本申請的實施例提供一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置及方法，屬于攪拌摩擦焊接/增材制造技術領域。裝置包括送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭、填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭和傳動裝置；增材制造過程中，前置的攪拌頭先進行增材制造過程，在攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦擠壓的作用下，增材原料發(fā)生熱塑性軟化沉積在增材基板上，隨攪拌摩擦增材制造機構沿行進方向前進一段距離，后置的攪拌頭可以進行異種材料增材、表面處理等操作；可以在僅有單攪拌頭的情況下，無需改造原有的攪拌摩擦增材制造裝置，快速拓展雙攪拌頭送棒與填絲聯(lián)合攪拌摩擦固相增材制造設備，實現(xiàn)高性能攪拌摩擦增材制造。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及攪拌摩擦焊接/增材制造，尤其涉及一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置及方法。
技術介紹
1、公開該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本申請的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經(jīng)成為本領域一般技術人員所公知的現(xiàn)有技術。
2、增材制造技術（am），又稱為“3d打印”，它是在三維模型的基礎上，通過材料的逐層累積構造實體零件的材料成形制造技術。相比于傳統(tǒng)制造技術，增材制造具有加工成本低、周期短、原材料利用率高、設計自由度大等優(yōu)點，已在航空航天、軌道交通、海洋工程等多個領域得到了廣泛應用。
3、攪拌摩擦固相增材制造技術是源于攪拌摩擦焊的一種新型固相增材制造技術，具有增材區(qū)溫度低、塑性變形大、增材區(qū)晶粒組織細化及力學性能優(yōu)良等優(yōu)點，廣泛用于鋁合金、鎂合金、銅合金及鈦合金等材料的高性能增材制造。目前，攪拌摩擦固相增材制造中使用的填料技術主要有三種，一是采用送料孔基于攪拌摩擦沉積的送粉攪拌摩擦固相擠壓增材制造技術、二是采用中空打印工具基于攪拌摩擦沉積的填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造技術、三是采用消耗型棒材基于摩擦表面沉積的送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造技術。以上技術中，送粉攪拌摩擦固相擠壓增材制造技術雖然可以靈活地改變粉末比例，但存在粉末成本高、設備內(nèi)部易殘留粉末的問題；送絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造技術雖然原料成本低且可以實現(xiàn)多孔送絲調(diào)節(jié)，但存在增材效率低、設備結構復雜且成本較高的問題；送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造技術雖然能在低成本下實現(xiàn)高效增材，但卻無法靈活調(diào)節(jié)增材層成分。
技術實現(xiàn)思路
1、針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本申請的目的是提供一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置及方法。通過在常規(guī)送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭一側(cè)拓展填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭，并通過傳動裝置利用原攪拌頭驅(qū)動拓展攪拌頭，以達到在無需改造原有攪拌摩擦固相增材制造設備的情況下，使用單一攪拌頭的攪拌摩擦固相增材制造設備快速拓展雙攪拌頭送棒與填絲聯(lián)合攪拌摩擦固相增材制造裝備。以達到提升增材件質(zhì)量、提高增材效率、快速制造特定材料的目的。
2、根據(jù)本申請實施例的第一個方面，提供了一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，包括：送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭、填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭以及用于兩攪拌頭動力傳送的傳動裝置；
3、其中，所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭包括：
4、第一軸，受所述傳動裝置傳動；
5、送棒機構，設置于所述第一軸的一側(cè)，所述第一軸沿軸向設置有第一通道，所述送棒機構能夠?qū)舨妮斔椭了龅谝煌ǖ捞帲?/p>
6、其中，所述填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭包括：
7、第二軸，設置有中空腔；
8、轉(zhuǎn)軸，其一端轉(zhuǎn)動設置于所述第二軸的中空腔中，所述轉(zhuǎn)軸受所述傳動裝置傳動；
9、填絲機構，設置于所述第二軸的一側(cè)，所述第二軸與所述轉(zhuǎn)軸之間設置有第二通道，所述填絲機構能夠?qū)⒔z材輸送至所述第二通道處。
10、優(yōu)選的，沿待增材基板縱向為增材制造方向，所述填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭通過平動調(diào)距裝置設置于所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭的縱向一側(cè)；
11、所述平動調(diào)距裝置能夠調(diào)整兩攪拌頭沿縱向的間距。
12、優(yōu)選的，所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭還包括：
13、殼體；
14、機頭法蘭，通過固定件可拆卸設置于所述殼體一側(cè)，所述第一軸配置于所述機頭法蘭處，且所述機頭法蘭能夠限制所述第一軸的軸向移動。
15、優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸的底端開設有螺旋槽，所述螺旋槽與所述第二軸的內(nèi)壁圍合成第二通道；
16、所述第二軸的一側(cè)貫穿設置有填絲通孔，絲材能夠由所述填絲機構處穿過所述填絲通孔至所述第二通道處。
17、優(yōu)選的，所述平動調(diào)距裝置包括：
18、基臺，通過第一機架連接于所述殼體的一側(cè)；
19、傳動桿，轉(zhuǎn)動設置于所述基臺的一側(cè)；
20、滑臺，套設于所述傳動桿的外側(cè)，所述滑臺受所述傳動桿傳動能夠沿所述基臺移動，且所述第二軸通過第二機架連接于所述滑臺的一側(cè)。
21、優(yōu)選的，所述基臺可拆卸連接于所述第一機架一側(cè)；
22、所述第一機架可拆卸連接于所述殼體一側(cè)。
23、優(yōu)選的，所述第二軸通過調(diào)節(jié)件可拆卸連接于所述滑臺一側(cè)；
24、所述調(diào)節(jié)件能夠調(diào)節(jié)所述第二軸與所述第一軸沿豎向相對位置。
25、優(yōu)選的，所述傳動裝置包括：
26、第一傳動輪，可拆卸套設于所述第一軸處，所述第一傳動輪與所述第一軸傳動連接；
27、第二傳動輪，可拆卸套設于所述轉(zhuǎn)軸處，所述第二傳動輪與所述轉(zhuǎn)軸傳動連接；且所述第二傳動輪傳動設置于所述第一傳動輪的一側(cè)。
