體和下圓錐體三部分，上圓柱體側面帶有定位平面4，中圓柱體的側面帶有散熱槽5。

實施例1

一種攪拌摩擦加工制備金屬基復合材料的攪拌頭，結構如上所述，具體尺寸：

散熱槽5寬度和深度為3mm。軸肩2采用凸臺結構，軸肩直徑為15mm，凸臺直徑為13mm，凸臺高度為0.2mm，軸肩底面內凹，凸臺帶有三道螺旋形溝槽7。