本發(fā)明涉及攪拌摩擦增材，尤其涉及攪拌摩擦增材制造裝置及攪拌摩擦增材制造方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造技術(shù)通過逐漸累加材料的方式制造實(shí)體零件。隨著航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，為了能夠滿足對于大型高強(qiáng)的整體結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)需求，攪拌摩擦增材制造技術(shù)被開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)對于如鋁、鎂合金等輕質(zhì)合金結(jié)構(gòu)件的制造。

2、攪拌摩擦增材制造技術(shù)是一種基于攪拌摩擦焊技術(shù)的固相非熔化增材制造方法，其通過攪拌頭的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)摩擦產(chǎn)熱，使得料材塑性變形并融合在一起。通過攪拌摩擦增材制造技術(shù)進(jìn)行增材制造的過程中，能夠避免傳統(tǒng)增材制造方法在熔化、凝固的過程中產(chǎn)生的氣孔、裂紋等缺陷，保證增材體具有良好的力學(xué)性能。攪拌摩擦增材制造技術(shù)生產(chǎn)過程中的料材各不相同，能夠?qū)⒘喜姆譃榘宀摹舨?、絲材和粉材等。在使用棒材進(jìn)行攪拌摩擦增材制造時(shí)，相較于使用其它料材的成本低、效率高，故棒材得到了廣泛的應(yīng)用。

3、然而，使用棒材進(jìn)行攪拌摩擦增材制造時(shí)，棒材需要一定時(shí)間以達(dá)到塑化狀態(tài)，現(xiàn)有的攪拌摩擦增材裝置或犧牲起頭段增材體的質(zhì)量以追求效率，或犧牲效率以保證起頭段增材體的質(zhì)量，難以兼顧兩者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有攪拌摩擦裝置難以兼顧起頭段增材體的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提供一種攪拌摩擦增材制造裝置及攪拌摩擦增材制造方法，能夠兼顧高的起頭段增材體的質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種攪拌摩擦增材制造裝置，包括攪拌件，所述攪拌件上設(shè)有攪拌面，所述攪拌件沿軸向中空形成送料通道，所述送料通道的出料端設(shè)置在所述攪拌面上，所述送料通道用于向基材一側(cè)輸送料材；驅(qū)動(dòng)件，所述驅(qū)動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)端連接所述攪拌件，所述驅(qū)動(dòng)件被配置為在第一次輸送所述料材前、帶動(dòng)所述攪拌件旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并移動(dòng)至所述基材的表面預(yù)設(shè)距離處，在第一次輸送所述料材時(shí)、帶動(dòng)所述攪拌件相對所述基材沿預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)，以及在所述攪拌件或/和所述基材達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后、帶動(dòng)所述攪拌件進(jìn)行攪拌摩擦增材；控溫件，所述控溫件被配置為在所述攪拌件沿所述預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)時(shí)，控制所述攪拌件或/和所述基材達(dá)到所述預(yù)設(shè)溫度。

3、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)距離設(shè)置為不低于所述基材的表面2mm至不高于所述基材的表面5mm。

4、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述攪拌面上設(shè)有至少一個(gè)攪拌槽，所述攪拌槽設(shè)置為環(huán)形且環(huán)繞所述送料通道的出料端設(shè)置，當(dāng)設(shè)有多個(gè)所述攪拌槽時(shí)，多個(gè)所述攪拌槽同心設(shè)置。

5、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述攪拌槽的尺寸滿足以下關(guān)系，d1-15mm≤d2≤d1-2mm，2mm≤w≤3mm，1mm≤d3≤2mm，其中，d1為所述攪拌面的直徑，d2為所述攪拌槽的直徑，w為所述攪拌槽的槽寬，d1為所述攪拌槽的槽深。

6、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，沿所述預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)包括沿?cái)嚢枘Σ猎霾姆较蛞苿?dòng)并朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)直線移動(dòng)、沿?cái)嚢枘Σ猎霾姆较蛞苿?dòng)并朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)圓柱螺旋線移動(dòng)、朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)直線移動(dòng)、朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)圓柱螺旋線移動(dòng)中的任意一種。

7、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)圓柱螺旋線移動(dòng)時(shí)，所述圓柱螺旋線的圓柱面直徑d4不大于所述攪拌面的直徑d1。

8、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控溫件包括測溫部件，所述測溫部件用于檢測所述攪拌件或/和所述基材的溫度。

9、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述測溫部件設(shè)置為接觸式測溫部件，所述接觸式測溫部件連接所述攪拌件，所述接觸式測溫部件與所述攪拌面間的距離d5滿足關(guān)系式，0.5mm≤d5≤5mm。

10、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控溫件包括加熱部件和冷卻部件，所述加熱部件用于加熱所述攪拌件或/和所述基材，所述冷卻部件用于冷卻所述攪拌件或/和所述基材。

