RU228598U1 - Friction stir welding tool for aluminum alloys - Google Patents
Friction stir welding tool for aluminum alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU228598U1 RU228598U1 RU2024115207U RU2024115207U RU228598U1 RU 228598 U1 RU228598 U1 RU 228598U1 RU 2024115207 U RU2024115207 U RU 2024115207U RU 2024115207 U RU2024115207 U RU 2024115207U RU 228598 U1 RU228598 U1 RU 228598U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shoulder
- tool
- rod
- friction stir
- pitch
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 101100011509 Drosophila melanogaster Baldspot gene Proteins 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к инструментам, предназначенным для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов. Инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов выполнен из штамповой инструментальной стали и представляет собой монолитную конструкцию, состоящую из цилиндра, на котором фрезерована лыска, заплечика, вдоль всей поверхности которого выполнена однозаходная спираль глубиной 1 мм и шагом 2,5 мм, и стержня, отходящего от заплечика, имеющего резьбу, выполненную трехзаходной с правым шагом 9 мм и, кроме того, на стержне выполнена однозаходная резьба с шагом 1,5 мм, при этом диаметр заплечика равен двум диаметрам стержня, а высота имеет размер меньше толщины свариваемого материала на 0,1-0,2 мм. Обеспечивается уменьшение металлоемкости используемого для изготовления инструмента материала. 2 ил., 1 табл. The utility model relates to tools intended for friction stir welding of aluminum alloys. The tool for friction stir welding of aluminum alloys is made of die tool steel and is a monolithic structure consisting of a cylinder on which a chamfer is milled, a shoulder along the entire surface of which a single-start spiral with a depth of 1 mm and a pitch of 2.5 mm is made, and a rod extending from the shoulder having a thread made three-start with a right pitch of 9 mm and, in addition, a single-start thread with a pitch of 1.5 mm is made on the rod, wherein the diameter of the shoulder is equal to two diameters of the rod, and the height has a size less than the thickness of the welded material by 0.1-0.2 mm. A reduction in the metal consumption of the material used to manufacture the tool is ensured. 2 figs., 1 table.
Description
Полезная модель относится к инструментам, предназначенным для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов.The utility model relates to tools intended for friction stir welding of aluminum alloys.
Из уровня техники известен стойкий к разрушению инструмент для сварки трением с перемешиванием [RU 2466838 С2, МПК B23K 20/12, опубл. 2012.11.20], который содержит тело, штырь, работающий на растяжение элемент и концевой узел. Работающий на растяжение элемент и концевой узел обеспечивают осевое сжатие штыря. Работающий на растяжение элемент можно рассоединять со штырем и/или телом с помощью одного или нескольких разъединяющих элементов. Концевой узел может содержать пружинные элементы для приложения осевой силы к работающему на растяжение элементу. Штырь может включать различные средства для обеспечения уменьшения напряжений вблизи штыря.A fracture-resistant friction stir welding tool is known from the prior art [RU 2466838 C2, IPC B23K 20/12, published 2012.11.20], which comprises a body, a pin, a tensile element and an end assembly. The tensile element and the end assembly provide axial compression of the pin. The tensile element can be disconnected from the pin and/or body using one or more disconnecting elements. The end assembly may contain spring elements for applying an axial force to the tensile element. The pin may include various means for providing stress reduction near the pin.
Недостатками инструмента являются сложность и соответственно стоимость изготовления. Данная конструкция более приспособлена к сварке толстых материалов.The disadvantages of the tool are the complexity and, accordingly, the cost of production. This design is more suitable for welding thick materials.
