CN109261962A - 一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固态增材制造技术领域，公开了一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机。利用电磁加热系统对金属粉末进行加热至预设温度，并颠覆了之前搅拌头的设计，采用分段式搅拌头，加热后的金属粉料可以通过固定的密封轴承上预留的出粉口进入下搅拌头的腔室中。由下搅拌头提供的摩擦热对金属粉料进行二次加热，直至进入流动状态，随工作台的移动完成增材过程。增材结束后，利用吹洗系统对下搅拌头的腔室进行清洗。并且，由于使用分段式搅拌头，下搅拌头可根据需要进行拆卸、更换、保养。极大提高了实用性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于固态增材制造技术领域，尤其涉及一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机。
背景技术
随着社会生产发展的需要，增材制造技术得到了极大的发展。当前搅拌摩擦增材制造在技术上仍存在不成熟的现象，增材制造设备的热源大部分来自于激光等。在传统的增材制造技术中，由于热源温度较高以及熔池凝固等因素，存在材料的微观结构各向异性、凝固缺陷、热变形等问题。而已有的摩擦增材制造技术采用粉料、丝料或者棒料进行固态摩擦增材，虽然能够回避激光增材中出现的部分问题，但由于热量是由摩擦搅拌头与粉料摩擦产生的，需要在轴向施加较大的顶锻力，而这一措施限制了摩擦增材构件的高度，当增材层达到一定高度时，会产生失稳问题。而本发明正是针对上述问题，进行了新的设计，采用电磁加热辅助的方式，使粉料进入热塑性，这时只需要较小的顶锻力就可以实现摩擦增材。在加热方式、出粉方式、加工尺寸等方面，具有更高的灵活性和更好的加工质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机。解决现有搅拌摩擦增材制造技术中存在的铺粉不均匀、出粉口难于清理、成型质量不高、增材层高度受限等问题。并提高工件表面的平整度，进一步降低生产成本。
本发明的技术方案：
一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机，包括电磁加热系统、吹洗系统、分段式搅拌头、密封的轴承11、套环13和固定杆19；
所述的电磁加热系统包括保温层3、线圈4、顶部开口的电磁加热外壳5、螺杆6、电源7、电机8、电源及电流控制单元9和进粉管10；所述的保温层3覆盖于顶部开口的电磁加热外壳5的外表面，电磁加热外壳5与进粉管10相连，电磁加热外壳5顶部开口用于投加粉体；所述的线圈4缠绕于保温层3外部；所述的螺杆6伸入至电磁加热外壳5内部，通过电机8驱动，实现粉体的传送；所述的电源7为电机8提供电源；所述的电源及电流控制单元9与线圈4相连，实现加热；
所述的吹洗系统包括进风管18和吹风机20；所述的进风管18与吹风机20的出风口通过卡扣21相连；
所述的分段式搅拌头包括上搅拌头1、中间轴2和下搅拌头16；所述的中间轴2与上搅拌头1为一体化连接，其为圆柱体与平顶锥形体组成，平顶锥形体上设有螺纹孔29和键30；所述的下搅拌头16为一腔室15结构，其包围于中间轴2的平顶锥形体外部；所述的腔室15内底部为倾斜设计，防止粉体在腔室堆积；所述的腔室15内固定有多个与平顶锥形体相配合的隔板27，部分隔板27上开有螺栓孔26，螺栓孔26的位置与螺纹孔29的位置相对应，通过定位螺栓12实现中间轴2的定位；所述的腔室15外壁上设有与套环13配合的卡槽28；所述的腔室15底部设有多个出粉口14和与平顶锥形体端部的键相配合的定位孔24，出粉口14间隔布置，实现出粉均匀；