11、第二方面，本發(fā)明還提供一種攪拌摩擦增材制造方法，包括以下步驟：

12、s1、通過驅(qū)動(dòng)件帶動(dòng)攪拌件轉(zhuǎn)動(dòng)至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并移動(dòng)至基材的表面預(yù)設(shè)距離處；

13、s2、通過所述攪拌件的送料通道向所述基材一側(cè)輸送料材；

14、通過所述驅(qū)動(dòng)件帶動(dòng)所述攪拌件相對所述基材沿預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)；

15、通過控溫件控制所述攪拌件或/和所述基材達(dá)到預(yù)設(shè)溫度；

16、s3、通過所述驅(qū)動(dòng)件在所述攪拌件或/和所述基材達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，帶動(dòng)所述攪拌件進(jìn)行攪拌摩擦增材。

17、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

18、本發(fā)明所述的攪拌摩擦增材制造裝置，通過設(shè)置驅(qū)動(dòng)件和控溫件以協(xié)助攪拌件，在開始增材前就利用攪拌件移動(dòng)到位這一段時(shí)間進(jìn)行加熱，使得攪拌件移動(dòng)到位、開始攪拌摩擦增材時(shí)，棒材已達(dá)到合適增材的塑化狀態(tài)，適應(yīng)性強(qiáng)。一方面，有效節(jié)省了開始攪拌摩擦增材后再進(jìn)行加熱所浪費(fèi)的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；另一方面，使得攪拌件加工時(shí)材料均為塑化狀態(tài)，塑化位置固定，大大降低了起頭段增材體存在結(jié)合不良部位的可能性，保證了起頭段高的增材質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：所述預(yù)設(shè)距離設(shè)置為不低于所述基材的表面2mm至不高于所述基材的表面5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：所述攪拌面上設(shè)有至少一個(gè)攪拌槽，所述攪拌槽設(shè)置為環(huán)形且環(huán)繞所述送料通道的出料端設(shè)置，當(dāng)設(shè)有多個(gè)所述攪拌槽時(shí)，多個(gè)所述攪拌槽同心設(shè)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：所述攪拌槽的尺寸滿足以下關(guān)系，d1-15mm≤d2≤d1-2mm，2mm≤w≤3mm，1mm≤d3≤2mm，其中，d1為所述攪拌面的直徑，d2為所述攪拌槽的直徑，w為所述攪拌槽的槽寬，d3為所述攪拌槽的槽深。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：沿所述預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)包括沿?cái)嚢枘Σ猎霾姆较蛞苿?dòng)并朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)直線移動(dòng)、沿?cái)嚢枘Σ猎霾姆较蛞苿?dòng)并朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)圓柱螺旋線移動(dòng)、朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)直線移動(dòng)、朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)圓柱螺旋線移動(dòng)中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：朝向相對遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)圓柱螺旋線移動(dòng)時(shí)，所述圓柱螺旋線的圓柱面直徑d4不大于所述攪拌面的直徑d1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：所述控溫件包括測溫部件，所述測溫部件用于檢測所述攪拌件或/和所述基材的溫度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：所述測溫部件設(shè)置為接觸式測溫部件，所述接觸式測溫部件連接所述攪拌件，所述接觸式測溫部件與所述攪拌面間的距離d5滿足關(guān)系式，0.5mm≤d5≤5mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或7或8所述的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：所述控溫件包括加熱部件和冷卻部件，所述加熱部件用于加熱所述攪拌件或/和所述基材，所述冷卻部件用于冷卻所述攪拌件或/和所述基材。

10.一種攪拌摩擦增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及攪拌摩擦增材技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及攪拌摩擦增材制造裝置及攪拌摩擦增材制造方法，包括攪拌件、驅(qū)動(dòng)件和控溫件，攪拌件上設(shè)有攪拌面，攪拌件沿軸向中空形成送料通道，送料通道的出料端設(shè)置在攪拌面上，送料通道用于向基材一側(cè)輸送料材；驅(qū)動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)端連接攪拌件，驅(qū)動(dòng)件被配置為在第一次輸送料材前，帶動(dòng)攪拌件旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速并移動(dòng)至基材的表面預(yù)設(shè)距離處；在第一次輸送料材時(shí)，帶動(dòng)攪拌件相對基材沿預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)；以及在攪拌件或/和基材達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，帶動(dòng)攪拌件進(jìn)行攪拌摩擦增材；控溫件被配置為在攪拌件沿預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)時(shí)，控制攪拌件或/和基材達(dá)到預(yù)設(shè)溫度。本發(fā)明能夠兼顧高的起頭段增材體的質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：施海霞,李文曉,董肖節(jié),蒲炯,孫博,朱志雄,郭達(dá)偉,林永勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：航天工程裝備（蘇州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2