28、本申請實施例的第二個方面，提供了一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造方法，包括：
29、s100，待增材基板預處理后固定于工作臺一側(cè)，將棒材裝入送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭中并伸入第一通道；將絲材裝入填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭并伸入第二通道；
30、s200，將送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭置于基板起點，在基板上增材預設厚度的基材材料作為填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造增材的基材；若送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭在前進側(cè)，則當填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭位于基材起點時，啟動絲材的填絲機構使填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭進行增材操作；若填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭位于前進側(cè)，則進入步驟s300；
31、s300，調(diào)整填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭使之對準增材區(qū)域，啟動絲材的填絲機構使填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭進行增材操作；當送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭位于基材起點時，啟動棒材的送棒機構使送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭進行增材操作；
32、s400，繼續(xù)按照送棒攪拌摩擦固相擠壓增材與填絲攪拌摩擦固相擠壓增材依次設置的順序在增材區(qū)域進行增材直至達到預設增材厚度。
33、優(yōu)選的，所述棒材與所述基板材料種類相同；
34、優(yōu)選的，所述棒材為鋁合金、鎳合金、鎂合金或者銅合金中的一種；
35、優(yōu)選的，所述絲材與所述棒材材料相同，或者所述絲材為鋁、鎳、鈦、鎂、銅、鋼中的一種；
36、優(yōu)選的，待增材基本預處理為對基板的表面進行打磨，去除氧化膜后使用丙酮清洗板材表面的油污和雜質(zhì)。
37、本申請一個或多個技術方案具有以下有益效果：
38、（1）本申請采用攪拌摩擦固相增材技術制造構件，該方法允許在不熔化的情況下進行材料增材，可以進行在熔化型增材下難以進行增材制造的材料。同時相比于熔化型增材通過該方法制備的材料出現(xiàn)孔隙裂紋等缺陷的可能性降低，組織變得更加致密，力學性能得到提高。
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【技術保護點】
1.一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，包括：送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（1）、填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（2）以及用于兩攪拌頭動力傳送的傳動裝置（4）；
2.根據(jù)權利要求1所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，沿待增材基板（7）縱向為增材制造方向，所述填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（2）通過平動調(diào)距裝置（3）設置于所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（1）的縱向一側(cè)；
3.根據(jù)權利要求2所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（1）還包括：
4.根據(jù)權利要求1所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸（14）的底端開設有螺旋槽，所述螺旋槽與所述第二軸（15）的內(nèi)壁圍合成第二通道；
5.根據(jù)權利要求3所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述平動調(diào)距裝置（3）包括：
6.根據(jù)權利要求5所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述基臺（23）可拆卸連接于所述第一機架（5）一側(cè)；
7.根據(jù)權利要求5所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述第二軸（15）通過調(diào)節(jié)件可拆卸連接于所述滑臺（17）一側(cè)；
8.根據(jù)權利要求1所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述傳動裝置（4）包括：
9.一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造方法，其特征在于，包括：
10.根據(jù)權利要求9所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造方法，其特征在于，所述棒材（11）與所述基板（7）材料種類相同。
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【技術特征摘要】
1.一種單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，包括：送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（1）、填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（2）以及用于兩攪拌頭動力傳送的傳動裝置（4）；
2.根據(jù)權利要求1所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，沿待增材基板（7）縱向為增材制造方向，所述填絲攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（2）通過平動調(diào)距裝置（3）設置于所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（1）的縱向一側(cè)；
3.根據(jù)權利要求2所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述送棒攪拌摩擦固相擠壓增材制造攪拌頭（1）還包括：
4.根據(jù)權利要求1所述的單機頭絲棒協(xié)同攪拌摩擦固相增材制造裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸（14）的底端開設有螺旋槽，所述螺旋槽與所述第二軸（15）的內(nèi)壁圍合成...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：石磊，史瀟，武傳松，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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