所述的套环13与下搅拌头16上部配合，并通过定位销钉17与腔室15外壁上的卡槽28相配合固定，实现与下搅拌头16同步转动，套环13与下搅拌头16的连接处做密封处理；所述的密封的轴承11的外径与套环13紧密连接，内径与中间轴2紧密连接；所述的密封的轴承11上开有进粉口25和进风口31；所述的密封的轴承11外径与套环13紧密连接，内径与中间轴2紧密连接；所述的密封的轴承上设有进粉口25和进风口31，进粉口25与进粉管10密封连接，进风口31与进风管18密封连接；
所述的固定杆19一端连接密封的轴承11，另一端固定于吹风机20的卡扣21上。
本发明的有益效果：由下搅拌头提供的摩擦热对金属粉料进行二次加热，直至进入流动状态，随工作台的移动完成增材过程。增材结束后，利用吹洗系统对下搅拌头的腔室进行清洗。并且，由于使用分段式搅拌头，下搅拌头可根据需要进行拆卸、更换、保养。极大提高了实用性，降低了成本。
附图说明
图1是一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机加工示意图。
图2是下搅拌头及内部结构剖视图。
图3是下搅拌头底部出粉口示意图。
图4为上搅拌头及中间轴结构示意图。
图5为密封的轴承与套环连接的仰视图。
图6为密封的轴承与套环连接及套环结构侧视图。
图中：1上搅拌头；2中间轴；3保温层；4线圈；5电磁加热外壳；6螺杆；7电源；8电机；9电源及电流控制单元；10进粉管；11密封的轴承；12定位螺栓；13套环；14出粉口；15腔室；16下搅拌头；17定位销钉；18进风口；19固定杆；20吹风机；21卡扣；22增材层；23基层板；24定位孔；25出粉口；26螺栓孔；27隔板；28卡槽；29螺纹孔；30键；31进风口。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，并不能包括所有的实施例。基于本发明中的实施例，本领域其他技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机，包括电磁加热系统、吹洗系统、分段式搅拌头、密封的轴承11、套环13、固定杆19；
所述的电磁加热系统包括保温层3、线圈4、顶部开口的电磁加热外壳5、螺杆6、电源7、电机8、电源及电流控制单元9和进粉管10；保温层3覆盖在直到进粉管10之前的整个电磁加热外壳5上，线圈分布于保温层3外侧，通过电源及电流控制单元9为电磁加热提供满足技术要求的电流；金属粉料通过顶部开口的外壳5上的进料口进入电磁加热腔室中，此时金属粉料从进入电磁加热腔室到进入腔室15中间的过程收到持续加热，整个加热过程会使金属粉料的温度达到预设温度。在加热过程中，金属粉料的移动是通过电机8驱动的螺杆6实现的，螺杆6的旋转推动加热后的金属粉料进入到腔室15中，其中，进粉管10与密封的轴承11的连接处采用密封处理。由于加热后的金属粉料流动性增强，在推杆的作用下热的金属粉料更易于从出粉口14中流出，同时在下搅拌头16底面旋转摩擦的作用下进一步加热，进入流动状态，伴随工作台的移动逐渐磨平，实现增材过程。
所述的吹洗系统包括进风管18、吹风机20；所述的进风管18与吹风机出风口相连；增材结束后，利用吹风机20中吹出的风对腔室15中残留的金属粉料进行清洗，进风管18与密封的轴承11的连接采用密封处理。
