CN114905133A - 一种增材搅拌头及增材装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种增材搅拌头及增材装置。其中的增材搅拌头，特别适用于棒状增材材料，其内具有增材通道，所述增材通道的上段的内壁面围成多边形通道，所述增材通道的下段的内壁面逐渐向外倾斜扩展，以使所述增材通道的下段在向搅拌头工作端延伸方向的截面积逐渐变大，可以卸载增材搅拌头出口处增材材料受的涨紧力，以解决受热塑化的棒材在搅拌头的出口处出现堵塞的现象；并且，对增材通道的下段的内壁面向外倾斜的角度进行特定的设置，也能对出口处的棒材进行约束，避免出口部分过大使出口处的棒材产生晃动，从而提高增材效率及增材质量。

Description

一种增材搅拌头及增材装置

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种增材搅拌头及增材装置。

背景技术

工业发展促进机加行业的高速推进，但传统的车铣刨磨等技术不足以满足工业需求，增材制造这种增材方式开始产生。搅拌摩擦增材制造作为其中的一种固相增材技术，通过搅拌头摩擦产生热量使增材材料达到塑化状态，可快速实现复杂零件的制造，具有很大的工程意义。

棒材是一种常规的搅拌摩擦增材材料，在搅拌摩擦增材制造工艺中，棒材放置在增材通道中，为了能够持续进行增材制造，需要输送机构对棒材进行持续输送，棒材可以随着搅拌头一起旋转进行增材制造。但是受热塑化的棒材在搅拌头的出口处易出现堵塞现象，专利文献US6543671B2中提出了一种使用填充材料进行摩擦搅拌焊接的装置和方法，其中公开的搅拌摩擦焊具内的增材通道在出口处具有扩口部分，当线材通过增材通道进给时，线材与扩口部分接触，线材被破坏因为它与扩口部分摩擦接合并分散。具有该扩口部分的焊具，可在一定程度上解决搅拌头出口处易堵塞的问题，但是，专利文献US6543671B2中公开的具有扩口部分的焊具，其增材材料适用于线材或粉材，也就是说，上述专利文献中扩口部分的设置方式是希望增材材料在扩口部分产生轴向的变形以致分散，但是，对于是棒状的增材材料，扩口部分过大会使出口处的棒材产生晃动，从而导致增材不均匀的缺陷。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有棒状增材材料在搅拌摩擦增材过程中搅拌头出口易堵塞以及增材不均匀的缺陷，从而提供一种增材搅拌头及增材装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种增材搅拌头，其内具有增材通道，所述增材通道的上段的内壁面围成多边形通道，所述增材通道的下段的内壁面逐渐向外倾斜扩展，以使所述增材通道的下段在向搅拌头工作端延伸方向的截面积逐渐变大。其中，所述多边形通道是指，该增材通道的截面呈多边形结构。

上述的增材搅拌头中，所述多边形通道为正多边形通道，即所述增材通道的截面为正多边形。优选地，所述正多边形通道为正方形通道。

上述的增材搅拌头中，所述增材通道的下段的内壁面向外倾斜的角度α满足以下条件：

式中，s为搅拌头转速，单位rpm；v为搅拌头移速，单位mm/min；h为锥角高度，单位mm；k为常数，取值为0.1-10；△为补偿系数，取值为0.05-6。

优选地，上述的增材搅拌头中，搅拌头转速s的取值范围为500-10000；搅拌头移速v的取值范围为5-5000；锥角高度的取值范围为3-100。

上述的增材搅拌头中，增材搅拌头包括依次设置的插入端、安装法兰和工作端；其中，所述插入端的基部具有适于嵌入刀柄的定位环，所述定位环的外径大于所述插入端其余部分的外径。

上述的增材搅拌头中，所述安装法兰上具有多个螺栓安装孔，所述螺栓安装孔的轴线与所述增材通道的轴线平行，所述螺栓安装孔为T形孔，所述T形孔直径大的一端朝向工作端设置。

上述的增材搅拌头中，所述安装法兰上还具有多个定位孔，所述定位孔内适于安装定位销；所述定位孔为倒T形孔，所述倒T形孔直径大的一端朝向插入端设置，并且所述倒T形孔直径大的一端适于安装所述定位销，所述倒T形孔直径小的一端为螺纹孔。

