一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置及方法，属于搅拌摩擦增材制造技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种液冷搅拌摩擦增材制造装置及方法，属于搅拌摩擦增材制造

。

技术介绍

[0002]随着航空航天大型轻量化金属构件升级换代步伐的急剧加快，研制周期不断缩短，传统“铸造
/
锻造
+
机加工”的制造方式已难以满足低成本
、
高效率的制造要求和复杂化
、
轻质化
、
整体化的结构要求
。
搅拌摩擦增材制造技术作为一种固相增材制造方式，全过程不涉及材料的熔化和凝固，直接在固态或热塑化状态下沉积成形，避免了熔化增材制造易形成气孔
、
裂纹等缺陷的弊端，在铝合金
、
镁合金等轻合金增材制造领域具有巨大的优势
。
[0003]然而，该方法与搅拌摩擦焊接以及铣削过程存在一定的类似性，在铝合金等轻合金增材过程中增材工具对应焊具
、
铣刀表面极易形成积屑，造成增材工具型面尺寸精度的超差，甚至在积屑过量堆积后影响增材过程的工作，并使得增材工具无法重启动工作
。
[0004]因此，亟需提出一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置及方法，以解决上述技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决增材过程中增材工具表面极易形成积屑，影响增材过程的问题，提供一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置及方法，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解
。
应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述
。
它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围
。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置，包括非旋转部件和旋转部件，非旋转部件的内侧同轴设置有旋转部件，非旋转部件包括输送部
、
液冷介质导入部
、
液冷介质导出部和增材原料送入部，输送部具有锥形的中空通道，输送部的侧面设置有液冷介质导入部
、
液冷介质导出部
、
增材原料送入部，增材原料送入部位于液冷介质导入部
、
液冷介质导出部之间，旋转部件包括旋转台阶部，锥形的旋转台阶部设置在中空通道内，旋转台阶部的外壁设置有旋转台阶
。
[0008]优选的：输送部的一侧从上到下设置有液冷介质导入部
、
液冷介质导出部，输送部的另一侧设置有增材原料送入部，输送部的中空通道与液冷介质导入部
、
液冷介质导出部
、
增材原料送入部连通
。
[0009]优选的：非旋转部件的上部焊接有夹持部，夹持部上加工有周向等距布置的若干通孔，夹持部用于与机加工设备的主轴非旋转定子部分连接，通孔用于定位装夹，输送部的下部为锥形，输送部的底端具有轴肩部
。
[0010]优选的：旋转部件还包括夹持部和搅拌针部，夹持部
、
旋转台阶部
、
搅拌针部顺次
设置，夹持部侧面设置有铣平面，夹持部用于与机加工设备的旋转主轴转子部分连接，铣平面用于侧固式装夹
。
[0011]优选的：台阶横面与纵面相互垂直，旋转台阶与中空通道之间配合，装配间隙
0.1
～
0.3mm。
[0012]优选的：旋转台阶部的底面均布有圆台型的搅拌针部，旋转台阶部的底面与轴肩部位于同一平面
。
[0013]优选的：旋转台阶部表面设有碳化钨或碳化铬硬质陶瓷涂层
。
[0014]一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：旋转部件启动，旋转部件高速旋转；
[0016]步骤二：强制液冷介质从液冷介质导入部以速率
F1
注入，并沿着连续贯通的送丝与液体冷却介质通道旋转台阶向下流动，随后从液冷介质导出部以速率
F2
流出，增材原料丝同步以速率
D1
从增材原料送入部送入，并在旋转台阶部的挤压推动作用下向下运动，其在有强制液冷介质的区域
Z2
不会发生热塑化，而在进入没有强制液冷介质的区域
Z3
后开始热塑化，随后被挤入轴肩部和搅拌针部附近，在二者的大塑性变形与热塑化作用下以沉积速率
D2
形成致密平整的增材制造层；
[0017]步骤三：装置同步沿着增材路径运动，形成增材制造层，并在增材一层完成后，抬起一定距离再进行下一层的增材制造
