功能梯度材料成型装置制造方法及图纸

功能梯度材料成型装置，包括储料器和混料器且通过导管连接，混料器的下端设有喷嘴，储料器的上端通过活塞杆与力传感器连接，力传感器与传动丝杠接触连接，传动丝杠通过电机驱动；储料器、活塞杆、力传感器、传动丝杠和电机构成挤压装置，多个挤压装置共用一个混料器。本发明专利技术采用多头结构的挤压装置，能实现从高温陶瓷逐渐过渡到难熔金属功能梯度复合材料的三维零件快速沉积成型，也可以实现从Ti合金到CoCrMo的合金的复合结构。本发明专利技术提高了功能材料的制造效率，大大降低制造成本，解决了现有的功能材料制造过程中成本高，工艺过程复杂，加工周期长等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维零件增量制造
，涉及一种成型装置，尤其涉及一种功能梯度材料成型装置。
技术介绍
功能梯度材料(Functionally Gradient Materials, FGM)是一种集合各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)、结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或复合性能都呈连续变化，以适应不同环境以及极端情况(如超高温、大温差等)，实现某一特殊功能的一类新型复合材料。伴随着功能梯度材料应用领域的日益扩展，其材料的制造技术也在不断发展。常规情况下，功能梯度材料的制备方法主要有气相沉积法(PVD、CVD)、热喷涂法(等离子、爆炸喷涂、电弧、火焰等)、自蔓延高温合成法(SHS)、粉末冶金法(PM)、渗透法等。这些方法的共同特点是在高温下制造梯度材料，成本高，工艺过程复杂。采用有机的或者水基的粘结剂铸造模具来形成产品，铸造后，去除粘结剂并烧结得到致密陶瓷零件，但这种采用模具的方法，其模具设计和加工时间和成本也会随着零件的几何复杂性的增加而增加，此外，基于模具的方法不能制造内部的通道和空腔3D零件，并且，现有的三维零件制造技术不能控制整个横截面多种材料的梯度变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种功能梯度材料的成型装置，解决现有技术存在的成本高、工艺复杂的问题。本专利技术的目的是这样实现的，一种功能梯度材料成型装置，包括储料器和混料器且通过导管连接，混料器的下端设有喷嘴，储料器的上端通过活塞杆与力传感器连接，力传感器与传动丝杠接触连接，传动丝杠通过电机驱动；储料器、活塞杆、力传感器、传动丝杠和电机构成挤压装置，多个挤压装置共用一个混料器。本专利技术还具有如下特点优选三个挤压装置共用一个混料器。传动丝杠外设有套筒，套筒，经安装座，固结在安装板，上。力传感器与活塞杆通过法兰连接。电机与传动丝杠通过联轴器连接。电机固定在箱体上，箱体固定在安装板上，安装板固定在机床上。本专利技术具有如下有益效果1、本专利技术设有多个挤压头装置(取决于三维零件的表明梯度材料)和相应的挤出成型结构，利用三轴加工中心的工作台的联动，以及现有的数控系统，可实现不同零件的结构成型。2、本专利技术采用多头结构的挤压装置，能实现从高温陶瓷逐渐过渡到难熔金属功能梯度复合材料的三维零件快速沉积成型，超高温陶瓷到难熔金属梯度材料可应用于超音速飞机、导弹弹头和宇宙飞船的推进器喷嘴；本专利技术也可以实现从Ti合金到CoCrMo的合金的复合结构，而Ti合金和CoCrMo合金的复合结构可以应用于人体关节的最佳替代品，从Si3N4过渡到W的功能梯度材料，Si3N4过渡到W的功能梯度零件可用于生物领域。3、本专利技术能提高功能材料的制造效率，大大降低制造成本，解决了现有的功能材料制造过程中成本高，工艺过程复杂，加工周期长等问题。附图说明图1为本专利技术功能梯度材料成型装置结构示意图。图中，1.电机、2.箱体、3.联轴器、4.传动丝杠、5.套筒、6.安装座、7.力传感器、8.法兰、9.活塞杆、10.工作台、11.喷嘴、12.混料器、13.第一固定座、14.导管、15.储料器、16.第二固定座、17.安装板。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的功能梯度材料成型装置，包括储料器15和混料器12且通过导管14连接，混料器12的下端设有喷嘴11，储料器15的上端通过活塞杆9与力传感器7连接，力传感器 与传动丝杠4接触连接,传动丝杠4通过电机I驱动。传动丝杠4外设有套筒5。力传感器7与活塞杆9通过法兰8连接。电机I与传动丝杠4通过联轴器3连接。 电机I固定在箱体2上，箱体2固定在安装板17上，安装板17固定在机床上。储料器15通过第二固定座16固定在安装板17上。混料器12通过第一固定座13固定在安装板17上。