[发明专利]超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置及方法

权利要求书

1.一种超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊方法，应用于超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置，其特征在于，所述装置包括：

固定结构，所述固定结构用于产生超声波振动，所述固定结构的顶部设置有第一金属板材和第二金属板材；

压边圈，所述压边圈呈环状设置在所述第二金属板材上，所述压边圈用于压紧所述第一金属板材和所述第二金属板材；

夹紧结构，所述夹紧结构设置在所述固定结构的上方，所述夹紧结构竖直方向移动，所述夹紧结构用于夹紧环形填充物；

所述固定结构包括：

凹模，所述凹模内设置有环状的型腔，所述型腔的外环和内环设置有凹槽；

超声振动系统，所述超声振动系统设置在所述凹模的下方；

所述夹紧结构包括：

夹持器，所述夹持器设置在所述凹模的上方，所述夹持器竖直方向移动，所述夹持器的底部设置有三个三瓣爪；

控制器，所述控制器设置在所述夹持器的顶部，所述控制器控制所述三瓣爪沿径向移动；

环形填充物，所述环形填充物安装在三个所述三瓣爪内，所述环形填充物设置为环状，所述环形填充物的内环和外环的侧壁上设置有搅拌摩擦螺纹；

超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊方法，包括：

步骤1，将第一金属板材和第二金属板材叠放在凹模的顶部上，压边圈压紧第一金属板材和第二金属板材；

步骤2，将环形填充物安装在三个三瓣爪内，操作控制器的手动按钮，使三瓣爪夹紧环形填充物，夹持器开始高速旋转并下降，夹持器带动环形填充物高速旋转并下降，环形填充物接触并挤压第二金属板材，使第一金属板材和第二金属板材产生塑性变形；

步骤3，高速旋转的环形填充物下降到一定深度，环形填充物上的搅拌摩擦螺纹与第二金属板材接触，搅拌摩擦螺纹与第二金属板材相互摩擦并产生热量，第二金属板材将热量传递给第一金属板材，第一金属板材和第二金属板材产生局部热塑性变形，搅拌摩擦螺纹四周的第一金属板材和第二金属板材的材料逐渐相互扩散和动态再结晶，逐渐进行搅拌摩擦焊；

步骤4，环形填充物继续下降，第一金属板材的材料向凹模的型腔内流动，第二金属板材随着环形填充物向下流入到第一金属板材中，逐渐填充凹模的型腔，第一金属板材的底部接触到垫片，控制器控制超声波振动系统工作，控制器启动超声波发生器，超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过变幅环增大超声机械振动幅度，通过垫片产生超声波振动；

步骤5，通过环形填充物进一步挤压第一金属板材和第二金属板材，第一金属板材和第二金属板材进一步塑性变形，第一金属板材和第二金属板材受到垫片上表面的约束，逐渐填充凹模的外环和内环的凹槽，环形填充物四周的第一金属板材上侧材料逐渐向第二金属板材的颈部四周流动，嵌入第二金属板材，第一金属板材、第二金属板材之间逐渐形成内环机械锁和外环机械锁，环形填充物与第一金属板材和第二金属板材之间进行搅拌摩擦焊，第一金属板材、第二金属板材和环形填充物之间逐渐形成内环搅拌摩擦焊和外环搅拌摩擦焊；

步骤6，夹持器下降到一定深度，停止旋转，控制器控制超声振动系统停止工作，控制器控制三个三瓣爪沿径向向外移动，并松开环形填充物，夹持器竖直方向向上移动。

2.根据权利要求1所述的超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊方法，其特征在于，所述超声振动系统包括：

超声波发生器，所述超声波发生器的第一端与所述控制器电连接，所述超声波发生器用于将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡；

换能器，所述换能器呈环形嵌设在所述凹槽的下方，所述换能器与所述超声波发生器的第二端电连接，所述换能器用于将超声频电振荡转变为超声机械振动；

变幅环，所述变幅环呈环形嵌设在所述凹槽的下方，所述变幅环设置在所述换能器的顶部，所述变幅环与所述换能器连接，所述变幅环用于增大超声机械振动幅度；

垫片，所述垫片呈环形嵌设在所述凹槽的下方，所述垫片设置在所述变幅环的顶部，所述垫片与所述变幅环连接，所述垫片用于产生超声波振动。

3.根据权利要求2所述的超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊方法，其特征在于，所述控制器上设置有手动按钮。