[發明專利]一種棒料攪拌摩擦增材制造裝置及方法

在審

• 申請號: 202210193352.8
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114523189A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 陳剛;朱志雄;聶盼;林永勇;胡峰峰;汪虎;楊國舜;張華德
• 申請（專利權）人: 航天工程裝備（蘇州）有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B33Y30/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李艾

本發明涉及一種棒料攪拌摩擦增材制造裝置及方法，包括框架；攪拌摩擦組件包括傳動機構、中空轉軸機構和鍛壓套，中空轉軸機構內設置有貫穿的軸孔，傳動機構和中空轉軸機構安裝在框架上，傳動機構驅動中空轉軸機構相對框架旋轉，中空轉軸機構伸出框架的一端連接鍛壓套；供料組件包括頂桿機構和裝料機構，頂桿機構相對中空轉軸機構安裝于框架上，裝料機構設置于頂桿機構與中空轉軸機構之間，裝料機構上設置有貫穿的出料口，裝料機構包括對應出料口設置的推料部，頂桿機構、出料口和軸孔同軸設置。本發明以棒料作為增材介質，塑化快、塑化后的材料易于控制，且實現了棒料的持續供料，操作簡便、可靠性高，增材效率高、效果好。

技術領域

本發明涉及摩擦增材技術領域，尤其是指一種棒料攪拌摩擦增材制造裝置及方法。

背景技術

增材制造技術是利用連續的分層打印和自下而上的層層堆疊，最終形成三維實體的技術，相對于傳統的車銑刨磨等減材加工技術，具有減少材料浪費、縮短加工工序、提高加工效率等優點，并且增材獲得的金屬零件具有更好的機械性能，因此金屬增材制造技術具有廣闊的應用前景，是智能制造領域的關鍵技術之一。

攪拌摩擦沉積增材(additive friction stir deposition,AFSD)制造技術是基于攪拌摩擦焊接技術發展而來的一種新興金屬增材技術，該技術的工作原理是金屬棒料或粉末通過旋轉的中空主軸內部輸送到基板表面，金屬棒料或粉末與基板發生劇烈摩擦，產生摩擦熱，摩擦熱將金屬材料進行塑性軟化，塑化材料在軸肩的鍛壓力作用下與基板結合形成第一層沉積層，隨著空心軸的移動，在初始層上不斷添加后續層，最終形成三維實體零件。與基于熔覆的金屬增材制造技術相比，攪拌摩擦沉積增材技術由于是固相沉積，摩擦熱量未達到材料熔點，材料無孔隙、收縮、稀釋、元素偏析、熱裂紋等熔化和凝固缺陷，并且增材效率高，殘余應力小，零件致密度均勻性好。該技術可用于制造金屬涂層、零件修復以及制造用于航空航天、醫學、軍事等領域的功能梯度材料。

攪拌摩擦沉積增材技術的供給材料可為絲材、粉材和棒料等，絲材不能與基板充分摩擦，產生的摩擦熱量較少，材料不能充分塑化，常出現沉積層不連續等缺陷，粉材在主軸旋轉時，不易控制其沉積方向，沉積層厚度不均勻，同時容易堵塞出料口。

公開號為CN112496522A的發明專利文件公開了一種以絲材為進料的攪拌摩擦增材裝置和增材制造方法，該方法通過送絲機將絲材送入中空主軸腔體內部，通過擠壓件將絲材擠壓為棒狀絲材，棒狀絲材隨攪拌頭旋轉，并與基板摩擦產生熱量，塑化后沉積在基板上，但是棒狀絲材與棒料相比致密度很差，塑化后形成的沉積層也無法均勻連續。

公開號為CN113118612A的發明專利申請文件公開了一種以顆粒物為進料的攪拌摩擦增材裝置和方法，該裝置包含有剪絲機構，將絲材裁剪為顆粒物輸入旋轉的中空主軸中，裁剪后的顆粒物在主軸腔體內的流動方向無法控制，無法按照理想狀態由螺旋槽流出，沉積在基板表面，同時顆粒物不能與基板進行充分摩擦，無法獲得充分的塑化熱量，材料塑化程度不足。

以金屬棒料作為供給材料時，高速旋轉的棒料與基板摩擦能夠產生大量的熱量，足以將金屬材料塑化，同時塑化后的材料更易控制，成型效果更好。但是金屬棒料相對于絲材和粉材，不易實現上料，無法實現自動化的連續供給，這將造成增材過程不連續，沉積層層間分層等問題，嚴重制約攪拌摩擦沉積增材的增材效率和增材質量。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中棒料無法實現自動化連續供給的缺陷，設計一種棒料連續自動化供給的攪拌摩擦增加制造裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種棒料攪拌摩擦增材制造裝置，包括：

框架；

攪拌摩擦組件，所述攪拌摩擦組件包括傳動機構、中空轉軸機構和鍛壓套，所述中空轉軸機構內設置有貫穿的軸孔，所述傳動機構和中空轉軸機構安裝在所述框架上，所述傳動機構驅動所述中空轉軸機構相對所述框架旋轉，所述中空轉軸機構伸出所述框架的一端連接所述鍛壓套；