本发明还提供一种增材装置，其包括主轴、刀柄和搅拌头，其中，所述搅拌头为上述的增材搅拌头；所述主轴和刀柄内具有输送通道，所述输送通道与所述搅拌头的增材通道连通并同轴设置。

上述的增材装置中，所述输送通道的至少一部分为不规则通道，其中，所述不规则通道为多边形与其同心圆相交的外轮廓所形成的通道。

上述的增材装置中，所述输送通道的全部为所述不规则通道；所述输送通道的多边形与所述增材通道的多边形相同并对准。

上述的增材装置中，还包括增材推送系统，所述增材推送系统包括，推杆和第一直线驱动结构，所述推杆的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入所述增材通道内以推送增材材料。

上述的增材装置中，还包括，推杆帮扶结构，其活动套接在所述推杆上，所述推杆帮扶结构适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动；

所述推杆帮扶结构包括，

轴承，所述轴承套接在所述推杆上；

第二直线驱动结构，所述轴承通过轴承座固定在所述第二直线驱动结构的活动端。

上述的增材装置中，还包括，水平移动基座和机架，所述水平移动基座通过导轨滑动连接在所述机架上；受所述机架上的水平电机驱动，所述水平移动基座带动所述推杆和第一直线驱动结构水平运动。

上述的增材装置中，所述搅拌头通过多个螺栓固定安装在所述刀柄上，并且，所述定位环嵌入所述刀柄的安装孔内，所述安装法兰与刀柄的安装端面之间具有隔热片。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的增材搅拌头，特别适用于棒状增材材料，其内具有增材通道，所述增材通道的上段的内壁面围成多边形通道，所述增材通道的下段的内壁面逐渐向外倾斜扩展，以使所述增材通道的下段在向搅拌头工作端延伸方向的截面积逐渐变大，可以卸载增材搅拌头出口处增材材料受的涨紧力，以解决受热塑化的棒材在搅拌头的出口处出现堵塞的现象。并且，所述增材通道的下段的内壁面向外倾斜的角度α满足以下条件：

其中，k取值0.1-10；△取值0.05-6；下段的内壁面倾角满足该条件的增材通道，可以在解决搅拌头出口处堵塞问题的同时，也能对出口处的棒材进行约束，避免出口部分过大使出口处的棒材产生晃动，从而提高增材效率及增材质量。并且，该角度α与各参数的关系式可以在实际生产使用过程中，根据工艺参数选择合适倾角的搅拌头，以及根据搅拌头倾角大小，确定其适用的工艺条件，从而为搅拌头的选择及应用提供便捷指导，并防止搅拌头在实际增材过程中出现堵塞及增材不均匀的情况。

2、本发明提供的增材搅拌头，其插入端的基部具有适于嵌入刀柄的定位环，安装时，该定位环可以嵌入刀柄的安装孔内，使搅拌头在刀柄的安装孔内仅通过定位环连接，可以减小搅拌头和刀柄内腔的接触面积，从而降低传热效率，以避免刀柄升温过快；在安装法兰上设有多个螺栓安装孔，所述螺栓安装孔的轴线与所述增材通道的轴线平行，所述螺栓安装孔为T形孔，所述T形孔直径大的一端朝向工作端设置，使得可以通过安装法兰将搅拌头与刀柄固定。

3、本发明提供的增材装置，所述输送通道的至少一部分为不规则通道，其中，所述不规则通道为多边形与其同心圆相交的外轮廓所形成的通道；在输送通道内设有部分的多边形轮廓，在增材通道内全部为多边形通道，多边可供棱柱状的增材材料插入并定位，实现稳定输送，而位于上端的输送通道内还具有部分圆形轮廓，圆形轮廓可供圆柱状的推杆插入以推动增材材料向下运动实现增材的输送；该圆形轮廓所在的同心圆与多边形相交，可以最大化地增加推杆与通道内的增材材料接触面积，一方面可以实现增材材料的稳定输送，另一方面可以使得推杆尽可能的加粗，从而提高推杆的强度，防止推杆在推进过程中的弯曲，进一步地提高整个增材装置的稳定性。

