【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及攪拌摩擦焊接工具微織構加工領域，尤其是涉及一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法。
技術介紹
1、攪拌摩擦焊接工具大多為硬度超高的材料，通過在工具表面加工微織構，可以在攪拌焊接的過程中增加摩擦力，并且在焊接過程中增加熱輸入。合理的微織構有助于促進焊接過程中的材料流動，提高焊縫的成型質量。
2、攪拌摩擦焊接工具的材料大多為硬質合金，硬質合金是一種以難熔金屬硬質化合物(如碳化鎢、碳化鈦等)為基體，以金屬(如鈷、鎳等)作為粘結劑，通過粉末冶金方法制造的高硬度、高耐磨性材料。
3、硬質合金也被稱為金屬陶瓷材料，因為其結構中同時包含了硬質的陶瓷相和韌性的金屬相。硬質合金的硬度在室溫下可達69～81hrc，并且在900～1000℃的高溫下仍能保持高硬度和優良的耐磨性。
4、硬質合金的性能特點包括高硬度、耐磨性、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等。這些特性使得硬質合金在切削工具、沖擊工具、耐磨耐蝕零部件等領域得到廣泛應用，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材等材料。廣泛應用于航空航天、軍工、機械制造、電子、汽車制造等領域，是現代工業、生產和科技的中堅材料。
5、硬質合金之所以難以加工，主要是因為它具有一系列獨特的物理和機械性能，這些性能在賦予硬質合金優異的應用性能的同時，也給加工帶來了挑戰。為了有效加工硬質合金，通常需要采用特種加工技術和工具。
6、激光加工作為一種先進的制造技術，具有許多顯著的優點，例如
7、激光加工是利用激光的高能量來去除材料表面的工藝技術。在這個過程中，激光束聚焦在材料表面，產生高溫使材料蒸發或氣化，從而實現精確的材料去除。激光燒蝕技術具有多種優勢，包括高精度、高效率、可控性強和非接觸性加工，因此被廣泛應用于微納加工領域。
8、激光燒蝕過程是一個包含多種相變、時間長度的復雜過程，受到激光脈沖寬度、脈沖能量分布、重復頻率、材料特性等多因素影響。通過精確監測材料表面熱力學性質的瞬態演化過程，可以更好的控制激光燒蝕的精度。
9、在激光加工過程中，激光束聚焦在材料表面，產生高溫，使材料局部熔化、蒸發或發生相變。這個過程中，不僅作用區域(即激光直接照射的區域)會發生物理和化學變化，周圍區域也會因為熱傳導和熱輻射作用而形成熱影響區。
10、在激光加工中，控制和減小熱影響區是提高加工質量的關鍵。例如，在激光切割中，可以通過優化切割參數(如激光功率、切割速度、輔助氣體等)來減少熱影響區的大小，從而獲得更光滑的切割邊緣和更少的熱變形。通過改變激光的加工參數，可以使熱影響區域變小。
11、熱影響區材料的晶粒結構可能會因為快速加熱和冷卻而發生改變，如晶粒異常長大或產生非平衡相。熱影響區材料的硬度、強度、韌性等機械性能可能與原始材料有所不同，有時會出現變形硬化現象。由于快速加熱和冷卻，材料內部會產生不均勻的熱膨脹和收縮，導致殘余應力的產生。
12、機加工硬質合金時，由于硬質合金的高硬度、脆性和熱敏感性，對加工設備和工藝的要求很高。硬質合金的高硬度導致傳統刀具極易磨損。特別是在高速切削過程中，刀具的后刀面磨損量會增大，且刀具刃口可能會產生裂紋和崩缺，從而縮短刀具的使用壽命。
13、由于硬質合金的脆性，加工過程中容易產生裂紋和碎裂，從而影響加工精度和表面質量。為了解決上述問題，現有技術公開了一種激光輔助加工的裝置和方法。該激光輔助曲面加工機床包括：床身、五軸聯動曲面加工系統、空間激光區域掃描系統及相應的控制系統。該激光輔助切削加工利用高能激光束加熱，產生局部高溫使待加工區域的工件材料發生熱軟化，材料硬度降低，塑性提高，從而改善材料的切削加工性能。但是該激光輔助加工裝置的設計并沒有考慮到激光束加熱過程中的加熱深度，當加熱深度不夠時，可能導致機加工的對刀具的磨損過度。但激光束加工過程中加熱的深度超過了所要切削的厚度，可能導致被加工工件產生熱影響區，導致被加工工件的機械性能有所下降。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的攪拌摩擦焊接工具微織構難加工等缺陷而提供一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，將激光燒蝕技術與傳統的機械加工方法結合起來，先用激光燒蝕工件，去除部分材料，然后通過銑削加工去除氧化區域和熱影響層，從而解決了傳統機械加工出的零件質量較差的問題，使得被加工工件精度高，加工效率高。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、本專利技術提出一種將激光先進制備工藝與常規機械加工相結合的新工藝，以改善零件的成型質量，實現高效率的加工制造。傳統的切削方法是通過精密切削來實現硬脆材料的高精度加工，但因其硬脆、斷裂韌性差，難以實現精密切削。因此，提出了一種新的復合加工模式，可以有效地解決硬質合金及其它硬脆材料的切削難題，從而提升其加工品質，推動硬質合金零部件的發展與進步。使用激光燒蝕的辦法，去除攪拌摩擦焊接工具微織構的部分材料，再使用銑削方法對激光加工后的零件進行精加工，去除激光加工的工作區域和熱影響區。
4、本專利技術提供一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，包括以下步驟：
5、s1：使用cad設計出被加工零件：使用cad對所要加工攪拌頭的微織構進行結構和形貌的設計；
6、s2：將被加工零件逐層切片分層并輸出二維圖；
