[发明专利]一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置

权利要求书

1.一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，包括旋转主轴（1）、夹紧装置（2)、搅拌头（3）、冷却系统（4）和焊接工作台（5），所述旋转主轴（1）为空心结构，所述搅拌头（3）通过夹紧装置（2）安装于旋转主轴（1）的空心内腔中，所述的搅拌头（3）由导磁材料制成，所述搅拌头（3）包括：搅拌头主体（301）、轴肩（302）和搅拌针（303），所述搅拌头主体（301）上端为夹紧用的夹持部（304），其特征在于：所述夹持部（304）下方套设有强力磁环（14）的磁场调节装置（6），所述磁场调节装置（6）下方的轴肩（302）处套设有辅助静止轴肩装置（7），所述搅拌针（303）贯穿通过辅助静止轴肩装置（7）的底部通孔对焊接工作台（5）上装夹的焊接母材工件进行搅拌焊接，所述搅拌针（303）为棱台状结构（305），所述棱台状结构（305）由棱台坡面（306）和棱台端面（307）组成，所述棱台坡面（306）与搅拌针（303）中心轴线形成θ坡角，所述棱台端面（307）单侧向内开设弱磁槽（308），所述旋转主轴（1）高速旋转带动套设有强力磁环（14）的搅拌头（3）高速旋转，形成以所述搅拌针（303）中心为轴及以所述棱台坡面（306）和棱台端面（307）为旋转面的区块化非对称分布的旋转磁场；

所述磁场调节装置（6）包括：依次由套装在夹持部下方的第一弹簧（11），环形滑轨（12）、隔磁套（13）、强力磁环（14）、支撑板（15）和第二弹簧（16）组成，所述的第二弹簧（16）安装在支撑板 （15）下端面与轴肩套筒（701）内筒底面之间， 所述支撑板（15）上端面与强力磁环（14）下端面之间配设有滚珠刚球（17）用第一弹槽轨道(141)和第二弹槽轨道（152），所述支撑板（15）上设有电机推动杆（151），所述支撑板（15）通过电机推动杆（151）和步进电机（18）一起固定在刚性连接杆（702）上部内侧，所述的支撑板（15）、环形滑轨（12）与搅拌头（3）活动连接，所述环形滑轨（12）上嵌装有环形凸圈（121），所述的第一弹簧（11）下端面套设在环形凸圈（121）的外环侧面上，焊接时，所述支撑板（15）和辅助静止轴肩装置（7）一起静止不动，所述强力磁环（14）和隔磁套（13)与搅拌头（3）之间通过调节机构（601）配作连接，所述强力磁环（14）和隔磁套（13）随搅拌头（3）一起高速旋转，根据焊接需要，启动所述步进电机（18）带动电机推动杆（151）推动或回抽支撑板（15）从而改变强力磁环（14）与搅拌针（303）端面的距离来实现磁场强弱调节。

2.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，其特征在于：所述棱台状结构（305）为正五棱台状结构，所述的棱台坡面（306）与导磁搅拌针（303）中心轴线形成θ坡角为20°-60°，所述棱台端面（307）顶点最大距离为焊接板材厚度的4-6倍，所述弱磁槽（308）深度设为焊接板材厚度1-4倍的矩形结构。

3.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，其特征在于：所述辅助静止轴肩装置（7）包括：轴肩套筒（701）、压力传感器（8）、电机套筒（9）和螺母（10），所述轴肩套筒（701）上端面设有2根以上对称分布的刚性连接杆（702），所述轴肩套筒（701）下端面设有多台阶结构轴肩端部（703），所述的轴肩套筒（701）底面几何中心设有穿套搅拌针（303）的底部通孔（704），所述压力传感器（8）安装在刚性连接杆（702）的上端凸台部，所述刚性连接杆（702）上端部通过螺母（10）固定于电机套筒（9）上相对于旋转主轴（1）静止不动，所述的压力传感器（8）实时采集静止轴肩套筒（701）在焊接过程的轴向受力情况信号进行上传。

4.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，其特征在于：调节机构（601）是由所述搅拌头主体（301）中间部位设有凸出齿部结构（310）和在所述隔磁套（13）、强力磁环（14）上开设有与之相配的凹槽结构配作而成，所述凸出齿部结构（310）设为2个以上，所述的搅拌头主体（301)与隔磁套（13）和强力磁环（14）之间活动连接，所述隔磁套（13）安装于强力磁环（14）上表面与强力磁环（14）的外径相匹配。