[發明專利]一種實現圓柱結構內壁攪拌摩擦加工的方法

有效

• 申請號: 201710355890.1
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107127444B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 呂贊;姬書得;岳玉梅;高雙勝;楊康;馬琳
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 崔蘭蒔

一種實現圓柱結構內壁攪拌摩擦加工的方法，屬于攪拌摩擦加工技術領域。包括：將待加工圓柱結構水平放置在夾具上且裝夾固定好；選擇攪拌頭直徑比圓柱結構內壁直徑大0.4～1毫米的攪拌工具，其前置軸肩直徑等于圓柱結構內壁直徑；令攪拌工具垂直于水平面、無傾角，且與圓柱結構同軸線，令攪拌工具以500～3000轉/分的轉速、3～5毫米/分的速度扎入圓柱結構，直至攪拌頭完全進入圓柱結構內；進行預熱，然后以30～100毫米/分的速度沿圓柱結構軸線方向進行加工，直至加工一次完畢；攪拌工具包括夾持柄、過渡段、攪拌頭及前置軸肩，所述夾持柄通過過渡段與攪拌頭的后端固定連接，攪拌頭的前端與前置軸肩固定連接。

技術領域

本發明屬于攪拌摩擦加工技術領域，特別是涉及一種實現圓柱結構內壁攪拌摩擦加工的方法。該方法可實現圓柱狀鑄造件，如鑄鋁等的表面改性，大大提高材料本身的性能。

背景技術

英國焊接研究所于1991年提出的攪拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)是一種新型固相焊技術，具有工作效率高、節能、無污染、焊接變形小、焊縫質量高等優點，在航空航天、汽車、船舶、電子等領域有著廣泛的應用對象。基于攪拌摩擦焊的思想，美國的Mishra博士提出了攪拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)，即利用攪拌頭造成加工區域材料的劇烈塑性變形、混合、破碎，實現材料微觀組織的細化、均勻化與致密化。目前，這種加工工藝方法在鋁合金或鎂合金等的材料表面改性方面取得了大量的成果。但從目前的研究現狀來看，由于傳統的攪拌摩擦焊需要攪拌針垂直于待焊區域、旋轉前進進行焊接，基于此技術的攪拌摩擦加工只能應用于平板、曲面結構外表面。雖然可利用機械臂等裝置伸入圓柱內部垂直加工，但也受到結構尺寸的限制。因此，需要一種簡單、易行，能實現圓柱結構內壁材料表面改性的攪拌摩擦加工新方法。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可對圓柱結構內表面進行表面改性的實現圓柱結構內壁攪拌摩擦加工的方法。該方法能夠解決傳統攪拌摩擦加工需要垂直表面進行加工的問題，可以適用多道次表面加工的要求；且攪拌工具結構簡單，操作易行，大大提高了工作效率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種實現圓柱結構內壁攪拌摩擦加工的方法，包括如下步驟：

步驟一：將待加工圓柱結構水平放置在夾具上且裝夾固定好，所述夾具在圓柱結構外壁有支撐力；

步驟二：選擇攪拌頭直徑比圓柱結構內壁直徑大0.4～1毫米的攪拌工具，其前置軸肩直徑等于圓柱結構內壁直徑；

步驟三：將夾持柄與攪拌摩擦焊機的旋轉主軸固定連接，令攪拌工具垂直于水平面、無傾角，且與圓柱結構同軸線，令攪拌工具以500～3000轉/分的轉速、3～5毫米/分的速度扎入圓柱結構，直至攪拌頭完全進入圓柱結構內；停留進行預熱，然后以500～3000轉/分的轉速、30～100毫米/分的速度沿圓柱結構軸線方向進行加工，直至整個圓柱結構內壁加工一次完畢；

步驟四：當根據產品要求需要進行多道次加工時，每道次使用的攪拌工具的攪拌頭直徑均比上一道次使用的攪拌頭直徑增大0.4～1毫米，前置軸肩直徑等于上一道次加工后的圓柱結構內壁直徑，加工過程同步驟三；

所述攪拌工具包括夾持柄、過渡段、攪拌頭及前置軸肩，所述夾持柄通過過渡段與攪拌頭的后端固定連接，攪拌頭的前端與前置軸肩固定連接。

所述夾持柄與過渡段加工為一體，過渡段與攪拌頭通過螺栓相連接，前置軸肩與攪拌頭通過螺栓相連接。

在所述攪拌頭的前端設置有前端邊緣倒角，所述前端邊緣倒角的角度為2～5°。

在所述過渡段的外表面設置有隔熱槽。

在所述攪拌頭的后部外表面設置有左手螺紋，在攪拌頭的前部外表面設置有右手螺紋，在所述左手螺紋與右手螺紋之間的攪拌頭外表面設置有兩個圓環槽，后部的圓環槽與左手螺紋相連通，前部的圓環槽與右手螺紋相連通。