[发明专利]一种高速旋转耗材摩擦增材制造方法及散热成型工装

说明书

本发明涉及一种高速旋转耗材摩擦增材制造方法及散热成型工装。该方法包括：将金属耗材棒固定在数控旋转加工设备上，输入增材制造参数，将金属耗材棒调至预定轨迹的起始点；将散热成型工装安装在金属耗材棒的外周，用于对增材制造区域进行散热，调整金属耗材棒，使其下端面超过散热成型工装的下表面；金属耗材棒高速旋转并以设定的增材制造参数运动，其下端面与待增材的零件表面摩擦熔融，金属耗材棒沿预定轨迹运动，使得熔融金属涂覆在接触的待增材的零件的表面，形成涂覆层，直至到达预定轨迹的终点；重复形成金属涂覆层步骤的方法，逐层堆积成预定厚度的金属结构毛坯，对金属结构毛坯进行机加工，获得金属结构的成品。

技术领域

本发明涉及金属材料增材制造领域，特别是涉及一种高速旋转耗材摩擦增材制造方法及散热成型工装。

背景技术

金属增材制造技术是采用金属材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，可以明显提高材料利用率和加工效率。目前普遍采用的金属结构增材制造技术主要应用于不锈钢、高温合金和钛合金材料结构的增材制造，具有较大应用前景。

现有技术中，金属增材制造方法主要采用以激光束、电子束和电弧为热源的增材制造技术，在钛合金、铝合金和高温合金成形和精密部件制造等领域获得应用。采用这些增材制造工艺制备增材结构时，由于存在金属材料受热熔化和快速凝固，导致增材区域易出现存在裂纹、群孔等缺陷，增材区组织为铸造组织，降低了构件的整体性能。

因此，需要提供一种高速旋转耗材摩擦增材制造方法及散热成型工装。

发明内容

本发明实施例提供了一种高速旋转耗材摩擦增材制造方法及散热成型工装，能够通过高速旋转摩擦产热获得高温热塑性金属，逐层涂覆累积，同时可以实现二维运动轨迹，在原零件上增材制造加强筋和凸台等特征结构，获得细晶锻造组织，并且消除裂纹、群孔等缺陷。

第一方面，本发明的实施例提出了一种高速旋转耗材摩擦增材制造方法，该方法包括：

安装金属耗材棒步骤，将金属耗材棒固定在数控旋转加工设备上，输入增材制造参数，将所述金属耗材棒调至预定轨迹的起始点；

安装散热成型工装步骤，将散热成型工装安装在所述金属耗材棒的外周，用于对增材制造区域进行散热，调整所述金属耗材棒，使其下端面超过所述散热成型工装的下表面；

形成金属涂覆层步骤，所述金属耗材棒高速旋转并以设定的所述增材制造参数运动，其下端面与待增材的零件表面摩擦熔融，所述金属耗材棒沿预定轨迹运动，使得熔融金属涂覆在接触的所述待增材的零件的表面，形成涂覆层，直至到达预定轨迹的终点；

形成金属结构步骤，重复所述形成金属涂覆层步骤的方法，逐层堆积成预定厚度的金属结构毛坯，对所述金属结构毛坯进行机加工，获得金属结构的成品。

在第一种可能的实现方式中，在所述安装金属耗材棒步骤之前还包括，

将金属材料加工成圆柱形的金属耗材棒，所述金属耗材棒的直径为10 mm -50mm，长度为50 mm -200mm；

将所述金属耗材棒的表面打磨干净，再在丙酮中进行超声清洗，然后风干备用；

将待增材的零件表面加工成规则平整的表面，用砂纸将表面打磨干净，并在丙酮中进行超声清洗，然后风干备用；

制备用于固定所述待增材的零件的工装夹具，所述工装夹具使固定的所述零件的待增材表面区域保持稳定的水平状态，所述工装夹具能够安装在数控加工设备平台上。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述安装散热成型工装步骤包括：

将所述散热成型工装与所述金属耗材棒同轴安装，使所述散热成型工装的内侧凸台与所述金属耗材棒的间隙控制在2mm-5mm范围之间，且所述金属耗材棒的下端面超过所述散热成型工装的下表面0-2mm；