一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置及方法。所述装置包括一种剪丝机构，所述剪丝机构包括基座和带有刃口的裁剪部，所述基座上具有导丝孔，所述导丝孔适于丝材的通过；其特征在于，所述裁剪部与所述基座紧密接触，所述裁剪部以所述基座的几何中心为轴心进行旋转，以使所述刃口间歇裁剪由所述导丝孔送出的丝材。本发明专利技术提供的颗粒式搅拌摩擦增材制造装置，可同时获得不同直径不同长度不同材质的增材用颗粒物，实现梯度复合材料的搅拌摩擦增材制造，且能保证增材用颗粒物持续稳定地提供。同时，操作简单，在不用调整增材装置的情况下可实现多层增材制造。下可实现多层增材制造。下可实现多层增材制造。

The invention relates to a manufacturing device and a method for particle type stirring friction additive

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置及方法


[0001]本专利技术涉及搅拌摩擦增材制造
，具体涉及一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装 置及方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊接过程中材料不熔化，属于固相连接，特别适用于铝合金和镁合金等有 色金属的加工。搅拌摩擦增材制造技术是基于搅拌摩擦焊原理拓展而来的一项新型增材 制造技术，由于在搅拌摩擦增材过程中不涉及材料的熔化和凝固，因此增材零件内部缺 陷少，应力小，性能好。
[0003]专利CN107598358B通过使用消耗型搅拌摩擦工具实现增材制造，采用搅拌摩擦堆 焊的方法，在基体表面逐层堆积，从而制备出所需金属材料。这种方式无法实现连续的 增材制造，增材一段时间就需要更换/添加消耗型搅拌摩擦工具，断续的增材过程无法 保证零件性能的稳定性。专利CN107160030A通过逐层添加板材实现搅拌摩擦增材制造， 这种方式也无法实现稳定连续的搅拌摩擦增材制造过程。
[0004]专利CN109202273A和CN109202271A通过填丝的方式可实现连续的搅拌摩擦增材制 造过程。专利CN109202273A在轴肩内部间隙添加连续的丝材，通过轴肩与搅拌针之间 的相对旋转运动对间隙中的材料形成搅拌摩擦作用，使材料保持热塑化状态，进而实现 增材。由于丝材是连续的，在摩擦过程中存在不稳定的断裂过程，易造成送料不稳的问 题；专利CN109202271A通过外部添加丝材的方式进行增材制造，需要填丝辊轮组件和 填丝环座组件，结构复杂，并且增材过程中由于搅拌针的高速旋转，易将从外部添加的 丝材甩出。
[0005]专利CN108161448A利用离散的粉末作为原材料可解决连续丝材搅拌摩擦增材制造 存在的问题，但是粉末的比表面较大，易形成较多的氧化物，并且镁粉与空气接触易爆 炸，因此粉末原材料的存储成本较高。
[0006]因而目前搅拌摩擦增材制造中存在着无法连续稳定送料问题以及若采用粉末进行 增材制造易氧化从而造成零件内部缺陷增多的问题。

