一种静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置及增材制造方法.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CN107160030A(43)申请公布日2017.09.15(21)申请号201710606621.8(22)申请日2017.07.24(66)本国优先权数据201710227639.72017.04.10CN(71)申请人南昌航空大学地址330000江西省南昌市丰和南大道696号(72)发明人汪樟锋柯黎明黄春平黄硕文吴本强张鹏张璟阳赵俊吉(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人王加贵(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)B33Y10/00(2015.01)B33Y30/00(2015.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置及增材制造方法(57)摘要本发明公开一种静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置及增材制造方法，包括搅拌头、静轴肩和滚轮轴承，将原有的静轴肩的工作轴孔设置为同心的台阶孔，所述台阶孔自上而下包括上台阶孔、中台阶孔和下台阶孔，搅拌头套接有定心轴承，定心轴承设置在上台阶孔内，辅助定心，增加搅拌头刚度，解决因搅拌头过长，偏心量大与静轴肩内壁摩擦造成搅拌针过早断裂失效的问题；滚轮轴承竖直设置在台阶孔侧部且突出所述静轴肩的下端断面，设置辅助压紧工件，解决因静轴肩空间狭小而造成的装夹困难的难题，本发明实现了无余量近净成形搅拌摩擦增材制造。CN107160030ACN107160030A权利要求书1/1页1.一种静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置，其特征在于，包括：搅拌头、静轴肩和滚轮轴承，在所述静轴肩的上表面中心位置沿竖直方向开有同心的台阶孔，所述搅拌头穿过所述台阶孔，所述滚轮轴承竖直设置在所述台阶孔侧部且突出所述静轴肩的下端断面，所述台阶孔自上而下包括上台阶孔、中台阶孔和下台阶孔，且所述上台阶孔、中台阶孔和下台阶孔的直径依次减小，所述搅拌头一端的搅拌针穿过所述下台阶孔，所述中台阶孔与所述搅拌头间隙配合，所述搅拌头套接有所述定心轴承，所述定心轴承设置在所述上台阶孔内。2.根据权利要求1所述的静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置，其特征在于，所述上台阶孔与所述定心轴承采用过盈配合，所述中台阶孔的直径大于所述搅拌头的直径1～2mm，所述下台阶孔的直径比所述搅拌针的直径大0.2～0.3mm。3.根据权利要求1所述的静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置，其特征在于，还包括滚轮轴和所述滚轮轴承的滚轮轴孔，所述滚轮轴水平穿过所述滚轮轴孔将所述滚轮轴承固定在所述静轴肩上，所述滚轮轴孔的中心距所述静轴肩下端断面的距离H比所述滚轮轴承的半径R小0.1～0.2mm，所述滚轮轴与所述滚轮轴孔过盈配合，所述滚轮轴承底部切点到所述静轴肩下端断面的距离大于0.15～0.2mm。4.根据权利要求3所述的静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置，其特征在于，所述搅拌针和所述滚轮轴承在待加工材料上的工作轨迹重合。5.根据权利要求1所述的静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置，其特征在于，所述静轴肩下端断面开设有螺纹孔、拆卸孔和连接沉头孔，所述螺纹孔和所述连接沉头孔均以所述下台阶孔的轴线为对称中心对称设置在所述下台阶孔两侧，所述螺纹孔设置在所述连接沉头孔外侧，所述螺纹孔、连接沉头孔和下台阶孔均在同一直线上，所述拆卸孔设置在所述螺纹孔的两侧，所述拆卸孔与所述定心轴承垂直连通。6.根据权利要求5所述的静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置，其特征在于，所述螺纹孔设置有2个，所述拆卸孔设置有4个，所述连接沉头孔设置有2个。7.一种使用如权利要求1所述的静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩装置进行增材制造的方法，其特征在于，包括：(1)将两块宽于搅拌针直径的薄板放置于平口钳的夹具中，调节薄板位置，使所述薄板上表面平行于钳口平面，同时保证所述薄板露出所述钳口平面，调整完毕后，夹紧固定；(2)调节搅拌针位置，使的所述搅拌针位于薄板中心线的正上方；(3)静轴肩固定不旋转，搅拌针旋转，且缓慢下降，所述搅拌针接触所述薄板并插入板内，待滚轮轴承的滚轮接触并压入所述薄板表面时，所述滚轮下压停止，停留4～5s后，所述静轴肩与所述搅拌针同时运动，实现单层增材，单层增材完成后，向上抬起所述搅拌针，下降工作平面，预制下一层所述薄板，进行第二层增材制造，重复此步骤，最终获得块体增材成型材料。8.根据权利要求7所述的增材制造的方法，其特征在于，所述步骤1中薄板装夹时，所述薄板上表面高于平口钳上表面0.15～0.2mm。9.根据权利要求7所述的增材制造的方法，其特征在于，所述步骤2中所述搅拌针中心投影点位于所述薄板中心线上。10.根据权利要求7所述的增材制造的方法，其特征在于，所述步骤3中滚轮轴承的滚轮接触所述薄板后压入深度为0.1～0.2mm。2CN107160030A说明书1/5页一种静轴肩搅拌摩擦焊的静轴肩