В качестве ближайшего аналога - прототипа выбран инструмент для сварки трением с перемешиванием (СТП) [RU 2417143 С2, МПК B23K 20/12, опубл. 2011.04.27], который включает заплечик и отходящий от него стержень с резьбой. Стержень (6) содержит по крайней мере три смежные секции, равномерно распределенные вокруг продольной оси стержня и имеющие в целом выпуклую форму. Каждая секция содержит по крайней мере три прилегающие друг к другу в основном плоские части, нормали к которым сходятся в направлении оси стержня. Между каждыми парами смежных секций расположены резьбовые части.The closest analogue - prototype - is a friction stir welding (FSW) tool [RU 2417143 C2, IPC B23K 20/12, published 2011.04.27], which includes a shoulder and a threaded rod extending from it. The rod (6) contains at least three adjacent sections, uniformly distributed around the longitudinal axis of the rod and having a generally convex shape. Each section contains at least three adjacent, mainly flat parts, the normals to which converge in the direction of the rod axis. Threaded parts are located between each pair of adjacent sections.
Недостатками инструмента являются сложность и соответственно стоимость изготовления.The disadvantages of the tool are its complexity and, accordingly, the cost of production.
Технический эффект, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в уменьшении металлоемкости используемого для изготовления инструмента материала, что снижает окончательную стоимость инструмента.The technical effect that the claimed utility model is aimed at achieving is to reduce the metal consumption of the material used to manufacture the tool, which reduces the final cost of the tool.
Технический эффект достигается за счет того, что инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов выполнен из штамповой инструментальной стали и представляет собой монолитную конструкцию, состоящую из цилиндра, на котором фрезерована лыска, заплечика, вдоль всей поверхности которого выполнена однозаходная спираль глубиной 1 мм и шагом 2,5 мм, и стержня, отходящего от заплечика, имеющего резьбу, выполненную трехзаходной с правым шагом 9 мм и, кроме того, на стержне выполнена однозаходная резьба с шагом 1,5 мм, при этом диаметр заплечика равен двум диаметрам стержня, а высота имеет размер меньше толщины свариваемого материала на 0,1-0,2 мм.The technical effect is achieved due to the fact that the tool for friction stir welding of aluminum alloys is made of die tool steel and is a monolithic structure consisting of a cylinder on which a chamfer is milled, a shoulder along the entire surface of which a single-start spiral with a depth of 1 mm and a pitch of 2.5 mm is made, and a rod extending from the shoulder, having a thread made three-start with a right pitch of 9 mm and, in addition, a single-start thread with a pitch of 1.5 mm is made on the rod, while the diameter of the shoulder is equal to two diameters of the rod, and the height has a size less than the thickness of the material being welded by 0.1-0.2 mm.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующими фигурами:The essence of the claimed utility model is explained by the following figures:
фиг. 1 - чертеж геометрии инструмента для сварки трением с перемешиванием, гдеFig. 1 - drawing of the geometry of the friction stir welding tool, where
1 - цилиндр1 - cylinder
2 - лыска2 - bald spot
3 - стержень3 - rod
4 - заплечик4 - shoulder
5 - спираль5 - spiral
6 - резьба 3-заходная (трехзаходная) на стержне6 - 3-start (three-start) thread on the rod
7 - резьба однозаходная.7 - single-start thread.
фиг. 2 - фото инструмента.Fig. 2 - photo of the instrument.
Инструмент состоит из (на фиг. 1): цилиндра 1, выполненного с лыской 2, заплечика 4 и стрежня 3.The tool consists of (in Fig. 1): cylinder 1, made with chamfer 2, shoulder 4 and rod 3.
В качестве технического результата приведен в «Технологичности изготовления». СТП инструмент данной геометрии изготавливается на токарно-фрезерном обрабатывающем центре, за один установ, согласно управляющей программе. Применяется 3 инструмента: токарный проходной резец с углом пластины 55 градусов, токарный проходной резец с углом пластины 30 градусов и радиусная фреза R1.The technical result is given in "Manufacturing technology". The STP tool of this geometry is manufactured on a turning and milling machining center, in one setup, according to the control program. Three tools are used: a turning cutter with a plate angle of 55 degrees, a turning cutter with a plate angle of 30 degrees, and a radius cutter R1.