4、本发明提供的增材装置，包括增材推送系统，包括推杆和第一直线驱动结构，所述推杆的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入输送通道内以推送增材材料，实现增材的输送；还包括活动套接在所述推杆上的推杆帮扶结构，所述推杆帮扶结构适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动，以避免所述推杆在推进增材过程中的抖动和弯曲，并防止推杆折断，以保证棒材的精确稳定输送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的增材搅拌头示意图一；

图2为本发明实施例提供的增材搅拌头示意图二；

图3为本发明实施例提供的增材搅拌头剖视图；

图4为本发明实施例提供的增材装置结构示意图；

图5为本发明实施例提供的增材推送系统结构示意图；

图6为本发明实施例提供的水平移动系统结构示意图；

图7为本发明实施例提供的压力传感器系统结构示意图；

图8为本发明实施例提供的帮扶结构的示意图一；

图9为本发明实施例提供的帮扶结构的示意图二；

图10为本发明实施例提供的主轴系统结构示意图；

图11为本发明实施例提供的输送通道的截面图；

图12为本发明实施例提供的刀柄的一部分的结构示意图。

附图标记说明：

10-增材推送系统；11-伺服电机；12-电缸杆；20-压力传感器系统；21-压力传感器；22-端面轴承；23-端盖轴承；30-帮扶结构；31-帮扶电机；32-轴承座；33-轴承；34-立板；40-主轴系统；41-增材通道入口；410-输送通道；42-主轴；43-刀柄；44-皮带；45-驱动轴；50-搅拌头；51-安装法兰；510-增材通道；510A-增材通道的上段；510B-增材通道的下段；511-螺栓安装孔；512-定位孔；52-搅拌头的工作端；60-工作台；70-水平移动基座；71-机架；72-水平电机；80-推杆；90-数控系统；100-空调系统。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。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发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种增材搅拌头，其特别适用于棒材的搅拌摩擦增材，该搅拌头50内具有增材通道510，所述增材通道的上段510A的内壁面围成多边形通道；其中，所述多边形通道是指，该增材通道的截面呈多边形结构；然而并非限制本发明的方式，该多边形通道可选择为正多边形通道，可供棱柱状的增材材料通过，另外，如图1和3所示，所述增材通道的上段为正方形通道。所述增材通道的下段510B的内壁面逐渐向外倾斜扩展，以使所述增材通道的下段510B在向搅拌头工作端延伸方向的截面积逐渐变大，可以卸载增材搅拌头出口处增材材料受的涨紧力，以解决受热塑化的棒材在搅拌头的出口处出现堵塞的现象。

上述增材搅拌头中，所述增材通道的下段510B的内壁面向外倾斜的角度为α，该角度α有两种情况，一种为增材通道的下段510B的内壁面为一个平面时，该角度为内壁面到搅拌头轴心的夹角；另一种为增材通道的下段510B的内壁面为一个弧面时，该角度为内壁面上的切线到搅拌头轴心的夹角。

如上所述，增材通道的下段510B的内壁面向外倾斜的角度增大可以卸载增材搅拌头出口处增材材料受的涨紧力；并且，为了避免增材通道的下段510B的扩口部分过大会使棒状的增材材料晃动，从而导致增材不均匀的缺陷，上述的增材搅拌头中，所述增材通道的下段510B的内壁面向外倾斜的角度α也需要限定在一定范围内。涨紧力大小与出口处增材材料与搅拌头内壁面之间的摩擦力有关，摩擦力受搅拌头在出口处的温度影响，与温度正相关。其中，搅拌头转速s和温度正相关；搅拌头移速v越快，在搅拌头工作端的温度越不容易积累，因此，搅拌头移速v和温度呈反比的关系；另外，增材通道的下段510B在竖直方向的高度，即锥角高度h和角度α呈反比。

结合以上各工艺参数对所述增材通道的下段510B的内壁面向外倾斜的角度α的影响，并通过实际搅拌头数据及实际参数进行拟合，得到以下增材通道的下段510B的内壁面向外倾斜的角度α与各参数的关系式：

