[发明专利]铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及中空型腔近净成型方法

权利要求书

1.铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置，其特征在于，由搅拌摩擦焊接系统和铣削系统构成，搅拌摩擦焊接系统包括搅拌头本体（1），位于搅拌头本体（1）下部的轴肩（4），搅拌针（3）和气体保护系统，铣削系统包括铣刀头（2），冷却液供应系统和可换刀头系统（5）；这是一种集铣削和搅拌摩擦焊接功能于一体的复合加工装置，能够同时进行铣削加工过程和搅拌摩擦焊接过程，在气体保护、冷却液保护、可换刀头系统辅助条件下，对工件（8）进行切削-焊接并行联合加工，构成一种内部封闭的中空型腔结构（7），形成此类零部件的一种整体近净成型快速制造方法。

2.中空型腔近净成型方法，其特征在于：使用如权力要求1所述的铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置；首先将工件（8）进行预处理，包括清理、预应力处理、表面纳米化处理、洁净和干燥处理，然后用夹具将工件（8）固定在搅拌摩擦焊机“T”型槽工作平台上，使工件（8）待加工部位的背面位于搅拌摩擦焊机“T”型槽工作平台的凹槽部位，使其悬空；在待加工工件（8）的侧面先行加工出一个“T”形槽，使“T”形槽的不通端位于工件（8）的中部，“T”形槽的不通端尺寸与铣刀头（2）的外径相匹配，“T”形槽的上部开口端位于工件表面，其尺寸与搅拌针（3）的直径相匹配；使用铣削-搅拌摩擦焊接复合加工装置，将切削-搅拌摩擦焊接复合加工装置安装于“T”形槽中，并使切削-搅拌摩擦焊接复合加工装置的轴肩（4）下表面与工件（8）的上表面压紧，切削-搅拌摩擦复合加工装置的铣刀头（2）位于“T”形槽下部的不通端，这样就在“T”形槽上端的开口部分形成搅拌摩擦焊接加工方式，而在“T”形槽下部形成铣削加工方式；根据封闭的中空型腔结构（7）三维设计要求，利用切削-搅拌摩擦复合加工装置，对工件（8）同时并列进行切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造过程，这样在工件（8）上表面留下搅拌摩擦焊缝（6），起到焊合封闭作用，从而使工件（8）中部形成密闭的内部空心通道，在工件（8）的另一侧面将切削-搅拌摩擦焊接复合加工装置引出，从而完成具有内部封闭的中空型腔结构（7）零部件的整体近净成型与快速加工制造；

所述的切削-搅拌摩擦焊复合加工制造中空型腔近净成型方法的工艺参数为，主轴旋转速度为400~10000r/min，加工速度为20~800mm/min，搅拌头的压力为100N~60KN，保护气体流量为5~40L/min，板厚6~100mm。

3.根据权利要求1所述的铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置，以及根据权利要求2所述的中空型腔近净成型方法，其特征在于：所述气体保护系统包括安装在搅拌头本体（1）后侧面紧靠轴肩（4）和工件（8）位置的保护气体喷管，从保护气体喷管中喷出的保护气体介质，起到保护和冷却焊缝后部的高温金属，避免焊缝金属氧化，防止晶粒长大，实现焊缝（6）的优质密封连接；所述冷却液供应系统是一个喷水管，用于将环保型切削冷却液引入到铣刀头（2）附近，使冷却液到达内部空腔体内，并使每个刀片槽都有冷却液供应，采用冷却液能够获得最佳的性能并确保良好的排屑作用，实现铣刀头（2）对工件（8）的铣削作用；所述的可换刀头系统（5），铣刀头（2）与搅拌头本体（1）在搅拌针（3）的下端是通过螺纹连接的，该螺纹能够保证铣刀头（2）在使用过程中不会松动，而是保持紧固状态，铣刀头（2）可以更换，因此，能够通过更换不同尺寸和类型的铣刀头（2）来适应不同中空型腔结构的需要，铣刀头（2）同时也起到双轴肩自支撑稳定的作用。

4.根据权利要求1-3之一所述的铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置或中空型腔近净成型方法，其特征在于：用于船用制冰领域；或用于超市保鲜领域；或用于禽类加工领域；或用于肉类加工领域；或用于面包饼干糕点加工领域；或用于乳品生产领域；或用于冰蓄能领域；或用于混凝土降温领域；或用于化工染料领域；或用于核电站领域；或用于军事舰艇领域；或用于酿酒工业领域；或用于蔬果保鲜领域；或用于矿井降温领域；

用于铝合金材料加工，或用于镁合金材料加工，或用于不锈钢材料加工，或用于钛合金材料加工，或用于铜合金材料加工，或用于碳钢材料加工，或合金钢加工，或非金属材料的加工，或复合材料的加工；

用于制冰板制造，或用冷凝板制造，或用于蒸发板制造，或用于片冰机制造，或用于板冰机制造，或用于冷凝器制造，或用于蒸发器制造，或用于速冻设备的制造，或用于制冰设备的制造，或用于蒸发设备的制造，或用于冰蓄能设备的制造，或用于空调设备的制造，或采暖设备的制造；

用于蛇形流道结构的制造，或蜂窝流道结构的制造，或桶状结构的制造，或板片状结构的制造；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，采用氦气、或氩气、或氮气、或二氧化碳气体，或两元混合气体，或多元混合气体，进行区域保护；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，采用表面带造型搅拌针，或有螺旋刃面的搅拌针，或采用不带造型搅拌针，或圆柱形的搅拌针，或圆柱形的搅拌针；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，采用高速钢材料的铣刀头，或硬质合金材料的铣刀头，或PCBN铣刀头，或复合陶瓷材料的铣刀头，或有涂层的铣刀头；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，采用高速钢材料的搅拌头，或硬质合金材料的搅拌头，或PCBN搅拌头，或复合陶瓷材料的搅拌头，或有涂层的搅拌头；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，采用整体式铣刀头，或镶嵌合金式铣刀头，或螺旋齿铣刀头，或直齿铣刀头，或斜齿铣刀头，或错齿铣刀头；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，既采用可换铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，又能采用固定铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具；

铣削-搅拌摩擦焊复合加工装置及其中空型腔近净成型方法，能够加工四周封闭的中空型腔结构的截面为正方形，或长方形，或梯形，或鼓形，或圆形，或燕尾形。