[發明專利]基于自發熱的攪拌摩擦成形裝置及工藝

有效

• 申請號: 201510335053.3
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN105013939B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 胡志力;華林;嚴勇;吳超
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B21D31/00
• 分類號: B21D31/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮,王淳景

1.一種基于自發熱的攪拌摩擦成形裝置，該裝置包括控制系統、數控成形機床和壓邊機構，所述控制系統與數控成形機床連接，所述壓邊機構安裝在所述數控成形機床的工作臺上、且可沿豎直方向移動；其特征在于，該裝置還包括攪拌頭、支撐機構和紅外線測溫儀；

所述攪拌頭安裝在所述數控成形機床的主軸末端、位于板料的上方，所述攪拌頭高速旋轉以使攪拌頭鄰近區域的板料熱塑化，所述攪拌頭與板料接觸的端部設有可拆卸的圓柱形、半球形或滾珠形的連接部，所述連接部的表面設有半球形的凸起，所述凸起的半徑為0.1～1mm；

所述支撐機構設置在板料的下方，所述支撐機構包括成形臺面、支撐導柱、傳動機構和支撐桿，所述成形臺面安裝在工作臺上、且可沿水平方向移動，所述支撐導柱安裝在成形臺面上，所述傳動機構安裝在支撐導柱上，所述支撐桿與傳動機構連接、可在所述傳動機構的控制下沿豎直方向移動，所述支撐桿位于攪拌頭的正下方；

所述紅外線測溫儀設置在板料的上方，所述紅外線測溫儀將檢測到的板料成形區域的溫度反饋給控制系統，控制系統再控制攪拌頭的轉速和成形速度，使板料成形區域的溫度保持在板料的熱成形溫度區間范圍內。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述連接部的半徑為1～10mm。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壓邊機構包括導桿、導套和壓塊，所述導桿安裝在數控成形機床的工作臺上，所述導套安裝在導桿的頂端、可沿豎直方向移動，所述壓塊設置在導套的上方，所述板料固定安裝在壓塊與導套之間。

4.一種基于以上任一權利要求所述裝置的攪拌摩擦成形工藝，包括以下步驟：

S1、根據所需加工零件幾何特征和三維曲面模型，生成攪拌頭的加工軌跡；

S2、將攪拌頭的加工軌跡偏移一個板料厚度值，生成支撐桿的運動軌跡；

S3、安裝板料于壓邊機構內，校準攪拌頭和支撐桿的初始位置，使攪拌頭和支撐桿位于板料最上一層加工軌跡處；

S4、啟動數控成形機床，控制主軸進而控制攪拌頭的旋轉速度，攪拌頭高速旋轉并通過支撐桿的作用對板料施加一個初始壓下量0.01～0.1mm，成形進給量為0.1～5mm，板料在攪拌頭高速旋轉和初始壓下量下迅速升溫軟化，當板料溫度達到熱成形溫度區間后，攪拌頭按照步驟S1中生成的加工軌跡進行板料的成形，直至該層板料成形結束，同時，支撐桿的運動軌跡與攪拌頭一致，使得攪拌頭在成形過程中始終對板料施加一個初始壓下量0.01～0.1mm；

S5、將攪拌頭和支撐桿均向下移動一個進給量、以位于板料下一層加工軌跡處，重復步驟S4，完成下一層板料成形，如此直至完成整個板料成形。

5.根據權利要求4所述的工藝，其特征在于，所述步驟S1具體包括：采用三維制圖軟件建立CAD模型，并將模型沿加工路徑方向離散，利用后處理加工軟件生成等高線加工軌跡，并將此軌跡沿板料軸向偏移一個初始壓入量0.01～0.1mm，即生成攪拌頭的加工軌跡。

6.根據權利要求4所述的工藝，其特征在于，所述步驟S3具體包括：將板料下料，切割指定尺寸，并裝夾在壓邊機構內，使板料的幾何中心與壓邊機構的幾何中心重合，將支撐桿支撐于板料下方，同時將步驟S1中攪拌頭的加工軌跡偏移一個板料厚度，形成支撐桿的運動軌跡。