技术实现思路

[0007]因此，为了连续稳定地提供不同类型的增材材料以及解决增材制造过程中使用的待 增材材料易氧化的问题，本专利技术提供了一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置及方法。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种剪丝机构，包括基座和带有刃口的裁剪部，所述基座上有导丝孔， 导丝孔适于丝材的通过；所述裁剪部与基座紧密接触，并且裁剪部在外部电机的驱动下 以所述基座的几何中心为轴心进行旋转，以使刃口间歇性切割经由导丝孔送出的丝材。
[0010]上述剪丝机构中，所述基座为圆盘状，且具有中心孔；所述导丝孔具有若干列，每 一列导丝孔自所述基座的中心孔外边缘沿基座的径向向外延伸，呈伞骨状分布。
[0011]进一步地，上述剪丝机构中，相邻两列导丝孔连线形成的角度相同。
[0012]特别地，上述剪丝机构中，所述导丝孔的直径相同和/或不同。
[0013]进一步地，上述剪丝机构中，所述裁剪部为叶片式剪丝轮，剪丝轮的几何中心与所 述基座的几何中心重合。
[0014]特别地，上述剪丝机构中，所述剪丝轮的叶片数与所述导丝孔的列数相同或不同。
[0015]特别地，上述剪丝机构中，所述裁剪部为双刃口，以使所述裁剪部正时针或逆时针 旋转，均可切割经由所述导丝孔送出的丝材。可选择地，所述裁剪部可为单刃口，所述 裁剪部旋转以使得所述单刃口切割经由所述导丝孔送出的丝材。
[0016]另一方面，针对上述的棒材、丝材和粉末搅拌摩擦增材制造存在的问题，本专利技术提 供了一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置、设备及增材方法，解决了棒材搅拌摩擦增材制 造不连续、丝材增材制造稳定性差及粉末增材制造原材料粉末存储成本高的问题。
[0017]本专利技术的技术方案如下：
[0018]本专利技术提供了一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置，包括主轴，主轴驱动电机、静轴 肩、搅拌针、导料管、收集装置和剪丝机构，其中，所述剪丝机构为上述剪丝机构，所 述收集装置位于所述剪丝机构下方，用于收集经剪丝机构裁剪得到的增材用颗粒物；所 述收集装置底部开有出料口，所述静轴肩上有进料口，所述出料口和所述进料口通过所 述导料管相连；所述搅拌针包括上下两部，所述搅拌针上部为夹持柄，所述搅拌针下部 有螺旋导槽，增材用颗粒物在所述搅拌针旋转摩擦的作用下，通过所述螺旋导槽被挤压 到待增材的表面；所述主轴包括旋转轴心和静止套筒，所述搅拌针固定于旋转轴心上， 所述静轴肩固定于所述静止套筒上。
[0019]进一步地，上述增材制造装置中，所述搅拌针底部设有凸台。
[0020]进一步地，上述增材制造装置中，所述静轴肩分为上下两部，所述上下两部之间嵌 套有轴承；所述静轴肩上部通过顶丝方式与所述轴承外圈固定，所述静轴肩下部通过顶 丝方式与所述轴承内圈固定。
[0021]可选择地，上述增材制造装置中，还包括第一齿轮、第二齿轮、齿轮驱动电机；所 述第一齿轮套装在所述静轴肩下部外围，与所述静轴肩下部紧密配合；所述齿轮驱动电 机的旋转轴与所述静轴肩轴向平行；所述第二齿轮与所述齿轮驱动电机的旋转轴相连； 所述驱动电机带动所述第二齿轮转动，所述第二齿轮带动所述第一齿轮转动，从而带动 所述静轴肩下部转动。
[0022]进一步地，所述静轴肩下部转动的方向和转速与所述搅拌针的转动方向和转速不 同。
[0023]可选择地，上述增材制造装置中，所述第一、第二齿轮之间的带动方式可以为直接 啮合，可以通过皮带轮或链条进行带动。
[0024]本专利技术还提供了一种颗粒式搅拌摩擦焊增材制造方法，该方法包括：
[0025]将增材用颗粒物供给到待增材表面；
[0026]搅拌摩擦所述颗粒物和所述待增材表面，使所述颗粒物以非熔化的状态与所述待增 材表面形成接合部；
[0027]其中，待增材表面为基材表面和/或已经层积有非熔化状态的颗粒物的接合部表面。
[0028]进一步地，上述方法中，所述将增材用颗粒物供给到待增材表面具体为：
[0029]启动裁剪部的驱动电机，裁剪通过导丝孔送出的丝材，得到增材用颗粒物；所述颗 粒物通过所述导料管直接传输到所述静轴肩内；所述颗粒物在搅拌针的旋转下，沿着所 述搅拌针的螺旋导槽被挤出所述静轴肩，供给到待增材表面。
[0030]特别地，上述颗粒式搅拌摩擦增材制造方法中，所述颗粒物的直径相同和/或不同， 所述颗粒物的长度相同和/或不同，所述颗粒物的材质相同和/或不同。
[0031]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0032]1.本专利技术提供的剪丝机构，通过控制送丝速度和剪切部的旋转速度，裁剪出不同长 度的颗粒。因基座上有多列导丝孔，导丝孔的直径相同或不同，从导丝孔送出的丝材直 径也可以不同，而且还能同时送出不同材质的丝材，从而裁剪出不同直径，不同颗粒长 度，不同材质的梯度复合颗粒物。另外，具有双刃口的剪丝轮，在正时针或逆时针旋转 时，都能裁剪丝材。
[0033]2.本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种剪丝机构，包括基座和带有刃口的裁剪部，所述基座上具有导丝孔，所述导丝孔适于丝材的通过；其特征在于，所述裁剪部与所述基座紧密接触，所述裁剪部以所述基座的几何中心为轴心进行旋转，以使所述刃口间歇裁剪由所述导丝孔送出的丝材。2.根据权利要求1所述的剪丝机构，其特征在于，所述基座为圆盘状，所述基座具有中心孔；所述导丝孔具有若干列，每一列所述导丝孔自所述基座的中心孔外边缘沿所述基座的径向向外延伸，呈伞骨状分布。3.根据权利要求2所述的剪丝机构，其特征在于，相邻两列导丝孔连线形成的角度相同。4.根据权利要求2所述的剪丝机构，其特征在于，所述导丝孔的直径相同和/或不同。5.根据权利要求3所述的剪丝机构，其特征在于，所述裁剪部为叶片式剪丝轮，所述剪丝轮的几何中心与所述基座的几何中心重合。6.根据权利要求1或5所述的剪丝机构，其特征在于，所述裁剪部为双刃口，以使所述裁剪部正时针或逆时针旋转，均可切割经由所述导丝孔送出的丝材。7.根据权利要求1或5所述的剪丝机构，其特征在于，所述裁剪部为单刃口，所述裁剪部旋转以使得所述单刃口切割经由所述导丝孔送出的丝材。8.一种搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，包括主轴，主轴驱动电机，静轴肩、搅拌针、导料管、收集装置和剪丝机构，其特征在于，所述剪丝机构为权利要求1
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7任一项所述的剪丝机构，所述收集装置位于所述剪丝机构下方；所述收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：树西，万龙，吕宗亮，
申请(专利权)人：昆山哈工万洲焊接研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：