Инструмент по полезной модели (фиг. 1, фиг. 2) выполнен из штамповой инструментальной стали и включает в себя цилиндр (1) с выполненной на нем лыской (2), для закрепления в шпинделе станка и передачи вращения, а также заплечик (4) диаметром D, предназначенный для локального разогрева и соединенный с цилиндром, при этом на заплечике (4) выполнена однозаходная спираль (5) глубиной 1 мм, вдоль всей поверхности. От заплечика (4) выточен стержень (3) диаметром d и высотой h, предназначенный для перемешивания стыка, и на котором выполнена трехзаходная резьба (6) с правым шагом 9 мм, при этом высота стержня выполнена меньше толщины свариваемого материала на 0,1-0,2 мм, для исключения непровара в корне шва, кроме этого, на стержне выполняют нарезание однозаходной резьбы (7) с шагом 1,5 мм, для лучшего перемешивания. Как правило, D=2d.The tool according to the utility model (Fig. 1, Fig. 2) is made of die tool steel and includes a cylinder (1) with a chamfer (2) made on it for fixing in the machine spindle and transmitting rotation, as well as a shoulder (4) with a diameter D, intended for local heating and connected to the cylinder, while a single-start spiral (5) with a depth of 1 mm is made on the shoulder (4), along the entire surface. A rod (3) with a diameter d and a height h is turned from the shoulder (4), intended for mixing the joint, and on which a three-start thread (6) with a right-hand pitch of 9 mm is made, while the height of the rod is made less than the thickness of the welded material by 0.1-0.2 mm, in order to exclude incomplete fusion at the root of the weld, in addition, a single-start thread (7) with a pitch of 1.5 mm is cut on the rod for better mixing. As a rule, D=2d.
Инструмент работает следующим образом: при вращении инструмента, стержень (3) начинает внедряться в свариваемый металл, на глубину толщины листа. При касании заплечика (4) поверхности листа начинается локальный разогрев в зоне трения инструмента. После начала перемещения вдоль стыка пластифицированный металл отходит в сторону, противоположную движения, тем самым создается сварное соединение. Типоразмер инструмента приведен в таблице 1.The tool works as follows: when the tool rotates, the rod (3) begins to penetrate into the welded metal, to the depth of the sheet thickness. When the shoulder (4) touches the sheet surface, local heating begins in the friction zone of the tool. After the start of movement along the joint, the plasticized metal moves away in the direction opposite to the movement, thereby creating a welded joint. The standard size of the tool is given in Table 1.
Основные параметры сварки: частота вращения инструмента (об/мин), осевое усилие сварки (кгс) и скорость сварки вдоль стыка (мм/мин). Были проведены опытные работы по СТП сварке алюминиевых сплавов 5 группы толщиной 4 мм и 5 мм. Оптимальные режимы: F=2500 кгс, n=550 об/мин, f=500 мм/мин. Прочность и пластичность сварного шва выше основного металла. Для указанных толщин, 3-заходная резьба, позволяет увеличить скорость сварки в 1,5-2 раза, с сохранением качества.The main welding parameters are: tool rotation frequency (rpm), axial welding force (kgf) and welding speed along the joint (mm/min). Experimental work was carried out on FSW welding of aluminum alloys of the 5th group with a thickness of 4 mm and 5 mm. Optimum modes: F = 2500 kgf, n = 550 rpm, f = 500 mm/min. The strength and plasticity of the weld are higher than the base metal. For the specified thicknesses, a 3-start thread allows increasing the welding speed by 1.5-2 times, while maintaining quality.
Данную полезную модель можно применить для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов в диапазоне толщин от 3 мм, 4 мм, 5 мм и 6 мм для стыковых и нахлесточных швов.This utility model can be used for friction stir welding of aluminum alloys in the thickness range of 3 mm, 4 mm, 5 mm and 6 mm for butt and overlap welds.