式中，s为搅拌头转速，单位rpm；v为搅拌头移速，单位mm/min；h为锥角高度，单位mm；k为常数，取值为0.1-10；△为补偿系数，取值为0.05-6；其中，各参数s、v和h取实际数值。优选地，搅拌头转速s的取值范围为500-10000；搅拌头移速v的取值范围为5-5000；锥角高度的取值范围为3-100。增材通道的下段的内壁面倾角α满足该条件的增材通道，可以在解决搅拌头出口处堵塞问题的同时，也能对出口处的棒材进行约束，避免出口部分过大使出口处的棒材产生晃动，从而提高增材效率及增材质量。该角度α与各参数的关系式可以在实际生产使用过程中，根据工艺参数选择合适倾角的搅拌头，以及根据搅拌头倾角大小，确定其适用的工艺条件，从而为搅拌头的选择及应用提供便捷指导，并防止搅拌头在实际增材过程中出现堵塞及增材不均匀的情况。

优选地，在本实施例中，s选择1000，v选择100，H选择10，k为1.5、△为0.5，依照上述关系式得出α等于2，在上述工艺参数下，选择增材通道的下段510B的内壁面向外倾斜的角度α为2度的搅拌头，可以良好解决现有棒状增材材料在搅拌摩擦增材过程中搅拌头出口易堵塞以及增材不均匀的缺陷。

本实施例提供的增材搅拌头，包括插入端、安装法兰51和搅拌头的工作端52，其中，所述插入端适于在安装时插入刀柄的安装孔内，插入端的基部具有适于嵌入刀柄的定位环501，该定位环501在刀柄的安装孔中起抵接定位的作用，也就是说，在刀柄的安装孔内，所述插入端仅通过定位环501与刀柄接触，以减小搅拌头和刀柄内腔的接触面积，从而降低传热效率，降低热量朝向刀柄的过度传递，以避免刀柄升温过快；另外，为了实现搅拌头可以在刀柄的端部固定安装，所述安装法兰51上具有多个螺栓安装孔511，所述螺栓安装孔511的轴线与所述增材通道的轴线平行，也就是说，在进行搅拌头的安装时，所述螺栓安装孔511正对刀柄的安装端面；进一步地，所述螺栓安装孔为T形孔，所述T形孔直径大的一端朝向工作端设置，以便于螺栓的旋入。

本实施例提供的增材搅拌头，安装时，定位环501可以嵌入刀柄的安装孔内，使搅拌头在刀柄的安装孔内仅通过定位环连接，可以减小搅拌头和刀柄内腔的接触面积，从而降低传热效率，以避免刀柄升温过快；在安装法兰上设有多个螺栓安装孔，所述螺栓安装孔的轴线与所述增材通道的轴线平行，所述螺栓安装孔为T形孔，所述T形孔直径大的一端朝向工作端设置，使得可以通过安装法兰将搅拌头与刀柄固定。

可选择地，上述增材搅拌头中，所述插入端、安装法兰51和工作端52可一体成型。

上述增材搅拌头中，所述定位环501的外径大于所述插入端其余部分的外径，以使得在刀柄内，搅拌头仅通过定位环501与刀柄接触。

可选择地，上述增材搅拌头中，所述安装法兰51上还具有多个定位孔512，所述定位孔512内适于安装定位销。该定位孔512可以在搅拌头的安装时插入定位销以实现定位，以保证搅拌头和刀柄结构内的增材通道截面一致对接。

作为优选的实施方式，上述增材搅拌头中，所述定位孔512为倒T形孔，所述倒T形孔直径大的一端朝向插入端52设置，并且所述倒T形孔直径大的一端适于安装所述定位销，所述倒T形孔直径小的一端为螺纹孔。因定位销在搅拌头安装完成后会卡紧在定位孔512内，此时可利用螺纹孔从反面旋入螺栓或螺钉以将定位销顶出，从而方便搅拌头的拆卸。

可选择地，上述增材搅拌头中，所述定位孔512和螺栓安装孔511均设置为四个，并且依次间隔环绕设置。

可选择地，为了便于精确定位，上述增材搅拌头中，所述定位孔512处于增材通道510截面的对角线的延长线上。

本实施例提供的增材搅拌头，在使用时，可先将至少两个定位销插入定位孔512内，然后再将定位销的突出端插入至刀柄安装端对应的定位孔内以实现周向定位；同时将插入端52插入刀柄的安装孔内，并通过插入端的定位环501实现在安装孔内的定位；随后通过螺栓将搅拌头固定；其中在安装法兰51与刀柄的安装端之间可设置起隔热作用的云母片，以进一步抑制搅拌头的热量朝向刀柄传递，从而能够提高刀柄的使用寿命。

