一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109604808A(43)申请公布日2019.04.12(21)申请号201811509290.7(22)申请日2018.12.11(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号(72)发明人何长树韦景勋李颖张志强(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人李运萍(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)B23K20/26(2006.01)B23P15/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置及方法(57)摘要本发明属于金属材料增材制造技术领域，公开了一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置，包括底板，底板顶部分别固定装配有第一基座和第二基座，第一基座和第二基座之间留有间隙，间隙内放置有增材用试板，增材用试板底部设置有垫板，第一基座和第二基座与增材用试板接触的面分别开设有凹槽，凹槽内插接有水冷块，第二基座设置有用于夹紧增材用试板的气缸，气缸推杆垂直于增材用试板的侧面设置，增材用试板顶部还设置有压轮和搅拌头；本发明在现有的搅拌摩擦增材制造技术上加入冷却，有效地降低了搅拌摩擦加工热循环对已完成增材部分的热影响，抑制增材区细小均匀的等轴晶组织及基体中的第二相粒子发生粗化，获得组织均匀、性能优良的增材构件。CN109604808ACN109604808A权利要求书1/1页1.一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，包括底板，所述底板顶部分别固定装配有第一基座和第二基座，第一基座和第二基座之间留有间隙，间隙内放置有增材用试板，增材用试板底部设置有垫板，增材用试板的顶部与第一基座和第二基座的上表面基本平齐，增材用试板的两侧面分别与第一基座和第二基座侧面接触，第一基座和第二基座与增材用试板接触的面分别开设有凹槽，所述凹槽靠近第一基座和第二基座的上表面设置，凹槽内插接有水冷块，所述第二基座设置有用于夹紧增材用试板的气缸，气缸推杆垂直于增材用试板的侧面设置，增材用试板顶部还设置有压轮和搅拌头。2.根据权利要求1所述的一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，所述水冷块采用导热良好的材质制成，其内设置有空腔，外部设置有入水口和排水口，入水口和排水口均与空腔连通，所述入水口和排水口分别与外部冷水机的出水端和回流端连接。3.根据权利要求1所述的一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，所述间隙大小可调，所述第一基座和第二基座通过螺栓固定装配在底板上，第一基座和第二基座均开设有长圆孔，底座开设有螺纹孔，螺栓的螺杆穿过长圆孔后与螺纹孔螺接。4.一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造方法，采用如权利要求1所述的一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、准备增材用试板：选取试板，采用线切割截取若干厚度均匀的增材用试板，然后对增材用试板进行打磨至露出金属光泽，并用丙酮擦除其表面油污、灰尘等杂质；步骤二、选取搅拌头：根据增材用试板的厚度及宽度选取相对应的搅拌头，定义搅拌头的搅拌针的长度为L，增材用试板的厚度为H，搅拌头的轴肩直径为D，增材用试板的宽度为B，选取原则为L＝1.2H～1.5H，D＝B减1～2mm；步骤三、装夹增材用试板：安装好搅拌头，将两层增材用试板上下叠加放入所述间隙中，在增材用试板底部放置垫块，调节增材用试板高度与基座上表面基本平齐，并调节气缸外接的气泵的输出气压为0.6MPa，然后将水冷块插入第一基座和第二基座的凹槽中，水冷块上端面略低于搅拌头端部，打开用于控制气缸的气阀，气缸驱动推杆对增材用试板进行夹紧，同时使水冷块紧贴增材用试板，调节压轮高度，使压轮压住增材用试板；步骤四、施加冷却：水冷块与冷水机连接，两个水冷块之间并联，增材过程中向冷水块通入冷却水，对增材用试板进行冷却，冷却水温度根据工艺要求进行调节；步骤五、规划增材路径并设定增材参数进行增材：搅拌头转速为300～2000r/min，行进速度为20～300mm/min，搅拌头的搅拌针倾斜角度为0～3°，搅拌头高速旋转并插入装夹好的增材用试板中，将两层金属板材固态连接，连续部分形成金属零件的单层形貌；步骤六、铣削加工：每完成一层增材实验后，切换搅拌头为铣削刀具，清除增材过程中产生的飞边，使加工层表面平整，以便下一层增材用试板的夹紧固定，预防缺陷的形成；步骤七、逐层进行增材叠加，重复执行步骤三、四、五、六，直至达到设定的增材高度；步骤八、去除非搅拌摩擦增材区：待完成构件的增材制造后，切换铣削刀具，将未经搅拌摩擦加工处理的区域去除，获得组织与性能优良的增材构件。2CN109604808A说明书1/4页一种施加冷却的搅拌摩擦增材制造装置及方法技术领域[000