[发明专利]用于在工件中形成通道的方法和设备

说明书

一种摩擦搅拌通道工具，包括用于插入到一个工件或多个工件中的探头(2)。探头(2)从肩部(3)的孔(14)延伸并以可旋转的方式安装在肩部(3)的孔(14)中，探头的表面形成为以便使得在肩部与工件接触的同时，可塑工件材料于探头旋转时朝向肩部移动并进入肩部的孔中。肩部(3)具有从肩部外部延伸至孔(14)的至少一个排出口(4)，由此可塑材料可以通过该排出口离开孔。

技术领域

本发明涉及用于在工件中形成通道的方法。

背景技术

摩擦搅拌焊接的发展被称为摩擦搅拌通道，其中摩擦搅拌过程被修改成有意地使材料从工件的块体移动，从而形成通道。该方法可以用于形成用于流体(例如用于热交换)或其他物质的通道。该处理的第一个已知描述出现在对US6923362B的申请中。

US6923362B描述了在需要内部流体流动的金属本体、比如热交换器中生产一体通道。US6923362B还描述了一种具有可变向螺纹(variable-handed thread)的工具，该工具将材料从销的长度的中间朝向销的远端梢部处和靠近肩部的区域移动，从而在工件中形成通道，并且还描述了与通道相邻的材料的微结构特性，这类似于在检查摩擦搅拌处理区域时发现的微结构特性。使用这种技术时会出现若干问题。即，移位的材料通常沉积在工具肩部正下方(通常与工件具有一定程度的间隙)或者在工件远离工具的表面处，从而导致处理过的表面相对于未处理的表面而言是凸出的并且/或者导致产生大量毛边。表面光洁度至多是相当粗糙的，其中，在对旋转肩部进行摩擦搅拌时可以看到典型的重复的月牙形图案。而且，所形成的通道的横截面在加工条件改变期间比如在使拐角变圆(以形成蛇形或弯曲的通道)时或者当温度/力改变被加工的材料的粘塑性能时可能例如由于工件中逐渐积聚的热量而大幅波动。在尝试将此处理用于商业产品时特别关注的是通道内面的粗糙表面和表面的粗糙度，尤其是在工具后退侧。

PT105628B描述了一种用于打开或形成摩擦搅拌通道的过程，其中，通过在处理期间移除多余的材料来减少后处理精加工的需要，从而保持近端表面大致平坦。材料的位移由旋转工具的包括同向旋转的涡形肩部和螺纹探头的几何特征件驱动。描述了两个工具设计：一个工具允许从部件提取的材料作为毛边沉积在表面上，毛边保持接合至工具路径的轨道的边缘，并且第二个设计的特征是与旋转肩部配合的切削刀片，切削刀片允许提取的材料切削为切屑。尽管所描述的工具和处理减少了工件表面上存在的材料碎片的数目，但是工具通过的表面将是粗糙的，仍然具有上述的月牙标记。另外，由旋转肩部处理的轨道的边缘通常将具有显著的毛边唇缘，这是因为粘塑性材料被朝向表面驱动。

本领域中存在的上述解决方案均没有提供用于形成均匀、一致的通道的方法，这些解决方案似乎也没有解决移位材料的表面光洁度或令人满意的控制的问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，摩擦搅拌通道工具包括用于插入到一个工件或多个工件中的探头，该探头从肩部的孔延伸并以可旋转的方式安装在肩部的孔中，探头的表面形成为使得在肩部与工件接触的同时，可塑工件材料于探头旋转时朝向肩部移动并进入肩部的孔中，并且其中，肩部具有从肩部外侧延伸至孔的至少一个排出口，由此可塑材料可以通过该排出口离开孔。

根据本发明的第二方面，一种摩擦搅拌通道的方法包括：旋转根据本发明的第一方面的摩擦搅拌通道工具的探头；使旋转探头进入工件并使工具的肩部与工件接触，肩部或者在肩部具有径向内部部分和径向外部部分的情况下至少肩部的径向外部部分不相对于工件旋转，由此探头的旋转致使工件的围绕探头的材料被可塑并被沿着探头向上输送以进入肩部的孔，并且通过肩部中的排出口或多个排出口中的一个排出口离开；以及在工作条件下使工具沿着工件移动，使得在工件的内部形成通道。

在旋转探头进入工件之前或之后，肩部可以与工件接触。其中，后一种情况是在肩部已经与工件接触的同时探头从肩部的孔延伸。