实施例2

如图4-12所示，本实施例提供一种增材装置，包括主轴系统40、搅拌头50和工作台60，工作时，主轴系统40带动搅拌头50旋转，从而在工作台60上实现增材制造，所述搅拌头50为实施例1中所提供的搅拌头；该主轴系统40包括主轴42及安装在主轴上的刀柄43，所述主轴通过皮带44或齿轮受主轴电机(未图示)的驱动轴45驱动而旋转；在所述刀柄43的工作端安装有搅拌头50，其中，所述主轴42、刀柄43和搅拌头50可采用已知的方式进行安装，并且，所述主轴42、刀柄43和搅拌头50内具有互相连通的输送通道和增材通道，所述输送通道的顶部具有增材通道入口41。

本实施例提供的增材装置，在需要进行增材制造时，将待增材的棒材，例如铝棒从所述增材通道入口41插入至输送通道和增材通道，在下述的增材推进系统作用下向下推进进行增材制造，并且可以避免该增材推进系统随棒材一起旋转。

本实施例提供的增材装置，主轴系统、为皮带或齿轮传动结构，通过电机带动主轴旋转，为避免主轴轴承等结构在高速需旋转和下方高温的作用下烧蚀，主轴需配置有冷却系统，该冷却系统可为水冷结构，通过水冷机冷却液体对主轴冷却。也可为油冷，将水冷机更换为液压系统对主轴进行冷却。另外，本实施例提供的增材装置，还可包括数控系统90和空调系统100。

本实施例提供的增材装置，所述主轴42、刀柄43和搅拌头50内具有互相连通的输送通道和增材通道，所述主轴和刀柄内具有输送通道410，所述搅拌头内具有增材通道510，所述输送通道与所述搅拌头的增材通道连通并同轴设置；所述输送通道410的至少一部分为不规则通道，其中，所述不规则通道为正多边形与其同心圆相交的外轮廓所形成的通道；所述增材通道为正多边形通道。然而并非限制本发明的实施方式，所述正多边形为正四边形。其中，正多边形与其同心圆相交的外轮廓所形成的通道是指该通道的截面为正多边形与其同心圆相交的外轮廓，也即，各个正多边形的角分别均匀分布在其同心圆所在的圆周上。

本实施例提供的增材装置，其通道包括同轴设置的输送通道和增材通道；所述输送通道位于主轴和刀柄内，其至少一部分为不规则通道，其中，所述不规则通道为正多边形与其同心圆相交的外轮廓所形成的通道；所述增材通道位于搅拌头内，其为正多边形通道。在输送通道内设有部分的正多边形轮廓，在增材通道内全部为正多边形通道，正多边可供正棱柱状的增材材料插入并定位，实现稳定输送，而位于上端的输送通道内还具有部分圆形轮廓，圆形轮廓可供圆柱状的推杆插入以推动增材材料向下运动实现增材的输送；该圆形轮廓所在的同心圆与正多边形相交，可以最大化地增加推杆与通道内的增材材料接触面积，一方面可以实现增材材料的稳定输送，另一方面可以使得推杆尽可能的加粗，从而提高推杆的强度，防止推杆在推进过程中的弯曲，进一步地提高整个增材装置的稳定性。

另外，作为可替换的实施方式，所述搅拌头内的增材通道510可部分为正多边形通道，该部分为与输送通道410相接的部分，也即增材通道510的上段为正多边形通道；其中，增材通道的下段可以设置为具有扩口的锥形通道。

优选地，上述的增材装置中，所述输送通道410的全部为所述不规则通道；所述输送通道410的正多边形与所述增材通道510的正多边形相同并对准。

本实施例提供的增材装置，还包括增材推进系统10，该增材推进系统10还包括推杆80和第一直线驱动结构，所述推杆80的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆80的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的输送通道内以推送增材材料；其中，所述推杆的始端是指推杆80的顶端，所述推杆的末端是指推杆80的底端。具体地，所述第一直线驱动结构可设置为电缸，所述电缸包括伺服电机11和电缸杆12，所述电缸杆12作为电缸的活动端与所述推杆80的始端连接。

