一种用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的制造方法及装置.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CN107378229A(43)申请公布日2017.11.24(21)申请号201710606607.8(22)申请日2017.07.24(66)本国优先权数据201710227637.82017.04.10CN(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)发明人汪樟锋黄春平吴本强吴志林黄硕文张鹏张璟阳(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)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的制造方法及装置(57)摘要本发明公开了一种用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的制造方法及装置，装置包括模具基座、形腔板和盖板，模具基座的两端安装有端头挡板，模具基座的腔内放置有垫块，且垫块两端与端头挡板相抵，垫块的侧面安装有侧向挡板，垫块上部设置有形腔板，形腔板为左右分体设置且中部预留有矩形间隙，盖板与模具基座上部连接，盖板中部开有矩形槽孔；增材制造过程中通过增加形腔板实现了复合增材制造过程中增加待搅拌材料的连续高效操作，该装置可在固态下实现复合材料的近净成型增材制造，装置简单、操作简便，材料利用率高，无熔化方法所产生的气孔等缺陷。CN107378229ACN107378229A权利要求书1/2页1.一种用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的装置，其特征在于，包括模具基座、形腔板和盖板，所述模具基座的两端安装有端头挡板，所述模具基座的腔内放置有垫块，且所述垫块两端与所述端头挡板相抵，所述垫块的侧面安装有侧向挡板，所述垫块上部设置有形腔板，所述形腔板为左右分体设置且中部预留有矩形间隙，所述盖板与模具基座上部连接，所述盖板中部开有矩形槽孔。2.根据权利要求1所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的装置，其特征在于，所述形腔板包括上形腔板和下形腔板，所述下形腔板放置在所述垫块上表面，所述上形腔板设置在所述下形腔板上，所述形腔板中部矩形间隙内设有塞块。3.根据权利要求2所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的装置，其特征在于，所述上形腔板包括左右对称设置的两个相同的第一板状体，所述第一板状体截面为阶梯状，所述第一板状体内侧台阶高度低于外侧台阶高度；所述下形腔板包括左右对称设置的两个相同的第二板状体，所述第二板状体为两个矩形板，所述第二板状体间的距离与所述第一板状体间的距离相等。4.根据权利要求3所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的装置，其特征在于，两个所述第一板状体内侧台阶之间的宽度比搅拌头轴肩直径大6～8mm。5.根据权利要求3所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的装置，其特征在于，所述盖板与所述上形腔板的第一板状体外侧台阶之间还设置有辅助压板。6.根据权利要求5所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的装置，其特征在于，所述形腔板、塞块、垫块和辅助压板均为TC4钛合金制成。7.一种用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的制造方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的装置，包括以下步骤：(1)安装所述装置并放入待搅拌材料；先将模具底座安装在工作台上，用紧定螺钉将一端端头挡板固定安装在所述模具底座上，将垫块放置在所述模具底座的腔内，接着将侧向挡板放置在带有侧向螺孔一侧进行预紧；然后将下形腔板放置于所述垫块上表面，将塞块放置于所述下形腔板的第二板状体中间，留出材料放置空间，用于放置待搅拌材料；再将上形腔板放置在下形腔板上表面，同样将塞块放置在所述上形腔板的第一板状体中间两板中间，在塞块之间的放置空间内放入待搅拌材料，然后，将辅助压板放置于所述上形腔板上表面的外侧台阶，最后将模具底座另一端端头挡板装上，将盖板盖上，并用紧定螺钉预固定；(2)制造增材材料；开启搅拌头，所述搅拌头穿过所述盖板的矩形槽孔，然后所述搅拌头的搅拌针进入形腔板的矩形间隙并与待搅拌材料相抵，所述搅拌针开始对待搅拌材料进行单层增材；接着依次将盖板、辅助压板和上形腔板拆开，增加一层上形腔板和待增材材料，然后依次将上形腔板、辅助压板和盖板固定安装，采用第一层增材参数进行增材制造，重复上述步骤，最终获得成形良好，无缺陷的块体增材材料。8.根据权利要求7所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的制造方法，其特征在于，在步骤2中，采用搅拌头的搅拌针为锥形搅拌针，所述搅拌针的直径不大于8mm，所述搅拌针的长4.5mm，搅拌头轴肩直径为20mm。9.根据权利要求8所述的用于复合材料搅拌摩擦近净成形增材的制造方法，其特征在2CN107378229A权利要求书2/2页于，在步骤2中，塞块宽度为9mm，材料厚度4mm，旋转速度600rpm，焊接速度45mm/min，搅拌头倾角2°，搅拌针至少搅拌5次