[发明专利]基于超声辅助搅拌摩擦加工实现结构内壁纳米化的方法

摘要

基于超声辅助搅拌摩擦加工实现结构内壁纳米化的方法，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，将超声换能器的变幅杆垂直于圆柱结构外壁设置；选择搅拌工具，令搅拌工具垂直于水平面、无倾角，且与圆柱结构同轴线，前置轴肩随搅拌头旋转，后置固定轴肩不旋转；令搅拌头扎入圆柱结构，令超声换能器的变幅杆随搅拌头移动；待搅拌头完全进入圆柱结构内，进行预热，然后沿圆柱结构轴线方向进行加工；搅拌工具包括夹持柄、过渡段、搅拌头、前置轴肩及后置固定轴肩，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；过渡段直径小于搅拌头直径，后置固定轴肩套装在过渡段外。

主权项

1.一种基于超声辅助搅拌摩擦加工实现结构内壁纳米化的方法，其特征在于，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，将超声换能器的变幅杆垂直于圆柱结构外壁设置，并形成圆周阵列；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，后置固定轴肩直径比搅拌头直径大 0.2～0.6 毫米；步骤三：将夹持柄与搅拌摩擦焊机的旋转主轴固定连接，将后置固定轴肩与搅拌摩擦 焊机相连接；令搅拌工具垂直于水平面、无倾角，且与圆柱结构同轴线，前置轴肩随搅拌头旋转，后置固定轴肩不旋转；令搅拌头以 500～3000 转/分的转速、3～5 毫米/分的速度扎入圆柱结构，令超声换能器的变幅杆随搅拌头移动，所述超声换能器的超声波振动频率为 20 ～60 千赫兹，振幅为 20～60 微米； 待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、20～100 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；在加工过程中，后置固定轴肩随焊碾压圆柱结构内壁材料，碾压深度为0.1～0.3毫米；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， 后置固定轴肩直径比该道次搅拌头直径大 0.2～0.6 毫米，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、前置轴肩及后置固定轴肩，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；所述过渡段直径小于搅拌头直径，后 置固定轴肩套装在过渡段外。