其中，所述推杆80优选为圆柱状推杆，其采用顶针材料制成，因为推杆80在输送通道内会随着主轴的旋转而转动，采用圆柱状的推杆可一定程度上避免推杆在转动过程中的产生离心力，但工业上使用的圆柱状材料会带有一定的误差，因此，在转动过程中不可避免地会出现抖动现象，而且推杆的推进又需要承载较大的压力，在产生抖动时加压，推杆会出现弯曲或断裂。本实施例提供的增材装置还包括，推杆帮扶结构30，其活动套接在所述推杆80上，所述推杆帮扶结构30适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动，以避免所述推杆在推进增材过程中的抖动和弯曲，并防止推杆折断，以保证棒材的精确稳定输送。

另外，上述增材装置中，所述推杆的截面与所述同心圆的外轮廓相适配，以满足能够紧贴所述输送通道的壁插入所述输送通道内。

上述的增材装置中，所述推杆帮扶结构30包括，轴承33和第二直线驱动结构，所述轴承33套接在所述推杆80上，所述轴承33通过轴承座32固定在所述第二直线驱动结构的活动端。具体地，所述第二直线驱动结构包括帮扶电机31、丝杆和滑座，所述丝杆与帮扶电机31的驱动端连接，所述滑座与所述丝杆滑动配合；其中所述轴承座32通过滑座连接至所述丝杆上。推送系统负责将原材料棒材推送入主轴内，同时要避免该系统与棒材一起旋转。该部分由伺服电机和电缸杆组成，伺服电机旋转，通过螺杆机构将旋转力转换为电缸杆向下运动的推力。

因第一直线驱动结构会对推杆80提供较大的朝向下方的压力，推杆不可避免地会产生弯曲，并且，由于推杆80的始端与所述第一直线驱动结构连接固定，推杆80的末端插入至输送通道内，因此，也可相当于推杆的末端在轴向上固定，该推杆两端固定，因此，推杆受力弯曲的位置一般会产生在输送通道外侧至其始端这一段距离的中间位置处。因此，优选地，在上述的增材推送系统中，随着所述推杆80的推进，所述轴承33在第二直线驱动结构的带动下始终位于输送通道外侧的推杆的中部，进一步避免了推杆的弯曲。为了满足轴承33在增材制造过程中可始终处于输送通道外侧的中部，所述轴承向下运动的速度可选择为所述推杆推进速度的一半。另外，作为可替换的实施方式，为所述轴承提供动力的帮扶电机31可以和为所述推杆提供动力的伺服电机11通信连接；根据所述伺服电机11的信号，所述帮扶电机31可以实时调整转速，以使得所述轴承向下运动的速度始终位于所述推杆推进速度的一半，以保证轴承始终处于输送通道外侧的推杆的中部。

可选择地，上述的增材装置中，还包括立板34，上述的第一直线驱动结构和第二直线驱动结构均固定在所述立板34上。

可选择地，上述的增材装置中，所述电缸的活动端设有压力传感器系统20，该压力传感器系统20包括依次设置的压力传感器21、端面轴承22和端盖轴承23，所述端面轴承22固设在所述压力传感器21的底部，所述端盖轴承23可旋转地装配在所述端面轴承22的底部；其中，所述端盖轴承23为带座端盖轴承，所述推杆80的始端插入所述端盖轴承的轴座内，所述端面轴承起装配并支撑端盖轴承的作用，以保证对所述推杆有足够的推力，并防止电缸的活动端随转，从而保证电缸的稳定性。压力传感器感受推杆对原材料施加的压力通过PLC的PID调节实现压力的闭环控制。压力系统通过压力传感器增加反馈机制，通过伺服电机扭矩判定与压力传感器双反馈机制，保证增材压力，采用压力传感器建立压力反馈机制，确保压力的准确度。

上述的增材装置中，还包括，水平移动基座70和机架71，所述水平移动基座70通过导轨滑动连接在所述机架71上；所述增材推进系统10固定在所述水平移动基座70上，受所述机架71上的水平电机72的驱动，所述水平移动基座70带动所述推杆80和第一直线驱动结构水平运动。所述水平移动基座带动所述推杆和第一直线驱动结构水平运动，可以在增材材料装配在增材通道时，使推杆避开增材通道的入口，并且在增材材料装配完成后，驱动推杆复位至增材通道的入口，以便于整个增材材料装配工序的顺利操作。

