一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置及制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于送粉式搅拌摩擦沉积增材装置及方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置及制造方法


[0001]本专利技术属于搅拌摩擦增材领域，涉及一种基于送粉式搅拌摩擦沉积增材装置及方法
。

技术介绍

[0002]金属增材制造可分为融化增材和固相增材两大类：对于融化增材，母材金属在凝固时容易产生裂纹
、
孔洞等缺陷，特别是对于大型构件，往往需要采用热等静压或者结合微区变形的方式才能满足使用实际要求；常见的固相增材工艺包括冷喷涂金属打印和超声波固结等，其基本消除了大部分空洞和裂纹缺陷，但仍然存在界面结合力不足的问题，基于以上问题，搅拌摩擦增材技术被开发出来直接制造金属构件，采用该方法获得的零部件具有残余应力低
、
晶粒细小等优点
。
[0003]对于搅拌摩擦增材制造，目前主流形式可分为基于传统搅拌摩擦对接
、
搭接的
FSAM(Fiction stir additive manufacturing
搅拌摩擦增材制造
)
和基于中空主轴送料沉积的
AFSD(Additive fiction stir deposition
增材型搅拌摩擦沉积制造
)
两大类
。
而对于
AFSD
，按照填料的类型又可分为送棒式和送粉式，其中送粉式
AFSD
由于粉末性能可调节范围更大，采用其制造构件在性能上具有更为广阔的应用空间
。
[0004]对于送粉式
AFSD
，其难点在于如何将松散的粉末通过压力及搅拌摩擦实现致密化，同时保证在轴肩出口处不发生粉末阻塞现象
。
如文献
【CIRP Journal of ManufacturingScience and Technology 38(2022)252
–
267】
中报道了一种采用气体压力输送粉末至中空搅拌头并实现了铝合金块体的增材制备的方法，但宏观试样观察和组织性能分析显示制得块体内部仍然存在大量未焊合现象
。
专利
CN115178855A
报道了一种同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头
、
系统与增材制造方法，其设计了一种搅拌头内部自上而下的环形送粉通道，然而该设计容易导致粉末在出口端堵塞
。
专利
CN111804910A
报道了纳米增强基复合材料的搅拌摩擦锻造增材制造方法及装置，该装置采用螺杆对粉末进行输送和挤压，然而该设计忽略了当粉末被挤压成块体后，搅拌头会将非均匀扭矩传递给合金块体并最终作用至螺杆，这将会导致螺杆发生弹性变形接触螺杆套筒，剧烈摩擦作用下发生提前失效
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于送粉式搅拌摩擦沉积增材装置及方法
。
[0006]本专利技术完整的技术方案包括：
[0007]一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置，包括由自上而下依次设置的挤压装置
1、
旋转
‑‑
推力联轴器
2、
传动轴
3、
挤压杆
8、
联接轴
4、
送粉套筒
5、
刀柄6和搅拌头7：
[0008]所述挤压装置1用于提供粉末压实及挤出过程所需的挤压力；
[0009]所述旋转
‑‑
推力联轴器2用以对旋转中的传动轴3传递推力；
[0010]所述传动轴3进行轴线运动并传递推力；
[0011]所述联接轴4用以将扭矩传递至传动轴3；
[0012]所述送粉套筒5用以提供粉末输送的通道；
[0013]所述刀柄6用以将主轴的扭矩传递至搅拌头7和联接轴4；
[0014]所述搅拌头7用以对压实后的粉末及已增材层进行搅拌摩擦变形
。
[0015]所述挤压杆8在增材过程中对粉末进行挤压密实并最终被挤入搅拌摩擦区域
。
[0016]进一步的，所述挤压杆8通过螺纹连接至传动轴3上，其挤压端外径与搅拌头中空通道尺寸相配合
。
