[发明专利]一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置及方法

说明书

一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，主要由滚珠花键、花键轴、线圈、永磁铁、力传感器、刀柄、搅拌工具组成。所述线圈和永磁铁分别安装于滚珠花键端盖和花键轴上，通过两者间产生的电磁力对搅拌工具施加轴向压力；力传感器与线圈相连，可实时测量轴向压力大小，并反馈给控制系统；所述搅拌工具通过刀柄与花键轴连接，花键轴与滚珠花键配合，实现搅拌工具的轴向移动；所述滚珠花键与主轴电机相连，实现搅拌工具的旋转运动。本发明通过花键配合将电机的旋转运动传递到搅拌工具，通过调节焊接过程中线圈中的电流大小精确控制电磁力大小，从而对搅拌工具施加恒定的轴向压力，可实现表面不平整工件的恒压力搅拌摩擦焊接，响应速度快，结构简单。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接领域，特别涉及一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置。

背景技术

搅拌摩擦焊接是一种固相连接方法，其主要连接机制是通过搅拌工具的旋转摩擦产热，使材料进入塑性状态，再通过搅拌工具的搅拌与局部锻造作用以及被连接材料的动态再结晶形成致密焊缝。其中，搅拌工具对被焊材料的轴向压力是保证焊缝质量良好的重要因素。现有技术通常采用将搅拌工具压入工件表面一定位移量的方法，对被焊材料施加轴向压力，即恒压入量控制方法。但是，由于焊接过程中工件受热软化，相同压入量在不同温度下产生的轴向压力并不相同，而焊接过程中的温度变化无法精确测得，导致轴向压力无法精确控制。

恒压力控制方法则采用力传感器采集焊接过程中的轴向压力，并反馈给控制系统；控制系统将轴向压力的实测值与设定值比较，通过控制Z轴电机旋转，带动丝杠-螺母传动机构，使主机头向下运动，完成对搅拌工具压入量的动态调节，从而保证焊接过程中轴向压力的恒定。但由于该控制方法反馈环节较长，存在较多机械传动环节，响应速度慢，压力控制精度低，并不适用于表面不平整工件的恒压力搅拌摩擦焊接。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，实现了表面不平整工件的恒压力搅拌摩擦焊接，响应速度快，结构简单。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，主要由滚珠花键、花键轴、线圈、永磁铁、力传感器、刀柄、搅拌工具等零件组成。所述线圈和永磁铁分别安装于滚珠花键端盖和花键轴上，通过两者间产生的电磁力对搅拌工具施加轴向压力；力传感器与线圈相连，可实时测量轴向压力大小；所述搅拌工具通过刀柄与花键轴连接，花键轴与滚珠花键配合，实现搅拌工具的轴向移动；滚珠花键与主轴电机相连，实现搅拌工具的旋转运动。

本发明所述的永磁体直径大于花键轴的外圆直径，实现花键轴的轴向限位；花键轴与滚珠花键之间可相对滑动，相对位移大于5mm；线圈与永磁体之间产生斥力，通过力传感器实时采集焊接过程中轴向压力大小，并反馈给控制系统；控制系统通过调节线圈电流大小实现恒定电磁力控制，进而实现恒压力焊接。

本发明提供的一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，与现有技术相比，其优点在于：

(1)本发明采用电磁力对被焊材料施加轴向压力，通过调节线圈中电流大小实现恒压力控制，控制精度高，控制环节少，响应速度快。

(2)本发明实现了焊接过程中搅拌工具的浮动控制，增强了搅拌工具对不平整工件表面的自适应能力，可实现表面不平整工件的搅拌摩擦焊接。

附图说明

图1为浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置示意图；

图2为线圈与电磁铁间隙示意图；

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征及所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。