[发明专利]一种摩擦增材制坯的方法

说明书

本申请涉及摩擦制坯技术领域，公开了一种摩擦增材制坯的方法，包括以下步骤：将坯料沿浮动工具头的轴向送入浮动工具头下方模具的腔体内；然后坯料预压实；浮动工具头在沿轴向往下压同时旋转；浮动工具头沿轴向向上离开坯料，重复上述步骤一次或多次，浮动工具头总的压下量H2与预制坯高度H1的比值α(H2/H1)在0.35～0.85之间。制备出来的坯料内部组织致密度高、缺陷少。

技术领域

本发明涉及摩擦制坯技术领域，具体为一种摩擦增材制坯的方法。

背景技术

目前，文献CN201810235551.4公开了一种填丝搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法，该装置包括搅拌针、工具头、丝材和基体，工具头在基体待增材区表面旋转并移动，搅拌针推动丝材通过工具头的通孔进行填丝；具体步骤为：先将搅拌针插入工具头的轴向通孔内，并推动将丝材前端接触到工具头内壁为止，将工具头和搅拌针组成的搅拌头置于在基体待增材区表面，丝材端部在工具头内部的轴向通孔壁的摩擦作用下发生热塑化，待增材区单层材料堆覆或多层材料堆覆。在大载荷的加持下的工具头，工具头摩擦坯料，坯料会发生剧烈塑性变形，但无法得到组织致密性高、质量缺陷少的高性能坯料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦增材制坯的方法，以解决坯料的内部组织致密度低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种摩擦增材制坯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将坯料沿浮动工具头的轴向送入浮动工具头下方模具的腔体内；

步骤2，将坯料预压实；

步骤3，所述浮动工具头在沿轴向往下压同时旋转；

步骤4，所述浮动工具头沿轴向向上离开坯料；

步骤5，重复一次或多次步骤1- 4。

优选的，步骤3中所述浮动工具头转速为100 rpm～3000rpm，下压速度为0.1 mm/min～5mm/min，预制坯高度为0.2mm～3mm。

在步骤2开始前，为防止坯料氧化，向所述浮动工具头中通入惰性气体保护直至制备完成。

为进一步提升制坯质量和成品率；本发明采用的增材制坯设备包括上模架、旋转机构、浮动工具头和浮动机构，所述旋转机构在上模架内孔中径向旋转，所述旋转机构通过传动轴驱动其下方的所述浮动工具头径向旋转，所述上模架不旋转，且所述旋转机构轴向固定，所述传动轴与所述旋转机构轴向分离且留有间隙，所述传动轴外侧套设有所述浮动机构，所述传动轴与浮动工具头在所述浮动机构的带动下在轴向相对滑动；

所述浮动机构包括液压缸和双向推力角接触轴承，所述双向推力角接触轴承套设所述传动轴外侧，其内圈随所述传动轴旋转，所述液压缸包括环形缸体和环形柱塞，所述环形缸体内侧固定连接所述双向推力角接触轴承外圈，所述环形柱塞一端与所述环形缸体滑动连接，另一端固定连接所述上模架，只有液压缸内设定的额定压力大于浮动工具头实际承载力时，所述环形缸体做轴向的相对滑动。

进一步的，摩擦增材制坯的方法具体包括以下步骤：

步骤1，将粉末粒径为100um~400 um的坯料，沿轴向的所述上模架、旋转机构、传动轴和浮动工具头内部通孔送料，将粉末输送到的钢板槽孔中，液压缸内设定的初始工作压力值；

步骤2，在所述浮动工具头中通入惰性气体保护，控制浮动工具头沿轴向对坯料进行轴向加载，促使材料预压实成形，并径向保压，得到预制坯的高度；

步骤3，控制所述浮动工具头沿轴向对坯料进行轴向加载，同时所述旋转机构驱动所述浮动工具头高速旋转，并径向保压，所述浮动工具头根据坯料厚度变化而实时调整轴向承载力和相对位置。

步骤4，所述浮动工具头沿轴向向上离开坯料；

步骤5，重复一次或多次步骤1- 4。