[发明专利]一种实现圆柱结构内壁搅拌摩擦加工的方法

说明书

一种实现圆柱结构内壁搅拌摩擦加工的方法，属于搅拌摩擦加工技术领域。包括：将待加工圆柱结构水平放置在夹具上且装夹固定好；选择搅拌头直径比圆柱结构内壁直径大0.4～1毫米的搅拌工具，其前置轴肩直径等于圆柱结构内壁直径；令搅拌工具垂直于水平面、无倾角，且与圆柱结构同轴线，令搅拌工具以500～3000转/分的转速、3～5毫米/分的速度扎入圆柱结构，直至搅拌头完全进入圆柱结构内；进行预热，然后以30～100毫米/分的速度沿圆柱结构轴线方向进行加工，直至加工一次完毕；搅拌工具包括夹持柄、过渡段、搅拌头及前置轴肩，所述夹持柄通过过渡段与搅拌头的后端固定连接，搅拌头的前端与前置轴肩固定连接。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦加工技术领域，特别是涉及一种实现圆柱结构内壁搅拌摩擦加工的方法。该方法可实现圆柱状铸造件，如铸铝等的表面改性，大大提高材料本身的性能。

背景技术

英国焊接研究所于1991年提出的搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)是一种新型固相焊技术，具有工作效率高、节能、无污染、焊接变形小、焊缝质量高等优点，在航空航天、汽车、船舶、电子等领域有着广泛的应用对象。基于搅拌摩擦焊的思想，美国的Mishra博士提出了搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)，即利用搅拌头造成加工区域材料的剧烈塑性变形、混合、破碎，实现材料微观组织的细化、均匀化与致密化。目前，这种加工工艺方法在铝合金或镁合金等的材料表面改性方面取得了大量的成果。但从目前的研究现状来看，由于传统的搅拌摩擦焊需要搅拌针垂直于待焊区域、旋转前进进行焊接，基于此技术的搅拌摩擦加工只能应用于平板、曲面结构外表面。虽然可利用机械臂等装置伸入圆柱内部垂直加工，但也受到结构尺寸的限制。因此，需要一种简单、易行，能实现圆柱结构内壁材料表面改性的搅拌摩擦加工新方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可对圆柱结构内表面进行表面改性的实现圆柱结构内壁搅拌摩擦加工的方法。该方法能够解决传统搅拌摩擦加工需要垂直表面进行加工的问题，可以适用多道次表面加工的要求；且搅拌工具结构简单，操作易行，大大提高了工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种实现圆柱结构内壁搅拌摩擦加工的方法，包括如下步骤：

步骤一：将待加工圆柱结构水平放置在夹具上且装夹固定好，所述夹具在圆柱结构外壁有支撑力；

步骤二：选择搅拌头直径比圆柱结构内壁直径大0.4～1毫米的搅拌工具，其前置轴肩直径等于圆柱结构内壁直径；

步骤三：将夹持柄与搅拌摩擦焊机的旋转主轴固定连接，令搅拌工具垂直于水平面、无倾角，且与圆柱结构同轴线，令搅拌工具以500～3000转/分的转速、3～5毫米/分的速度扎入圆柱结构，直至搅拌头完全进入圆柱结构内；停留进行预热，然后以500～3000转/分的转速、30～100毫米/分的速度沿圆柱结构轴线方向进行加工，直至整个圆柱结构内壁加工一次完毕；

步骤四：当根据产品要求需要进行多道次加工时，每道次使用的搅拌工具的搅拌头直径均比上一道次使用的搅拌头直径增大0.4～1毫米，前置轴肩直径等于上一道次加工后的圆柱结构内壁直径，加工过程同步骤三；

所述搅拌工具包括夹持柄、过渡段、搅拌头及前置轴肩，所述夹持柄通过过渡段与搅拌头的后端固定连接，搅拌头的前端与前置轴肩固定连接。

所述夹持柄与过渡段加工为一体，过渡段与搅拌头通过螺栓相连接，前置轴肩与搅拌头通过螺栓相连接。

在所述搅拌头的前端设置有前端边缘倒角，所述前端边缘倒角的角度为2～5°。

在所述过渡段的外表面设置有隔热槽。

在所述搅拌头的后部外表面设置有左手螺纹，在搅拌头的前部外表面设置有右手螺纹，在所述左手螺纹与右手螺纹之间的搅拌头外表面设置有两个圆环槽，后部的圆环槽与左手螺纹相连通，前部的圆环槽与右手螺纹相连通。