[发明专利]一种切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造零件加工技术领域，特别是一种切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备及其制造方法。

背景技术

目前，带有内部封闭空腔体结构件的制造，传统制造方法主要有采用型材焊接，板材焊接胀形加工、或者整块工件切削加工后然后再盖板封闭等方法。这些传统的加工方法工序多，制造周期长，制造成本高，而且工件容易变形，结构件强度受到影响。

1991年英国焊接研究所（TWI）的W.M.Thomas发明了搅拌摩擦焊技术，这种来源于机械冷加工制造工艺、基于固相连接的新型焊接技术具有明显的优越性。搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接方法，搅拌摩擦焊时不会产生与金属熔化有关的焊接缺陷。由于搅拌摩擦焊温度相对较低，焊接热输入较小，焊接后结构的残余应力或变形较小。同时，搅拌摩擦焊是一种绿色焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。

因此，采用搅拌摩擦焊来加工成型工件可以减小焊接热输入、减小了焊接残余应力，控制结构件的焊接变形，并且搅拌摩擦焊接效益高，不需要其他填充焊料，对环境污染小，经济效益较高。近年来，搅拌摩擦焊接技术与其它加工技术相结合，产生了许多复合加工制造新技术和新工艺，在机械制造领域具有巨大的应用前景。

但是，对于具有内部封闭空腔结构的零部件来说，如冷凝板，除了分体式加工方法外，传统的搅拌摩擦焊接依然缺乏有效的加工办法，因此，能否采用整块材料，通过将焊接技术与切削技术相互融合，进行联合加工制造从而整体一次近净成型出具有内部封闭空腔结构的零部件具有重要的意义，对于传统的机械制造方法来说，这种加工技术也是一个对机械制造领域具有里程碑式的创新，促进机械制造技术发展与进步，形成具有低成本、少工序、短周期的创新的机械制造技术，为世界范围内经济的可持续发展提供有力的支持，并确信这种联合加工新技术和机械制造新理论的出现，必将成为二十一世纪世界范围内最为重要与广泛应用的焊接与制造技术之一。

发明内容

针对传统机械制造技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种高效、低成本、高稳定性、优质的切削技术及其原理与搅拌摩擦焊接技术及其原理相互融合的创新型的机械制造技术及其加工原理。对于具有内部封闭空腔结构的零部件来说，如冷凝板，采用整块材料通过将焊接技术与切削技术相互融合，进行切削-搅拌摩擦焊接联合加工制造新技术，从而整体一次近净成型出具有内部封闭空腔结构的零部件，应用于制冰储能领域具有重要的工程应用价值和科学研究意义。这种新型的机械制造加工方法，突破了增量式机械制造原理和减除式机械制造原理的束缚，而是将二者紧密的结合起来，形成一种有机的新型切削-焊接加工新原理、方法和技术。在机械制造领域，相对于传统的机械制造技术来说，这种切削-焊接联合加工技术是一个具有里程碑式的创新技术，必将推动现代机械制造技术的大力发展与进步，在冷加工和固相焊接领域开拓了新的制造技术，具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案如下。 

本发明提供一种切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备，包括搅拌头本体，轴肩，位于搅拌头本体下部的搅拌针，搅拌头本体与机床本体的夹持部分连接，在搅拌针的下部具有自支撑、自适应、自稳定的切削系统，构成了切削-搅拌摩擦焊接联合加工设备，该设备具有搅拌摩擦焊接系统、切削系统、强制冷却系统、气体保护系统、参数传感与监控系统、密封系统，是一种切削加工和搅拌摩擦焊接加工同时并行开展工作的联合或者复合加工设备，具有温度和压力检测与控制、气体保护、冷却液保护、切削刀头可更换、自支撑双轴肩式搅拌摩擦焊接的功能，对工件实行铣削或切削-搅拌摩擦焊接联合加工过程，能够满足有色金属材料、碳钢材料、不锈钢、低合金高强钢材料、复合材料机械加工的要求，将多工序、多工位加工转变成一次加工成型的制造技术和工艺，减少了制造周期和成本，具有高效、优质、高稳定、节能的技术特点，突破了常规机械加工技术的局限性，形成了切削-搅拌摩擦焊接复式机械制造加工的新方法，在采暖、空调、制冰、保鲜、制药、建筑、水产、食品行业具有广阔的工程应用。