。
[0018]优选的：步骤二中，中空通道分为四个区域，分别为没有强制液体冷却介质和增材原料丝送入的第一区域
、
有强制液体冷却介质而增材原料丝不会热塑化的第二区域
、
无强制液体冷却介质而增材原料丝初步热塑化的第三区域
、
增材制造层沉积成形的第四区域，第一区域
、
第二区域
、
第三区域
、
第四区域从上到下布置，液冷介质导入部位于第一区域，增材原料送入部位于第二区域，液冷介质导出部位于第三区域，搅拌针部位于第四区域
。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020]1.
本专利技术通过旋转台阶可以提供对增材原料丝持续的推动力，以达到强制去除积屑并防止后续积屑的作用；
[0021]2.
本专利技术通过锥形中空通道与旋转部件的旋转台阶部配合，从而提供增材原料持续向下输送的推动力，构成的通道即可连续贯通的送丝，也可实现连续贯通的液体冷却介质的输送，设计合理，降低了结构的复杂程度，节约成本
、
降低重量的同时，保证冷却效果；
[0022]3.
本专利技术适用性广，可推广应用至各类基于连续送料原理的搅拌摩擦固相增材制造过程
。
附图说明
[0023]图1是一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置的工作过程示意图；
[0024]图2是非旋转部件结构示意图；
[0025]图3是旋转部件结构示意图
。
[0026]图中：1‑
非旋转部件，
101
‑
夹持部，
10101
‑
定位装夹通孔，
102
‑
输送部，
10201
‑
锥形中空通道，
103
‑
液冷介质导入部，
104
‑
液冷介质导出部，
105
‑
增材原料送入部，
106
‑
轴肩部，2‑
旋转部件，
201
‑
夹持部，
20101
‑
侧铣平面，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：包括非旋转部件
(1)
和旋转部件
(2)
，非旋转部件
(1)
的内侧同轴设置有旋转部件
(2)
，非旋转部件
(1)
包括输送部
(102)、
液冷介质导入部
(103)、
液冷介质导出部
(104)
和增材原料送入部
(105)
，输送部
(102)
具有锥形的中空通道
(10201)
，输送部
(102)
的侧面设置有液冷介质导入部
(103)、
液冷介质导出部
(104)、
增材原料送入部
(105)
，增材原料送入部
(105)
位于液冷介质导入部
(103)、
液冷介质导出部
(104)
之间，旋转部件
(2)
包括旋转台阶部
(202)
，锥形的旋转台阶部
(202)
设置在中空通道
(10201)
内，旋转台阶部
(202)
的外壁设置有旋转台阶
(20201)。2.
根据权利要求1所述的一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：输送部
(102)
的一侧从上到下设置有液冷介质导入部
(103)、
液冷介质导出部
(104)
，输送部
(102)
的另一侧设置有增材原料送入部
(105)
，输送部
(102)
的中空通道
(10201)
与液冷介质导入部
(103)、
液冷介质导出部
(104)、
增材原料送入部
(105)
连通
。3.
根据权利要求1所述的一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：非旋转部件
(1)
的上部焊接有夹持部
(101)
，夹持部
(101)
上加工有周向等距布置的若干通孔
(10101)
，夹持部
(101)
用于与机加工设备的主轴非旋转定子部分连接，通孔
(10101)
用于定位装夹，输送部
(102)
的下部为锥形，输送部
(102)
的底端具有轴肩部
(106)。4.
根据权利要求3所述的一种强制液冷防积屑的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：旋转部件
(2)
还包括夹持部
(201)
和搅拌针部
(203)
，夹持部
(201)、
旋转台阶部
(202)、
搅拌针部
(203)
顺次设置，夹持部
(201)
侧面设置有铣平面
(20101)
，夹持部
(201)
用于与机加工设备的旋转主轴转子部分连接，铣平面
(20101)

【专利技术属性】
技术研发人员：谢聿铭，董嘉宁，黄永宪，孟祥晨，孙秀文，赵耀邦，李峻臣，马潇天，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：