【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固相成型，尤其是涉及一种固相成型加工方法。
技术介绍
1、固相成型技术包括搅拌摩擦焊接技术和固态增材技术。其中，搅拌摩擦焊接技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构等特点受到各国科研机构的关注。搅拌摩擦焊接通过搅拌头与工件表面摩擦，产生大量热，以使得工件快速软化并形成塑性形变流。
2、通常，搅拌摩擦工具安装在搅拌摩擦装置的主轴，被搅拌摩擦装置驱动旋转、移动，来实现搅拌摩擦焊接、搅拌摩擦固态增材等工作。
3、由于搅拌摩擦焊是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，在针对高温合金等高温性能优异的材料进行焊接时，存在以下缺陷：
4、因热量不足，在焊接前，需预先在工件的起始位置打孔，操作繁琐且影响焊接效率；在进行搅拌摩擦焊接时，热量输入不足易导致搅拌头受力过大发生断裂，同时还会导致焊缝残余应力较大，影响焊缝性能；另外，为实现搅拌头与工件之间剧烈摩擦产热，需要对搅拌头施加较大的下压力，导致搅拌摩擦焊接难以应用于具有空腔结构的高温合金产品上。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种固相成型加工方法，至少解决现有技术中的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、提供一种固相成型加工方法，所述固相成型加工方法采用搅拌摩擦工具，所述搅拌摩擦工具下端具有搅拌头，所述搅拌头包括搅拌主体和设置
4、对所述发热环进行加热，使所述发热环产生热量，其中，对所述发热环进行加热的加热温度t可使待加工工件软化而保持低于所述搅拌头的形变温度；
5、所述发热环产生的热量经所述搅拌主体向下传导至所述搅拌头的轴肩和/或焊针处；
6、驱动所述搅拌摩擦工具旋转，以使待加工工件形变并产生摩擦热；
7、所述摩擦热与传导至所述搅拌头的轴肩和/或焊针处的热量汇合，以对待加工工件进行加热使其软化并形成塑性形变流；
8、平移所述搅拌摩擦工具，使所述塑性形变流沉积在所述搅拌头的后方以形成成型部。
9、可选地，所述发热环采用高温合金或高熔点复合材料制造，所述搅拌主体采用pcbn材料或者陶瓷粉末材料制造。
10、可选地，所述对所述发热环进行加热采用电感加热设备，其中，所述电感加热设备包括呈螺旋状环绕在所述发热环外侧的加热部。
11、可选地，还包括：
12、阻止所述搅拌头产生的热量向上传导；
13、其中，优选采用对所述搅拌摩擦工具的中部进行冷却的方式以阻止所述搅拌头产生的热量向上传导。
14、可选地，所述搅拌摩擦工具外周壁设置有散热槽，所述散热槽位于所述搅拌头上方，所述阻止所述搅拌头产生的热量向上传导，具体包括：
15、向所述搅拌摩擦工具的散热槽内喷射冷却液。
16、可选地，所述固相成型加工方法还包括：
17、获取所述搅拌摩擦工具的实时温度；
18、根据所述搅拌摩擦工具的实时温度，调节对发热环的加热温度和/或调节喷射至所述散热槽内的冷却液的流量；
19、若所述搅拌摩擦工具的温度大于预设值，则减小对发热环的加热温度和/或加大所述冷却液的流量；
20、若所述搅拌摩擦工具的温度小于预设值，则加大对发热环的加热温度和/或减小所述冷却液的流量。
21、可选地，所述搅拌摩擦工具外侧套设有套筒，所述套筒内设有与所述散热槽对应的空腔，所述固相加工方法还包括：
22、将从所述散热槽内甩出的冷却液收集至所述空腔内。
23、可选地，所述固相加工方法还包括：
24、在对所述搅拌摩擦工具进行冷却过程中将产生的水蒸气排出至所述空腔外。
25、可选地，所述套筒与所述搅拌摩擦工具之间形成有与所述空腔连通的排气间隙，所述套筒的侧壁开设有与所述排气间隙相连通的排气通道，所述水蒸气经所述排气间隙后通过所述排气通道排出。
26、可选地，所述搅拌摩擦工具上设置有阻水环，所述阻水环位于所述空腔的上下两端，以阻止所述散热槽内甩出的冷却液从所述排气间隙中漏出。
27、可选地，所述套筒上设置有延伸至所述空腔内的排出装置，所述方法还包括：
28、利用所述排出装置将收集在所述空腔内的冷却液排出。
29、可选地，所述固相成型加工方法应用于搅拌摩擦焊接技术，所述驱动所述搅拌摩擦工具旋转，以使待加工工件形变并产生摩擦热，具体包括：
30、驱动所述搅拌摩擦工具旋转并使所述搅拌头下扎至待加工工件的焊缝处；
31、所述搅拌头与待加工工件相对转动，以使待加工工件形变并产生摩擦热。
32、可选地，所述固相成型加工方法应用于固态增材技术，所述搅拌摩擦工具内具有棒料通道，所述棒料通道贯穿所述搅拌摩擦工具的两端。
33、本专利技术具有的有益效果是：
34、采用对发热环进行了加热，使得搅拌主体本身能够产生热量。在应用于固态增材技术时，搅拌主体产生的热量能够传导至其内部的耗材棒，以对耗材棒进行加热使其快速软化，从而提高增材效率。在应用于搅拌摩擦焊接技术时，搅拌主体产生的热量能够向下传导到其尖端的轴肩和焊针处，之后抵达待加工工件的焊接处，使得焊接处的材料受热软化，这样便于搅拌主体伸入待加工工件的接缝内，避免需预先在待加工工件的起始位置打孔的繁琐步骤，减少了工作人员的工作强度。
35、同时，在作业过程中搅拌主体产生的热量能够与待加工工件形变产生的摩擦热汇合，以使焊接部位的材料快速软化形成塑性形变流，并随着搅拌头向前移动，塑性形变流逐渐沉积在焊针背后，从而形成焊缝。不仅提高了焊接效率，而且能够使搅拌头在作业过程中保持高温状态，避免因热量输入不足易导致搅拌头发生断裂。
