[发明专利]一种摩擦焊接增材设备及方法

说明书

本发明涉及一种摩擦焊接增材设备，包括机座、旋转装置、轴肩、挤出杆、轴套、挤出装置。本发明还提供了采用上述摩擦焊接增材设备进行增材制造的方法。本发明可以实现铝合金等金属材料的高质量增材制造，提高材料利用率和生产效率。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种摩擦焊接增材设备及方法。

背景技术

增材制造技术区别于传统的铸、锻、焊等热加工“等材成形”技术及车、铣、磨等冷加工“减材成形”技术的一种全新的制造方法，是采用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，是一种自下而上的制造方法。

目前常用的金属增材制造方法有激光、电子束和电弧增材制造，具有快速成型、加工精度较高等优点，在高温合金成形和精密部件制造等领域应用广泛。但在高能束增材制造过程中，温度较高会使材料发生熔化，由于成形速度较快，材料凝固时不可避免地会存在气孔、裂纹以及熔合不良等缺陷，且后续加工制造对已凝固材料产生热作用，可能降低整体性能，这对于目前广泛应用的铝、镁合金等低熔点轻金属材料的影响更为严重，摩擦增材制造作为一种固相增材制造方法，增材材料具有晶粒细小、组织致密等优点，是一种具有发展潜力的增材方法，在轻合金增材方面独具优势。

发明专利CN202110134068.9中公开了一种搅拌摩擦增材装置及增材制造方法，该方法通过往搅拌头中空腔体送入丝材，利用活塞挤压丝材成棒体后与搅拌头一起旋转，与待增材基质摩擦生热实现增材，但是此方法有两个不足，一是丝材在搅拌头中空腔体内挤紧后与搅拌头贴合非常紧密，增材材料工作时很难挤出来，影响生产效率，另外一个就是，搅拌头带着棒体旋转时，与活塞有相对转动，导致活塞与棒体摩擦生热，棒体软化后活塞会插入棒体内，会导致增材材料更难挤出，而且在停止旋转后活塞与棒体也将会焊接成一体，影响设备运行。

发明专利CN201810234931.6中公开了一种流动摩擦增材制造装置及增材制造方法，该方法通过棒材与轴肩内腔进行相对旋转产生的摩擦作用下热塑化，热塑化的材料在顶锻力作用下沿轴肩下端的中心通孔流出，流出的热塑化材料在轴肩外端面与基体待增材区表面的相对旋转作用和顶锻力作用下，扩散并沉积于基体待增材区表面，此方法不足之处在于，为了实现棒材与轴肩内腔相对旋转摩擦，棒材截面尺寸始终会比轴肩下端的中心通孔大，所以不能将增材材料全部挤出，软化的材料在空腔内堆积，影响材料的挤出和生产效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种摩擦焊接增材设备及方法，可以实现铝合金等金属材料的高质量增材制造，提高材料利用率和生产效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种摩擦焊接增材设备，包括机座、旋转装置、轴肩、挤出杆、轴套、挤出装置。

作为优选，所述旋转装置安装在所述机座上，所述旋转装置为任一产生旋转运动的装置，可以驱动所述轴肩旋转。

作为优选，所述旋转装置为伺服电机驱动带轮传动。

作为优选，所述轴肩的旋转速度为100r/min~2000r/min。

作为优选，所述轴肩有贯通的中空内腔，中空内腔两端的截面为非圆形。

作为优选，所述轴肩的中空内腔两端的截面为方形。

作为优选，所述轴肩的中空内腔为贯通的方形。

作为优选，所述轴肩的挤出端的端面设有由中心向外扩散的槽。

作为优选，所述轴肩的挤出端的端面设有凸起，由中心向外扩散。

作为优选，所述挤出杆在所述轴肩的中空内腔中移动，所述挤出杆在所述轴肩的中空内腔移动的前端至少有一段截面为非圆形，所述挤出杆的非圆形的部分与所述轴肩的非圆形中空内腔相配合，从而所述挤出杆可以随所述轴肩旋转。