所述的分段式搅拌头包括上搅拌头1、中间轴2、下搅拌头16；所述的中间轴2包括螺纹孔29、键30；所述的上搅拌头1与中间轴2采用一体化设计，二者保持同步旋转，所述的下搅拌头16内壁设有隔板27，对下搅拌头16进行约束，避免下搅拌头16的旋转中心与上搅拌头的旋转中心不在同一条直线上。其中部分隔板27内部开有螺栓孔26，将中间轴2底部的键30插入下搅拌头30底部的定位孔24，螺栓可通过螺栓孔26直接与中间轴2上的螺纹孔29拧紧，将下搅拌头16固定在中间轴2上，并保证下搅拌头16与上搅拌头1做同步转动，下搅拌头16的腔室15底部采用倾斜设计，避免热的金属粉料在腔室16底部堆积。下搅拌头16底部出粉口均匀分布，保证增材层的金属粉料分布均匀。其中下搅拌头16底部直径可根据增材要求进行适当的调整，以满足不同的增材需要。增材结束后，可以选择将下搅拌头16拆下进一步清理、维护。
所述的密封的轴承11外侧与套环13相连，内侧与中间轴2连接，并在连接处进行密封处理。此外，轴承上设有出粉口25和进风口31。其中，中间轴2随上搅拌头转动，密封的轴承保持不动。安装下搅拌头16时将套环13底部的定位销钉17与卡槽28进行装配，并做密封处理。由定位销钉17带动套环13随下搅拌头16同步旋转，密封的轴承11保持静止。增材过程中，上搅拌头1、中间轴2、下搅拌头16与套环13保持同步旋转，密封的轴承11在固定杆19的作用下保持静止。
以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机，其特征在于，所述的基于电磁感应加热的分段式摩擦增材制造机包括电磁加热系统、吹洗系统、分段式搅拌头、密封的轴承(11)、套环(13)和固定杆(19)；
所述的电磁加热系统包括保温层(3)、线圈(4)、顶部开口的电磁加热外壳(5)、螺杆(6)、电源(7)、电机(8)、电源及电流控制单元(9)和进粉管(10)；所述的保温层(3)覆盖于顶部开口的电磁加热外壳(5)的外表面，电磁加热外壳(5)与进粉管(10)相连，电磁加热外壳(5)顶部开口用于投加粉体；所述的线圈(4)缠绕于保温层(3)外部；所述的螺杆(6)伸入至电磁加热外壳(5)内部，通过电机(8)驱动，实现粉体的传送；所述的电源(7)为电机(8)提供电源；所述的电源及电流控制单元(9)与线圈(4)相连，实现加热；
所述的吹洗系统包括进风管(18)和吹风机(20)；所述的进风管(18)与吹风机(20)的出风口通过卡扣(21)相连；
所述的分段式搅拌头包括上搅拌头(1)、中间轴(2)和下搅拌头(16)；所述的中间轴(2)与上搅拌头(1)为一体化连接，其为圆柱体与平顶锥形体组成，平顶锥形体上设有螺纹孔(29)和键(30)；所述的下搅拌头(16)为一腔室(15)结构，其包围于中间轴(2)的平顶锥形体外部；所述的腔室(15)内底部为倾斜设计，防止粉体在腔室堆积；所述的腔室(15)内固定有多个与平顶锥形体相配合的隔板(27)，部分隔板(27)上开有螺栓孔(26)，螺栓孔(26)的位置与螺纹孔(29)的位置相对应，通过定位螺栓(12)实现中间轴(2)的定位；所述的腔室(15)外壁上设有与套环(13)配合的卡槽28；所述的腔室(15)底部设有多个出粉口(14)和与平顶锥形体端部的键相配合的定位孔(24)，出粉口(14)间隔布置，实现出粉均匀；
所述的套环(13)与下搅拌头(16)上部配合，并通过定位销钉17与腔室(15)外壁上的卡槽28相配合固定，实现与下搅拌头(16)同步转动，套环(13)与下搅拌头(16)的连接处做密封处理；所述的密封的轴承(11)的外径与套环(13)紧密连接，内径与中间轴(2)紧密连接；所述的密封的轴承(11)上开有进粉口25和进风口31；所述的密封的轴承(11)外径与套环(13)紧密连接，内径与中间轴(2)紧密连接；所述的密封的轴承上设有进粉口25和进风口31，进粉口25与进粉管(10)密封连接，进风口31与进风管(18)密封连接；
所述的固定杆(19)一端连接密封的轴承(11)，另一端固定于吹风机(20)的卡扣(21)上。
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