CN112045298A - 一种摩擦增材装置及方法 - Google Patents

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谭锦红
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Abstract

本发明涉及摩擦增材技术领域，公开了一种摩擦增材装置及方法，所述装置包括支架、碾压轴、驱动装置和送料机构；所述碾压轴安装在所述支架上；所述驱动装置安装在所述支架上，且所述驱动装置的动力输出端与所述碾压轴相连接能够驱动所述碾压轴转动，所述送料机构上设有加热器，所述加热器能够加热所述送料机构上的金属材料，以使所述送料机构输出塑性金属材料；所述送料机构与所述碾压轴相对安装。本发明可用于搅拌摩擦增材，装置简单且可适应性强。

Description

一种摩擦增材装置及方法
技术领域
本发明涉及摩擦增材技术领域，特别是涉及一种摩擦增材装置及方法。
背景技术
增材技术在航空航天等领域已经发挥了重要的作用，目前传统增材技术主要有激光/电子束增材制造、熔焊增材制造等，但传统增材技术仍然有原材料限制、成型控制难、生产效率限制、生产环境限制等难题，在实际的生产中也有较多的限制。而搅拌摩擦增材作为一种固相增材技术，可较好地解决上述问题，但目前搅拌摩擦增材主要是搅拌摩擦焊接技术发展而来的，其生产效率及对设备的要求仍然有限制，导致其对生产设备要求很严格，应用范围难以扩大。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构简单，适用范围广的搅拌摩擦增材装置及方法，可极大的简化搅拌摩擦增材的过程，并极大降低对设备的要求，提高生产效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种摩擦增材装置，包括：支架、碾压轴、驱动装置和送料机构；
所述碾压轴安装在所述支架上；
所述驱动装置安装在所述支架上，且所述驱动装置的动力输出端与所述碾压轴相连接能够驱动所述碾压轴转动；
所述送料机构与所述碾压轴相对安装，所述送料机构上设有加热器，所述加热器能够加热所述送料机构上的金属材料，以使所述送料机构输出塑性金属材料。
进一步的，所述送料机构包括储料箱和出料管道，所述出料管道的一端与所述储料箱连接，另一端相对应所述碾压轴设置，所述加热器设置于所述储料箱上。
进一步的，所述送料机构还包括液压装置，所述液压装置安装在所述储料箱上，且所述液压装置可将所述储料箱中的金属材料挤压至所述碾压轴方向。
进一步的，所述加热器为感应线圈。
进一步的，所述碾压轴外部套设有调节机构，所述调节机构的位置能够沿所述碾压轴的轴向调节，进而能够调节所述碾压轴沿其轴向的碾压宽度。
进一步的，所述调节机构包括调节板，所述调节板套设在所述碾压轴外部上，且与所述碾压轴为间隙配合。
进一步的，所述调节板设置有两块，两块所述调节板之间的轴线距离限定出所述碾压轴的碾压宽度。
进一步的，所述支架上设有调节螺栓，所述调节螺栓与所述调节板固定连接。
进一步的，所述支架包括主架体和分架体，所述分架体固定在所述主架体上，所述碾压轴安装在所述主架体上，所述驱动装置安装在所述分架体上，所述主架体为冂字形结构，所述分架体为7字形结构。
进一步的，所述驱动装置与所述碾压轴连接处设置有轴承。
进一步的，所述碾压轴采用钢铁材料或陶瓷材料或钨铼合金制成。
一种摩擦增材方法，基于如以上任一项所述的摩擦增材装置，方法步骤如下：
将所需要增材的金属材料放置于所述送料机构上，加热器加热金属材料，以使送料机构输出塑性金属材料；
驱动装置启动带动碾压轴转动；
送料机构启动将材料输送至碾压轴，碾压轴对材料进行摩擦碾压，以增材至基板上；
完成第一层增材后，重复上述步骤进行多层增材；
增材完成后，关闭驱动装置及送料机构。
进一步的，所述加热器对金属材料加热到0.65－0.9倍的金属熔点温度。
本发明提出的一种摩擦增材装置及方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过支架、碾压轴、驱动装置以及送料机构构成一种简单且有效的增材装置，大大地简化了传统摩擦增材的过程，可以实现多层增材，突破了对设备的限制，有效提高了生产效率；还通过在碾压轴上设置的调节机构适应性调整碾压轴的宽度，适配更多不同大小的材料，应用范围更广；通过设置的加热器对材料进行加热，加热后的材料摩擦增材的效率更高，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的摩擦增材装置整体结构示意图；
图2是本发明的支架结构示意图；
图3是本发明的送料机构结构示意图。