Предложенная полезная модель за счет конструктивного исполнения позволит обеспечить снижение металлоемкости используемого для изготовления инструмента материала.The proposed utility model, due to its design, will allow for a reduction in the metal consumption of the material used to manufacture the tool.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU228598U1 true RU228598U1 (en) | 2024-09-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU195846A1 (en) * | Ю. В. Клименко | METHOD OF WELDING METAL BY Friction | ||
| WO1999052669A1 (en) * | 1998-04-14 | 1999-10-21 | The Welding Institute | High performance tools for friction stir welding (fsw) |
| WO1999054081A1 (en) * | 1998-04-22 | 1999-10-28 | The Welding Institute | Corrosion resistant enclosure and methods for its manufacture |
| RU2417143C2 (en) * | 2005-02-01 | 2011-04-27 | Эебас ЮКей Лимитид | Tool for friction welding with mixing, method of its fabrication, method of friction welding with mixing of two metal workpieces, and method of producing metal part |
| RU2466838C2 (en) * | 2007-03-06 | 2012-11-20 | Алкоа Инк. | Wear-resistant tool for friction welding with mixing |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU195846A1 (en) * | Ю. В. Клименко | METHOD OF WELDING METAL BY Friction | ||
| WO1999052669A1 (en) * | 1998-04-14 | 1999-10-21 | The Welding Institute | High performance tools for friction stir welding (fsw) |
| WO1999054081A1 (en) * | 1998-04-22 | 1999-10-28 | The Welding Institute | Corrosion resistant enclosure and methods for its manufacture |
| RU2417143C2 (en) * | 2005-02-01 | 2011-04-27 | Эебас ЮКей Лимитид | Tool for friction welding with mixing, method of its fabrication, method of friction welding with mixing of two metal workpieces, and method of producing metal part |
| RU2466838C2 (en) * | 2007-03-06 | 2012-11-20 | Алкоа Инк. | Wear-resistant tool for friction welding with mixing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7275675B1 (en) | Friction stir weld tools | |
| US6676008B1 (en) | Friction stir welding of corner configurations | |
| US8393524B1 (en) | Counter-rotating spindle for friction stir welding | |
| JP3876264B2 (en) | Tool, apparatus for forming friction stir weld joint, method for friction stir welding, and friction stir weld lap joint | |
| CN108817650B (en) | Stirring head for stirring friction welding of angle joint | |
| US20040195291A1 (en) | FSW tool | |
| US20110180587A1 (en) | Friction stir welding tool | |
| US20070057015A1 (en) | Tapered friction stir welding and processing tool | |
| CN1590003A (en) | Apparatus and method for friction stir welding utilizing a grooved pin | |
| JP2008221338A (en) | Taper friction stir welding tool | |
| CZ287673B6 (en) | Welding process of parts by friction under motion | |
| JP2002514512A (en) | Friction rotary welding tool | |
| GB1576785A (en) | Drill screws | |
| CN206200338U (en) | Knockdown friction rabbling welding cutter | |
| JP2007301579A (en) | Friction stir processing tool and method of manufacturing friction stir processed product using the same | |
| KR20200118867A (en) | Rotary tool for double-sided friction stir welding, double-sided friction stir welding device, and double-sided friction stir welding method | |
| CN110434452B (en) | Self-adaptive stirring tool for welding multilayer hollow section and welding method | |
| US20130031782A1 (en) | Method for producing a piston for an internal combustion engine | |
| RU228598U1 (en) | Friction stir welding tool for aluminum alloys | |
| CN110524105B (en) | Rotary welding tool for friction welding and welding method | |
| JP4888662B2 (en) | Friction stir welding tool | |
| CN105171230B (en) | A double-shoulder mixing head with automatic gap adjustment | |
| RU229745U1 (en) | Friction stir welding tool for aluminum alloys | |
| CN113770654B (en) | Welding method of multi-blade member | |
| CN213764440U (en) | Friction stir welding joint without stirring pin |