一种搅拌摩擦增材制造的连续送料方法与流程

本发明涉及铝合金材料搅拌摩擦增材制造。

背景技术：

1、铝合金的搅拌摩擦增材制造是近年来基于搅拌摩擦焊原理开发的新型固相增材技术，增材制造过程中无金属材料的熔化-凝固过程，避免了基于熔化的增材制造中易出现的未熔合、孔洞及热裂纹等冶金缺陷，且搅拌摩擦增材结构具有细化的显微组织和优异的力学性能，如图1所示。因此在航天器舱体、武器装备等复杂特征结构制造领域具有广阔的应用前景。

2、其原理为将通过驱动装置将棒状原材料高速旋转并施加轴向的压力，使棒材端部与基材接触，并且棒材端部具有一个使用具有较棒材熔点及强度的材料制造的轴肩。增材过程中棒材在轴向压力作用下，端部与基材摩擦并产生大量热量，棒材与基材接触界面区域发生塑化，在热量、旋转力和压力的共同作用下，塑性材料流动及混合并沉积在基材上，同时棒材进行前进运动，在此过程中塑化区域的材料不断沉积在基材上形成增材层。

3、增材制造过程中随着沉积量的逐渐增加棒材不断消耗，棒材不足时，需要对棒材进行更换，但更换棒材时，增材过程需要中断，更换完成后需要对棒材重新施加轴向力、旋转运动及前进运动以继续进行增材过程。由于更换棒材时，增材热输入、轴向压力、旋转及前进运动均发生了中断，增材过程连续性发生破坏，更换完成后的沉积材料与更换前的沉积材料连接处极易出现未连接、连接不充分及孔洞缺陷。

技术实现思路

1、本发明克服现有技术的不足，提出了一种搅拌摩擦增材制造的连续送棒方法，可以实现增材过程整个过程中的连续性和均匀性，增材过程棒料的轴向压力、旋转运动、前进运动均保持一致，可以有效提高增材结构的性能和质量。

2、搅拌摩擦增材制造过程中更换消耗性棒材时增材制造过程中断导致的增材沉积层连接处质量差且易出现各类缺陷的问题。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种搅拌摩擦增材制造的连续送料方法，包括：

4、在搅拌摩擦增材机器的上下两个夹紧机构中分别装入并夹紧增材棒料，满足两个增材棒料端面贴合，位于下方的增材棒料的下端插入轴肩内孔中；

5、当位于下方的夹紧机构与轴肩即将发生干涉时，控制该夹紧机构放松对增材棒料的夹紧，并沿棒料轴线上移到上方夹持机构的下方；

6、位于下方的夹紧机构放松期间，下方的增材棒料由轴肩驱动旋转及前进，由上方增材棒料提供下压力，此过程中保持两个夹紧机构、轴肩以及两个增材棒料的旋转及前进速度相同且保持不变；

7、当下方增材棒料全部消耗完后，上方的夹紧机构放松对上方增材棒料的夹持，并上移，上移后在上方夹紧机构中已无增材棒料，此时在上方夹紧机构中安装新的增材棒料，并在重力作用下下端面与原上方增材棒料的上端面接触贴合，贴合后上方夹持机构对新安装增材棒料进行夹紧；此过程保持下方夹紧机构的旋转速度、下压速度及前进速度不发生改变；轴肩旋转速度及前进速度均不发生改变；

8、重复以上步骤，完成增材过程连续的棒料更换，实现新加增材棒材过程中增材制造过程的稳定和连续。

9、优选的，上方夹紧机构放松后停止旋转，在安装新的增材棒料并对其进行夹紧后，需重新进行旋转，旋转速度与下方的夹紧机构及轴肩保持一致

10、优选的，上方夹紧机构放松后保持原旋转速度。

11、优选的，增材棒料截面是矩型、三角形或其它形状，但轴肩内孔截面需与增材棒料截面相同。

12、优选的，轴肩下表面是平面、锥面或者具有其它几何结构特征，所述其它几何结构特征包括同心圆、螺旋线。

13、优选的，所述夹紧机构是液压动力或机械动力驱动。

14、优选的，所述轴肩、两个夹紧机构及夹紧的增材棒料轴线重合。

15、本发明所达到的技术效果是：本发明提出了一种搅拌摩擦增材制造的连续送棒方法，可以实现增材过程整个过程中的连续性和均匀性，增材过程棒料的轴向压力、旋转运动、前进运动均保持一致，可以有效提高增材结构的性能和质量。

技术特征：

1.一种搅拌摩擦增材制造的连续送料方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：上方夹紧机构放松后停止旋转，在安装新的增材棒料并对其进行夹紧后，需重新进行旋转，旋转速度与下方的夹紧机构及轴肩保持一致。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：上方夹紧机构放松后保持原旋转速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：增材棒料截面是矩型、三角形或其它形状，但轴肩内孔截面需与增材棒料截面相同。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：轴肩下表面是平面、锥面或者具有其它几何结构特征，所述其它几何结构特征包括同心圆、螺旋线。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述夹紧机构是液压动力或机械动力驱动。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述轴肩、两个夹紧机构及夹紧的增材棒料轴线重合。

技术总结
一种搅拌摩擦增材制造的连续送料方法，通过在搅拌摩擦增材制造过程中通过两个夹紧机构的配合实现连续送棒，可以实现增材过程整个过程中的连续性和均匀性，增材过程棒料的轴向压力、旋转运动、前进运动均保持一致，可以有效提高增材结构的性能和质量。

技术研发人员：李冬晓,韩建超,黄宁,杜会桥,曾如川,邢广强
受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13