7、s3：將二維圖紙導入激光加工軟件，使用激光對零件進行逐層燒蝕，去除多余材料，與標準零件相比較，只留下熱影響層；
8、s4：再將被加工零件進行銑削加工，去除激光的加工的氧化區域和熱影響層，完成對微織構的精加工。
9、進一步的，s2中，測量激光在不同功率下對硬質合金加工的深度，對攪拌頭微織構部分按照激光每次加工深度進行切片分層處理，將分層后的模型按照每層的尺寸，轉換成二維圖形。
10、進一步的，s1中，利用cad軟件，首先繪制常規的攪拌摩擦焊接工具，然后在常規的攪拌摩擦焊接工具基礎上，設計能夠增強摩擦、材料流動性的微織構(2)。
11、進一步的，s1中的微織構為輪旋流線型結構，在轉動的過程中，能夠增加材料的流動性。
12、進一步的，s2中，因為激光在一定的圖案區域和相應的焦距下，加工的深度是不變的，因為本攪拌摩擦焊接工具微織構是帶有曲面的，為了提高激光加工的精度，需要使激光在不同大小的圖案下進行加工，所以需要對微織構部分進行切片處理，來得到不同尺寸的圖層。切片的厚度取決于激光在攪拌摩擦焊接工具上每層的加工深度，加工的深度越小，切片層數就越多，加工質量越高。
13、進一步的，s3中，將繪制好的二維圖片導入激光加工軟件，設置圖案內填充的線條路徑與尺寸，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S2中，測量激光(3)在不同功率下對硬質合金加工的深度，對攪拌頭微織構(2)部分按照激光(3)每次加工深度進行切片分層處理，將分層后的模型按照每層的尺寸，轉換成二維圖形。
3.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S1中，利用CAD軟件，首先繪制常規的攪拌摩擦焊接工具，然后在常規的攪拌摩擦焊接工具基礎上，設計能夠增強摩擦、材料流動性的微織構(2)。
4.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S1中的微織構(2)為輪旋流線型結構，在轉動的過程中，能夠增加材料的流動性。
5.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S2中，切片的厚度取決于激光(3)在攪拌摩擦焊接工具上每層的加工深度，加工的深度越小，切片層數就越多，加工質量越高。
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7.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S3中，激光(3)加工，是利用激光(3)來去除攪拌摩擦焊接微織構所需要去除材料的加工方法；在激光(3)加工過程中，工件材料吸收激光(3)的高能量激光(3)，導致材料發生蒸發、燒蝕或氣化，從而實現對材料減材加工。
8.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S3中，激光(3)能量通過空氣集中在被加工材料的表面上，為非接觸式加工，通過激光(3)的熱量使被加工材料蒸發、燒蝕或氣化。
9.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S4中，使用銑削加工的方法，對工作區域(5)和熱影響區(6)進行去除；工作區域的厚度為100μm，熱影響區的厚度為20μm，使用銑刀(8)對工作區域(5)和熱影響區(6)的材料進行去除。
10.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，S4中，工作區域(5)的厚度和熱影響區(6)的厚度總計為Δ，在銑削加工時，分兩刀進行去除影響區；第一刀為粗加工，去除第二刀為精加工，去除從而達到對才材料的精加工的目的，粗加工去除量+精加工去除量＝總厚度。
...【技術特征摘要】
1.一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，s2中，測量激光(3)在不同功率下對硬質合金加工的深度，對攪拌頭微織構(2)部分按照激光(3)每次加工深度進行切片分層處理，將分層后的模型按照每層的尺寸，轉換成二維圖形。
3.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，s1中，利用cad軟件，首先繪制常規的攪拌摩擦焊接工具，然后在常規的攪拌摩擦焊接工具基礎上，設計能夠增強摩擦、材料流動性的微織構(2)。
4.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，s1中的微織構(2)為輪旋流線型結構，在轉動的過程中，能夠增加材料的流動性。
5.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，s2中，切片的厚度取決于激光(3)在攪拌摩擦焊接工具上每層的加工深度，加工的深度越小，切片層數就越多，加工質量越高。
6.根據權利要求1所述的一種面向攪拌摩擦焊接工具微織構的激光復合制造方法，其特征在于，s3中，將繪制好的二維圖片導入激光加工軟件，設置圖案內填充的線條路徑與尺寸，使得在燒蝕的過程中保證每個區...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳重軍，陳令文，孟憲凱，郭維誠，夏佩云，王佳璇，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：
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