[實用新型]一種通過摩擦液柱成形實現組件連接的結構

有效

• 申請號: 201720230448.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN206539563U
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 閆崇京;鄭勇樂;司佩強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F16B5/08
• 分類號: F16B5/08;F16B7/00;B23K20/12
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本實用新型屬于連接件的技術領域，具體涉及一種通過摩擦液柱成形實現組件連接的結構。

背景技術

隨著我國近年來在汽車、船艦、飛機等制造領域的快速發展，以及鋁、鋁合金、鈦合金等輕質金屬在汽車、船艦、航天器的廣泛應用，而汽車、船艦、航天器的在減重、抗疲勞性、可靠性和提升性能的需要日益迫切，而在這些產品的生產、裝配過程中的各類組件的連接則直接影響了它們在抗疲勞性、減重性、可靠性和整體性能的提升。然而傳統的金屬板連接方法，如普通焊接、鉚釘、螺釘和螺栓等緊固件連接方式都存在一定的缺陷。對于輕質金屬，普通焊接即熔焊因輸入的熱量較大會產生較大范圍的熱影響區，同時熔焊很難避免缺陷的產生，最終導致連接部位各方面性能都會有不同程度的下降。為了避免對原有部件的組織與性能產生破壞，而采用的鉚釘、螺釘和螺栓等緊固件類連接結構件的疲勞壽命則直接決定了船艦、航天器的性能和壽命，并且這種緊固件連接方式在連接具有較復雜形狀結構的部件時難以實現精確定位且為此常需要構造定位固定結構，且三種連接方式都需要做其它大量前期準備工作，影響裝配效率,同時緊固件連接的疲勞性能則直接決定了產品的性能。

疲勞壽命低、密封性能差、結構重量增加等都是傳統連接方式所面臨的不可避免的問題，而這些對于船艦、航天器等要實現在減重性、可靠性、抗疲勞性等性能的提升都是必須要解決的問題。因此掌握先進的連接技術對于推動我國航海、航天等重工業的進一步發展起著越來越重要的作用，而該連接方法應能夠連接各種復雜形狀的結構部件且能夠使汽車、船艦、航天器在減重、抗疲勞等方面得到一定的改善。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種連接強度高、節約成本、能夠連接各種復雜形狀的結構部件的通過摩擦液柱成形實現組件連接的結構。

為實現上述技術目的，本實用新型采取的技術方案為：

一種通過摩擦液柱成形實現組件連接結構，包括至少兩個待連接組件，待連接組件依次搭接形成具有交界面的組合件，其特征是：組合件上預設有塞棒孔，塞棒孔為經過所有的交界面的盲孔，塞棒孔直徑大于焊接塞棒的直徑，焊接塞棒的前端能插入塞棒孔中，與塞棒孔的孔底接觸并與孔壁間隙配合，焊接塞棒通過旋轉與塞棒孔的孔底摩擦產熱發生塑性變形，使得塑性物填充焊接塞棒與塞棒孔孔壁間的間隙，塑性物冷卻后使得各待連接組件經塑性物連接為一體。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的待連接組件上下疊設，位于最下的一個待連接組件上預置盲孔，其余待連接組件上預置與盲孔同軸等直徑的上下貫穿的通孔，該盲孔與通孔組合而成塞棒孔。

上述的待連接組件的數量為兩個，待連接組件上下疊設，塞棒孔開設于組合件的側面，且部分位于上部的待連接組件上，部分位于下部的待連接組件上。

上述的焊接塞棒前端的摩擦部為鋁、鈦、鋁合金、鈦合金或鋼制作。

上述的焊接塞棒的直徑較塞棒孔的直徑小5mm至10mm。

上述的組合件上的塞棒孔數量為多個，相鄰塞棒孔之間部分重疊。

一種通過摩擦液柱成形實現組件連接的方法，包括以下步驟：

步驟一、將焊接塞棒前端伸入組合件的塞棒孔中，使焊接塞棒與塞棒孔同軸配合且焊接塞棒與塞棒孔四周孔壁存在間隙；

步驟二、給予焊接塞棒一定大小的旋轉速度，同時在塞棒上施加軸向力并保持一定的向下進給速度，當旋轉的焊接塞棒與塞棒孔底部接觸時，開始發生剪切摩擦發熱；

步驟三、所產生的摩擦熱使塞棒自身在底部接觸面上發生塑性變形，而塑性金屬在軸向力的擠壓下向四周擴散、填充塞棒與孔壁間的間隙，并達到緊密結合，隨著摩擦液柱液面的不斷上升，塑性金屬液不斷填充塞棒孔，直至漫出塞棒孔，在這過程中，摩擦液柱液面將焊接塞棒表面和塞棒孔內的氧化物、雜質的不斷排出；

步驟四、摩擦剪切產熱結束，焊接塞棒停止旋轉，在焊接塞棒上施加一定大小的頂鍛力保證焊接塞棒與塞棒孔孔底緊密結合，待塑性金屬液凝固成型形成摩擦塞；

步驟五、沿塞棒孔孔口平面去除多余的焊接塞棒和漫出塞棒孔的塑性金屬，使摩擦塞與組合件表面平齊。

當組合件具有多個塞棒孔需填充摩擦塞時，相鄰摩擦塞相互搭接。