[0017]进一步的，所述搅拌头采用螺纹连接至连接刀柄下方，搅拌头由轴肩
(
或搅拌齿
)、
中空通道和连接螺纹组成，中空通道用于输送粉末并在挤压力的作用下发生密实，轴肩和搅拌齿用来产生摩擦热和促进塑性流动
。
[0018]所述传动轴可在同步旋转的同时实现上下移动，并实现传递挤压力的功能
。
[0019]所述旋转
‑‑
挤压连接装置能将挤压装置提供的挤压力传递至旋转的传动轴上，其结构主要包括一对联轴器及其中间配合放置的一对可提供轴向推力的轴承
。
[0020]所述挤压装置由伺服电机
、
减速机和电动缸组成，可精确控制其上下运动速度
。
[0021]所述送粉装置采用气体送粉并由软管所连接
。
[0022]进一步的，所述挤压装置1固定在机架上，增材制造过程中不发生旋转
。
[0023]进一步的，所述挤压装置为电动推杆
、
液压推杆或气动推杆
。
[0024]进一步的，所述传动轴
3、
挤压杆
8、
联接轴
4、
刀柄6和搅拌头7在增材制造过程始终处于同速旋转状态
。
[0025]进一步的，所述联接轴4可通过花键
、
平键等配合实现对传动轴3的扭矩传递功能，从而实现同速旋转
。
[0026]进一步的，所述搅拌头7的摩擦区
733
具有一定几何形状，
[0027]进一步的，所述摩擦区几何形状为涡形
、
螺形
、
齿形或槽形
。
[0028]利所述装置进行送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造方法，由启动
、
送粉
、
密实
、
挤压及搅拌摩擦和挤压杆回退五个步骤组成：具体包括：
[0029](1)
启动：启动主轴，搅拌头旋转，移动机床
XYZ
轴使搅拌头与基板接触；
[0030](2)
送粉：通过送粉装置将粉末输送至搅拌头的中空通道；
[0031](3)
密实：粉末在挤压杆作用下快速冷压；
[0032](4)
挤压及搅拌摩擦：粉末被挤压杆挤出并通过搅拌摩擦实现粉末的成形及增材层间冶金结合；
[0033](5)
挤压杆回退：挤压杆回退至初始位置
。
[0034]进一步的，通过搅拌头7与基板的接触对基板进行预热以满足粉末成形需求，同时提供粉末挤压的封闭空间
。
[0035]进一步的，所述密实过程中，挤压杆快速下压，并根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置，其特征在于，包括由自上而下依次设置的挤压装置
(1)、
旋转
‑‑
推力联轴器
(2)、
传动轴
(3)、
挤压杆
(8)、
联接轴
(4)、
送粉套筒
(5)、
刀柄
(6)
和搅拌头
(7)
：所述挤压装置
(1)
用于提供粉末压实及挤出过程所需的挤压力；所述旋转
‑‑
推力联轴器
(2)
用以对旋转中的传动轴
(3)
传递推力；所述传动轴
(3)
进行轴线运动并传递推力；所述联接轴
(4)
用以将扭矩传递至传动轴
(3)
；所述送粉套筒
(5)
用以提供粉末输送的通道；所述刀柄
(6)
用以将主轴的扭矩传递至搅拌头
(7)
和联接轴
(4)
；所述搅拌头
(7)
用以对压实后的粉末及已增材层进行搅拌摩擦变形
。
所述挤压杆
(8)
在增材过程中对粉末进行挤压密实并最终被挤入搅拌摩擦区域
。2.
根据权利要求1所述的一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置，其特征在于，所述挤压装置
(1)
固定在机架上，增材制造过程中不发生旋转
。3.
根据权利要求2所述的一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置，其特征在于，所述挤压装置为电动推杆
、
液压推杆或气动推杆
。4.
根据权利要求1所述的一种基于送粉式搅拌摩擦沉积的增材制造装置，其特征在于，所述传动轴
(3)、
挤压杆
(8)、
联接轴
(4)、
刀柄
(6)
和搅拌头

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文龙，吴舒凡，马朝利，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：