[發明專利]一種組分可調同步送料的摩擦頭及摩擦增材制造方法

有效

• 申請號: 201910550014.3
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110193658B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 黃永憲;鄒明達;孟祥晨;謝聿銘
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B33Y10/00;B33Y40/00;B33Y40/10;B33Y40/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

1.一種摩擦頭，其特征在于：包括摩擦體(1)、進料部(2)和送料部(3)，進料部(2)和送料部(3)上下設置且制成一體，并且摩擦體(1)、進料部(2)和送料部(3)的軸線互相重合；進料部(2)和送料部(3)套裝在摩擦體(1)的外側；

所述的摩擦體(1)包括夾持部(1-1)、連接部(1-2)和摩擦部(1-3)，所述的夾持部(1-1)、連接部(1-2)和摩擦部(1-3)為上中下設置且制成一體；所述的夾持部(1-1)為圓柱體且外表面上設有夾持面(1-1-1)；所述的摩擦部(1-3)為圓柱體，且摩擦部(1-3)的一端與連接部(1-2)固定連接，摩擦部(1-3)的另一端為內凹面；所述的進料部(2)和送料部(3)套裝在摩擦部(1-3)的外側；

所述的進料部(2)為圓筒狀，圓筒底面中心開有圓形通孔，摩擦體(1)穿過該圓形通孔套裝在進料部(2)的內部，并且該圓形通孔的邊沿固定安裝在送料部(3)的上部外表面；進料部(2)的內壁和送料部(3)的上表面與摩擦部(1-3)的外表面構成環狀的上部儲料池(2-1)；并且進料部(2)的圓筒底面上還開有兩個圓形的送料孔(2-2)，兩個送料孔(2-2)關于進料部(2)的軸線對稱；

所述的送料部(3)為圓環狀結構，該圓環的內環壁上開有兩個同向的螺旋凹槽，螺旋凹槽貫穿整個圓環的內環壁，并且兩個螺旋凹槽關于送料部(3)的軸線對稱；送料部(3)套裝在摩擦部(1-3)的下部，兩個螺旋凹槽與送料部(3)的下部外表面構成兩個螺旋狀的送料通道(3-1)；所述的送料通道(3-1)的上端與送料孔(2-2)連通。

2.根據權利要求1所述的一種摩擦頭，其特征在于：所述的摩擦部(1-3)的內凹面為3°～5°的圓錐面。

3.根據權利要求1所述的一種摩擦頭，其特征在于：所述的送料通道(3-1)的截面為矩形，螺距為12mm，外徑為24～100mm。

4.根據權利要求1所述的一種摩擦頭，其特征在于：所述的送料孔(2-2)的直徑為4～12mm。

5.根據權利要求1所述的一種摩擦頭，其特征在于：所述的送料孔(2-2)與送料通道(3-1)的數量為1個或2個以上，且多個送料孔(2-2)或多個送料通道(3-1)之間不關于摩擦體(1)的軸線對稱。

6.根據權利要求1所述的一種摩擦頭，其特征在于：所述的摩擦體(1)材質為H13型熱作模具鋼、高速鋼或陶瓷。

7.一種利用權利要求1所述的摩擦頭進行組分可調同步送料摩擦增材制造的方法，其特征在于：所述的方法通過以下步驟實現的：

步驟一、首先打磨基板(4)表面并使用丙酮處理，將摩擦體(1)的夾持部(1-1)通過夾持面(1-1-1)安裝在攪拌摩擦焊機的轉軸上，并將摩擦部(1-3)的內凹面與基板(4)的表面接觸；

步驟二、調整摩擦頭的傾斜角度：調整摩擦頭的軸線與基板(4)法線的夾角為0～3°；

步驟三、將摩擦頭移至基板(4)的表面，并壓入基板(4)的表面，壓入深度為0.05～1mm；并向摩擦頭的進料部(2)的上部儲料池(2-1)內加入成型粉料；

步驟四、啟動攪拌摩擦機，摩擦頭以10～5000rpm的轉速轉動，摩擦頭的行進速度為1～200mm/min，進行增材制造，得到增材層(5)。

步驟五、重復上述步驟一、步驟二、步驟三和步驟四，經過多次增材制造后，將摩擦頭內的成型粉料去除后，使用摩擦頭對基板(4)上的增材層(5)進行碾壓處理。

8.根據權利要求7所述的摩擦頭進行組分可調同步送料摩擦增材制造的方法，其特征在于：所述的步驟一中的成型粉料種類為一種或多種，其中成型粉料包括金屬粉料或金屬粉料與增強相構成的混合粉料，其中增強相為碳材料、陶瓷、金屬氧化物或/和碳化硅。