图中，1、支架；101、主架体；102、分架体；2、碾压轴；3、驱动装置；4、送料机构；401、储料箱；402、出料管道；403、液压装置；404、料架；405、转盘；406、压轮；5、调节板；6、轴承；7、调节螺栓。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1：一种摩擦增材装置。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种摩擦增材装置，包括支架1、碾压轴2、驱动装置3和送料机构4；所述碾压轴2安装在所述支架1上，且所述碾压轴2外部套设有调节机构，所述调节机构的位置能够沿所述碾压轴2的轴向调节，进而能够调节所述碾压轴2沿其轴向的碾压宽度；所述驱动装置3安装在所述支架1上，且所述驱动装置3的动力输出端与所述碾压轴2相连接；所述送料机构4与所述碾压轴2相对安装，所述送料机构4上设有加热器。
基于上述方案，支架1和送料机构4是相对独立的，送料机构4相对于碾压轴2设置，保证材料送出的方向与碾压轴2方向对应。工作过程如下：将基板置于碾压轴2下方，且基板与碾压轴2之间留有一定缝隙，将材料放置在送料机构4上，加热器对材料进行加热，送料机构4启动将加热后的材料输送至碾压轴2，驱动装置3启动带动碾压轴2转动对材料进行碾压以增材至基板上，在完成第一层增材后，送料机构4保持送料动作，碾压轴2继续碾压，在第一层增材基础上进行第二层增材，可以实现多层增材；同时在增材过程中，控制调节机构在碾压轴2上滑动，以调整调节机构在碾压轴2上的位置，进而调整碾压轴2的宽度，以便适配不同尺寸的材料，扩展了装置的应用范围。相对于现有的增材装置，本实施例提供的增材装置无疑实现了结构上的最优化最简化，而且保证了增材质量效率不下降，而且设置的加热器可以对材料进行预加热，提高其摩擦增材效率。
优选地，所述调节机构包括调节板5，所述调节板5滑动安装在所述碾压轴2上，且与所述碾压轴2为间隙配合。调节板5设置的数量为两个，分别设置在碾压轴2两端，通过两个同时在碾压轴2上滑动调节碾压轴2的宽度，或者通过单个调节板5滑动调节碾压轴2的宽度，根据材料与碾压轴2的相对位置以及材料的宽度适应性调整，两个调节板5之间的距离为碾压轴2的碾压宽度。
优选地，所述支架1上设有调节螺栓7，所述调节螺栓7与所述调节板5固定连接。调节螺栓7设置的数量与调节板5一致，调节螺栓7是贯穿支架1与调节板5连接的，转动调节螺栓7即可控制调节板5在碾压轴2上滑动，以达到调整碾压轴2宽度的目的。
优选地，所述送料机构4包括液压装置403、储料箱401和出料管道402，所述出料管道402的一端与所述储料箱401连接，另一端相对应所述碾压轴2设置，所述液压装置403安装在所述储料箱401上，所述加热器设置于所述储料箱401的外部，所述加热器为感应线圈。需要增材的金属材料存储在储料箱401内，感应线圈对储料箱401内的金属材料进行加热，最高温度可为300－2500℃，通过液压装置403对升温后的金属材料进行挤压，使其通过出料管道402流出至碾压轴2进行摩擦增材。
本实施例还提供一种上述送料机构的替换方案，如图3所示，所述送料机构包括料架404、出料口和转盘405，所述转盘405固定在所述料架404上，所述转盘405用于放置材料，所述出料口正对着所述碾压轴2方法。材料缠绕在转盘405上，并经由出料口输出值碾压轴2碾压，设置的转盘405可以方便带状金属材料缠绕放置，储存方便。所述送料机构4还包括压轮组，所述压轮组安装在所述料架404上，所述压轮组用于压紧材料并将其输送至所述碾压轴2。设置的压轮组的主要目的是压紧材料，一般增材的均是金属材料，在输送过程中可能会发生一定程度的变形，会对增材过程造成一定影响，为了确保增材质量和效率，设置压轮组对金属材料压紧保证材料的输送稳定。所述压轮组包括四个压轮406，所述压轮406呈阵列式安装在所述料架404上。压轮406设置的数量可以根据实际情况进行调整，本实施例中优选的压轮数量为四个，分布的方式是2＊2阵列式分布，金属材料直接从两两一组的压轮406中经过压紧，再从出料口送出至碾压轴2。
优选地，如图2所示，所述支架1包括主架体101和分架体102，所述分架体102固定在所述主架体101上，所述碾压轴2安装在所述主架体101上，所述驱动装置3安装在所述分架体102上，所述主架体101为冂字形结构，所述分架体102为7字形结构。碾压轴2是安装在主架体101内部两侧壁上的，分架体102焊接在主架体101任一外侧壁上，驱动装置3安装在分架体102上并与碾压轴2连接，驱动装置3启动时即可带动碾压轴2转动对材料进行碾压增材。驱动装置3优选为电主轴。
优选的，所述驱动装置3与所述碾压轴2连接处设置有轴承6。轴承6是镶嵌在主架体101内的，通过设置轴承6可以保证驱动装置3和碾压轴2之间的运转更为顺畅。
优选地，所述碾压轴2采用钢铁材料或陶瓷材料或钨铼合金制成。针对需要增材的材料类型不同，碾压轴2的材料也相应进行更改，本实施例中碾压轴2材料为钨铼合金。钨铼合金具有一系列优良的性能，诸如高熔点、高强度、高硬度、高塑性、高再结晶温度、高电阻率、高热电势值、低蒸汽压、低电子逸出功和低的延一脆性转变温度，可以更好地适应不同金属材料的摩擦增材。