储料器15、活塞杆9、力传感器7、传动丝杠4和电机I构成挤压装置，多个挤压装置共用一个混料器12。优选三个挤压装置共用一个混料器12。如图1所示，一种功能梯度材料成型装置，包括电机I (三个)、箱体2、联轴器3 (三头)、传动丝杠4、套筒5、安装座6、力传感器7、法兰8、活塞杆9、工作台10、喷嘴11、混料器12、固定座13、导管14、储料器15、固定座16、安装板17。电机I将旋转力矩经过联轴器3传递给传动丝杠4，将旋转运动转化为传动丝杠4的直线运行。箱体2用于链接和支撑移动部分，套筒5用于保护传动丝杠4，该套筒5经由安装座6固结在安装板17上。传动丝杠4和套筒5之间有相对运动，传动丝杠4下端与力传感器7接触，实时获取挤出力，力传感器7通过法兰8和活塞杆9连接起来，挤出力传递给活塞杆9，活塞杆9挤压储料器15中的配料，通过导管14经混料器12和喷嘴11形成所需的原料，按照数控机床的事先设计好的数控程序驱动工作台10和机床的，挤出成型为所需要的零件毛坯。储料器15通过第二固定座16、混料器12通过第一固定座13分别固定在安装板17上。安装板17将整个的装置结合在一起，组成功能梯度材料的挤出成型系统。梯度材料的形成主要根据成型材料的配方进行，如从超高温陶瓷到难熔金属梯度材料，根据超高温陶瓷材料加入不同的分散剂、有机物等组成超高温陶瓷配方成分，而难熔金属则按照金属材料的粉末加入适度的分散剂和有机物，介于超高温陶瓷和难熔金属材料之间的过渡部分也通过相应的配方放入对应的储料器中。电机I的动力输出轴与传动丝杠4通过联轴器3相连接。传动丝杠4外部有套筒5，套筒5通过安装座6固定在安装板17上，限制其运动方式只能是沿轴线方向做直线移动，构成了旋转运动一直线往复运动转换机构。在联轴器3外部设置有箱体2，电机I固定在箱体2上，箱体2通过螺母安装在安装板17上，安装板17通过多个螺栓固定在机床上。本专利技术的工作过程是整个装置由电机I提供驱动，通过联轴器3带动传动丝杠4做旋转运动,套筒5与传动丝杠4构成旋转运动-直线往复运动转换机构，将旋转运动转变成直线往复运动；直线运动推动活塞杆9对储料器15中的陶瓷膏状材料、金属材料以及过渡材料进行挤压，多个挤压装置中的膏体通过导管14汇聚到储料器12，材料混合均匀后经由喷嘴11喷出，挤出的直径由喷嘴大小确定，每种材料的挤出速度由电机I调节，从而达到不同的材料配比，形成功能梯度材料。由力传感器7采集实时挤压力，组成闭环控制系统，对挤压力进行控制，使其保持一定的数值，从而达到一个恒定的挤出率。采用本专利技术进行快速成型，通过材料的堆积，由机床的工作台10移动得到物体的轮廓，分层堆积成型，材料的梯度变化由电机I的速度调节。本专利技术设有多个挤压头装置(取决于三维零件的表明梯度材料)和相应的挤出成型结构，利用三轴加工中心的工作台的联动，以及现有的数控系统，可实现不同零件的结构成型。本专利技术采用多头结构的挤压装置，能实现从高温陶瓷逐渐过渡到难熔金属功能梯度复合材料的三维零件快速沉积成型，超高温陶瓷到难熔金属梯度材料可应用于超音速飞机、导弹弹头和宇宙飞船的推进器喷嘴；本专利技术也可以实现从Ti合金到CoCrMo的合金的复合结构，而Ti合金和CoCrMo合金的复合结构可以应用于人体关节的最佳替代品，从Si3N4过渡到W的功能梯度材料，Si3N4过渡到W的功能梯度零件可用于生物领域。本专利技术能提高功能材料的制造效率，大大降低制造成本，解决了现有的功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能梯度材料成型装置，其特征在于：包括储料器（15）和混料器（12）且通过导管（14）连接，混料器（12）的下端设有喷嘴（11），储料器（12）的上端通过活塞杆（9）与力传感器（7）连接，力传感器（7）与传动丝杠（4）接触连接，传动丝杠（4）通过电机（1）驱动；储料器（15）、活塞杆（9）、力传感器（7）、传动丝杠（4）和电机（1）构成挤压装置，多个挤压装置共用一个混料器（12）。

【技术特征摘要】
1.一种功能梯度材料成型装置，其特征在于包括储料器(15)和混料器(12)且通过导管(14)连接，混料器(12)的下端设有喷嘴(11)，储料器(12)的上端通过活塞杆(9)与力传感器(7 )连接,力传感器(7 )与传动丝杠(4 )接触连接,传动丝杠(4 )通过电机(I)驱动；储料器(15)、活塞杆(9)、力传感器(7)、传动丝杠(4)和电机(I)构成挤压装置，多个挤压装置共用一个混料器(12)。2.如权利要求1所述的功能梯度材料成型装置，其特征在于三个挤压装置共用一个混料器(12)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淑娟，刘永，张恒，赵智渊，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：