36、另外，焊接温度的提升还有助于促进动态再结晶使得晶粒长大，释放焊缝的残余应力，从而实现焊缝性能的提升。同时增大热输入，还能够减小待加工工件所受的下压力，实现单面焊头的搅拌摩擦焊焊接具有空腔结构的产品。
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1.一种固相成型加工方法，其特征在于，所述固相成型加工方法采用搅拌摩擦工具(10)，所述搅拌摩擦工具(10)下端具有搅拌头(11)，所述搅拌头(11)包括搅拌主体(111)和设置在所述搅拌主体(111)上的发热环(112)，所述固相成型加工方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述发热环(112)采用高温合金或高熔点复合材料制造，所述搅拌主体(111)采用PCBN材料或者陶瓷粉末材料制造。
3.根据权利要求1所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述对所述发热环(112)进行加热采用电感加热设备，其中，所述电感加热设备包括呈螺旋状环绕在所述发热环(112)外侧的加热部(21)。
4.根据权利要求1所述的固相成型加工方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述搅拌摩擦工具(10)外周壁设置有散热槽(131)，所述散热槽(131)位于所述搅拌头(11)上方，所述阻止所述搅拌头(11)产生的热量向上传导，具体包括：
6.根据权利要求5所述的固相成型加工
7.根据权利要求5所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述搅拌摩擦工具(10)外侧套设有套筒(31)，所述套筒(31)内设有与所述散热槽(131)对应的空腔(313)，所述固相加工方法还包括：
8.根据权利要求7所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述固相加工方法还包括：
9.根据权利要求8所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述套筒(31)与所述搅拌摩擦工具(10)之间形成有与所述空腔(313)连通的排气间隙，所述套筒(31)的侧壁开设有与所述排气间隙相连通的排气通道(314)，所述水蒸气经所述排气间隙后通过所述排气通道(314)排出。
10.根据权利要求9所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述搅拌摩擦工具(10)上设置有阻水环(132)，所述阻水环(132)位于所述空腔(313)的上下两端，以阻止所述散热槽(131)内甩出的冷却液从所述排气间隙中漏出。
11.根据权利要求7所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述套筒(31)上设置有延伸至所述空腔(313)内的排出装置(33)，所述固相加工方法还包括：
12.根据权利要求1至11任意一项所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述固相成型加工方法应用于搅拌摩擦焊接技术，所述驱动所述搅拌摩擦工具(10)旋转，以使待加工工件(50)形变并产生摩擦热，具体包括：
13.根据权利要求1至11任意一项所述的固相成型加工方法，所述固相成型加工方法应用于固态增材技术，所述搅拌摩擦工具(10)内具有棒料通道(113)，所述棒料通道(113)贯穿所述搅拌摩擦工具(10)的两端。
...【技术特征摘要】
1.一种固相成型加工方法，其特征在于，所述固相成型加工方法采用搅拌摩擦工具(10)，所述搅拌摩擦工具(10)下端具有搅拌头(11)，所述搅拌头(11)包括搅拌主体(111)和设置在所述搅拌主体(111)上的发热环(112)，所述固相成型加工方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述发热环(112)采用高温合金或高熔点复合材料制造，所述搅拌主体(111)采用pcbn材料或者陶瓷粉末材料制造。
3.根据权利要求1所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述对所述发热环(112)进行加热采用电感加热设备，其中，所述电感加热设备包括呈螺旋状环绕在所述发热环(112)外侧的加热部(21)。
4.根据权利要求1所述的固相成型加工方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述搅拌摩擦工具(10)外周壁设置有散热槽(131)，所述散热槽(131)位于所述搅拌头(11)上方，所述阻止所述搅拌头(11)产生的热量向上传导，具体包括：
6.根据权利要求5所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述固相成型加工方法还包括：
7.根据权利要求5所述的固相成型加工方法，其特征在于，所述搅拌摩擦工具(10)外侧套设有套筒(31)，所述套筒(31)内设有与所述散热槽(131)对应的空腔(313)，所述固相...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭达伟，汪虎，林慧怡，徐萌，朱志雄，李文晓，郭志达，谭立武，
申请(专利权)人：澳门发展及质量研究所，
类型：发明
国别省市：
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