优选地，碾压轴2表面是粗糙型结构，为了更好地与金属材料进行摩擦增材，相对于平整型的表面，粗造型的表面增大了碾压轴2与金属材料的接触面积，接触面积增大了，摩擦效果也就更好了。
优选地，送料机构4和支架1分别是两个相对独立的结构，可分别设置在不同的转移机构上进而产生相应的移动，具体的转移机构可以为小型吊机，送料机构4和支架1分别吊装在不同的小型吊机上，通过吊装移动使得送料机构4的出料口或出料管道402与支架1上的碾压轴2位置相对应，保证材料输送位置对应碾压轴2。
综上所述，本实施例提出的一种摩擦增材装置，结构简单，适用范围广，极大的简化搅拌摩擦增材的过程，可以实现多层增材，并极大降低对设备的要求，提高生产效率。
实施例2：一种摩擦增材方法。
本发明实施例优选实施例的一种摩擦增材方法，基于如实施例1所述的一种摩擦增材装置，具体步骤如下：
S1，将所需要增材的金属材料放置于储料箱中，通过加热器对金属材料进行升温到0.65－0.9倍的金属熔点温度；
S2，启动驱动装置，并将支架移动至起始增材位置，即基板的上方，碾压轴正对着出料管道的出料位置；
S3，启动液压装置，将加热后的金属材料挤出，碾压轴转动对金属薄带进行摩擦碾压以增材至基板上；
S4，如增材过程中需要对增材层的宽度进行调节，则调节支架上的调节螺栓，调节调节板在碾压轴上的位置，以进行碾压轴的碾压宽度的增减；
S5，完成第一层增材后，重复S3、S4步骤进行多层金属的增材；
S6，完成增材后，关闭驱动装置并将摩擦增材装置复原。
其中，基板材料与增材的金属材料相对应，即当基板为铝合金时，增材选择的材料也为铝合金。
优选地，以6061铝合金为原材料在基板上进行增材，并实现十层的增材层，碾压轴材料采用H13钢。步骤S1中对金属升温到600℃，在完成第一层增材后，再重复第一层增材步骤九次即可完成十层的增材层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种摩擦增材装置，其特征在于，包括：
支架；
碾压轴，其安装在所述支架上；
驱动装置，其安装在所述支架上，且所述驱动装置的动力输出端与所述碾压轴相连接能够驱动所述碾压轴转动；
送料机构，所述送料机构与所述碾压轴相对安装，所述送料机构上设有加热器，所述加热器能够加热所述送料机构上的金属材料，以使所述送料机构输出塑性金属材料。
2.如权利要求1所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述送料机构包括储料箱和出料管道，所述出料管道的一端与所述储料箱连接，另一端相对应所述碾压轴设置，所述加热器设置于所述储料箱上。
3.如权利要求2所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述送料机构还包括液压装置，所述液压装置安装在所述储料箱上，且所述液压装置可将所述储料箱中的金属材料挤压至所述碾压轴方向。
4.如权利要求1所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述加热器为感应线圈。
5.如权利要求1所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述碾压轴外部套设有调节机构，所述调节机构的位置能够沿所述碾压轴的轴向调节，进而能够调节所述碾压轴沿其轴向的碾压宽度。
6.如权利要求5所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述调节机构包括调节板，所述调节板套设在所述碾压轴外部上，且与所述碾压轴为间隙配合。
7.如权利要求6所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述调节板设置有两块，两块所述调节板之间的轴线距离限定出所述碾压轴的碾压宽度。
8.如权利要求6所述的摩擦增材装置，其特征在于，所述支架上设有调节螺栓，所述调节螺栓与所述调节板固定连接。
9.一种摩擦增材方法，其特征在于，基于如权利要求1－8任一项所述的摩擦增材装置，方法步骤如下：
将金属材料放置于所述送料机构上，加热器加热金属材料，以使送料机构输出塑性金属材料；
驱动装置启动带动碾压轴转动；
送料机构启动将材料输送至碾压轴，碾压轴对材料进行摩擦碾压，以增材至基板上；
完成第一层增材后，重复上述步骤进行多层增材；
增材完成后，关闭驱动装置及送料机构。
10.如权利要求9所述的摩擦增材方法，其特征在于，所述加热器对金属材料加热到0.65－0.9倍的金属熔点温度。
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