[發明專利]一種激光和摩擦復合增減材加工裝置及方法

在審

• 申請號: 202110572858.5
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113275897A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 韓冰;汪華;汪汶錚;李艷麗
• 申請（專利權）人: 廣東中科德弗激光科技有限公司
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B23K26/00;B23K28/02
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 陳雪飛

本發明提供了一種激光和摩擦復合增減材加工裝置及方法，該裝置包括：架體、第一增減材組件和第二增減材組件，第一增減材組件包括激光頭和送粉噴嘴，激光頭的側面設置有豎直方向的導軌，送粉噴嘴設置在激光頭的末端，并適于將金屬粉末送至增材激光源的激光焦點處；架體包括支座和支架，支架與所述激光頭平行設置，且支架的側面設置有適于與導軌相配合的第一運動單元，以調整激光頭相對支架沿豎直方向運動；第二增減材組件包括驅動電機、銑削刀具、旋轉摩擦頭和旋轉基座，旋轉基座與支架轉動連接，旋轉摩擦頭和銑削刀具與激光頭平行設置，且旋轉摩擦頭和銑削刀具分別設置于旋轉基座高度方向的兩端。該裝置結構緊湊、制造成本低。

技術領域

本發明涉及金屬零件增減材制造技術領域，具體而言，涉及一種激光和摩擦復合增減材加工裝置及方法。

背景技術

近年來，增材制造技術由于其一系列優點，例如快速、靈活、節省成本等，很好地彌補了傳統的減材制造方法的不足，適合復雜零件的快速制造。

與選區激光熔化金屬3D打印技術相比較，激光輔助增材制造技術尤其適用于對大尺寸金屬零件的制造及修復過程。但由于激光熔池的快速非平衡凝固特征導致增材金屬的殘余應力及變形大、柱狀晶粒粗大、裂紋缺陷明顯等問題，對增材金屬力學性能的提高極為不利。

摩擦增材技術是在攪拌摩擦加工技術及設備的基礎上開發而來，能夠繼承攪拌摩擦加工技術具有的固相加工殘余應力低、細化晶粒等優勢。因此，將激光輔助增材與摩擦增材過程相結合有望實現對大尺寸、復雜結構金屬零件的制造，而且零件殘余應力及變形小、晶粒細化、裂紋和氣孔缺陷被抑制，但現有技術中，將激光輔助增材與摩擦增材過程相結合時，由于在摩擦增材過程中，金屬會從摩擦面邊緣擠出凝固而形成金屬飛邊，顯著增大增材金屬表面的粗糙度，不利于激光輔助增材過程中的熔池形成和送粉過程穩定連續地進行。

發明內容

本發明解決的問題是現有摩擦增材過程中，金屬會從摩擦面邊緣擠出凝固而形成金屬飛邊，顯著增大增材金屬表面的粗糙度，不利于激光輔助增材過程中的熔池形成和送粉過程穩定連續地進行中的至少一個方面。

為解決上述問題，本發明提供一種激光和摩擦復合增減材加工裝置，包括：架體、第一增減材組件和第二增減材組件，其中，

所述第一增減材組件包括激光頭和送粉噴嘴，所述激光頭的側面設置有豎直方向的導軌，所述送粉噴嘴設置在所述激光頭的末端，并適于將金屬粉末送至增材激光源的激光焦點處；

所述架體包括支座和支架，所述支架垂直固定在所述支座上，所述支架與所述激光頭平行設置，且所述支架的側面設置有適于與所述導軌相配合的第一運動單元，所述第一運動單元與所述導軌滑動設置，以調整所述激光頭相對所述支架沿豎直方向運動；

所述第二增減材組件包括驅動電機、銑削刀具、旋轉摩擦頭和旋轉基座，所述旋轉基座與所述支架轉動連接，所述驅動電機用于與所述旋轉摩擦頭和所述銑削刀具相連接，所述旋轉摩擦頭和所述銑削刀具與所述激光頭平行設置，且所述旋轉摩擦頭和所述銑削刀具分別設置于所述旋轉基座高度方向的兩端。

優選地，所述旋轉基座包括基體和沿高度方向設置于所述基體兩端的傳動齒輪，所述基體與所述支架轉動連接，所述傳動齒輪用于與所述驅動電機驅動連接，且兩個所述傳動齒輪分別用于連接所述旋轉摩擦頭或所述銑削刀具。

優選地，所述支架包括相對設置的兩個連接端，且兩個所述連接端之間適于所述旋轉基座帶動所述旋轉摩擦頭和所述銑削刀具旋轉；所述旋轉基座還包括連接軸桿，所述基體長度方向的兩端設置與所述連接軸桿轉動連接的軸承，所述基體的內部設置與所述連接軸桿相配合的通孔，所述連接軸桿適于貫穿所述軸承和所述通孔并連接于所述支架相對設置的兩個連接端之間。