本实施例提供的增材装置在使用时，在推杆下方的增材通道入口放入增材原材料，主轴旋转并沿着Z轴方向移动，在搅拌头距离基板0.1-5mm处停止运动；特别地，可先到达位置再旋转。

推杆推动材料向下运动并施加压力，主轴按照原设路径进行移动，此时材料沉积在基板上。随着主轴的一定，原材料不断消耗变短，推杆也不断向下移动，此时帮扶机构也随着推杆向下运动而运动，让帮扶机构的一直处于推杆中心位置。特别地，本设备可不使用压力传感器，改为位移控制，即推杆每分钟向下运动0.1-100mm。

本实施例提供的增材装置，所述增材推送系统的推杆的末端适于在第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的输送通道内以推送增材材料。

本实施例提供的增材装置，所述搅拌头通过多个螺栓固定安装在所述刀柄上，并且，所述定位环嵌入所述刀柄的安装孔内，所述安装法兰与刀柄的安装端面之间具有隔热片。优选地，上述增材装置中，所述隔热片为云母片。

本实施例提供的增材装置，其中的搅拌头通过插入端的定位环在刀柄的安装孔内定位，并且在安装法兰与刀柄的安装端设置隔热片。通过上述减少传热面积以及采用隔热片限制热传导两种方式的协同作用，进一步地制搅拌头的热量朝向刀柄传递，能够提高刀柄的使用寿命，从而提高增材装置的稳定性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种增材搅拌头，其内具有增材通道，其特征在于，所述增材通道的上段的内壁面围成多边形通道，所述增材通道的下段的内壁面逐渐向外倾斜扩展，以使所述增材通道的下段在向搅拌头工作端延伸方向的截面积逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的增材搅拌头，其特征在于，所述多边形通道为正多边形通道。

3.根据权利要求2所述的增材搅拌头，其特征在于，所述正多边形通道为正方形通道。

4.根据权利要求1-3任一项所述的增材搅拌头，其特征在于，所述增材通道的下段的内壁面向外倾斜的角度α满足以下条件：

式中，s为搅拌头转速，单位rpm；v为搅拌头移速，单位mm/min；h为锥角高度，单位mm；k为常数，取值为0.1-10；△为补偿系数，取值为0.05-6。

5.根据权利要求4所述的增材搅拌头，其特征在于，搅拌头转速s的取值范围为500-10000；搅拌头移速v的取值范围为5-5000；锥角高度的取值范围为3-100。

6.根据权利要求4所述的增材搅拌头，其特征在于，增材搅拌头包括依次设置的插入端、安装法兰和工作端；其中，所述插入端的基部具有适于嵌入刀柄的定位环，所述定位环的外径大于所述插入端其余部分的外径。

7.根据权利要求6所述的增材搅拌头，其特征在于，所述安装法兰上具有多个螺栓安装孔，所述螺栓安装孔的轴线与所述增材通道的轴线平行，所述螺栓安装孔为T形孔，所述T形孔直径大的一端朝向工作端设置。

8.根据权利要求7所述的增材搅拌头，其特征在于，所述安装法兰上还具有多个定位孔，所述定位孔内适于安装定位销；所述定位孔为倒T形孔，所述倒T形孔直径大的一端朝向插入端设置，并且所述倒T形孔直径大的一端适于安装所述定位销，所述倒T形孔直径小的一端为螺纹孔。

9.一种增材装置，其特征在于，包括主轴、刀柄和搅拌头，其中，所述搅拌头为权利要求1-8任一项所述的增材搅拌头；所述主轴和刀柄内具有输送通道，所述输送通道与所述搅拌头的增材通道连通并同轴设置。

10.根据权利要求9所述的增材装置，其特征在于，所述输送通道的至少一部分为不规则通道，其中，所述不规则通道为多边形与其同心圆相交的外轮廓所形成的通道。

11.根据权利要求10所述的增材装置，其特征在于，所述输送通道的全部为所述不规则通道；所述输送通道的多边形与所述增材通道的多边形相同并对准。

12.根据权利要求11所述的增材装置，其特征在于，还包括增材推送系统，所述增材推送系统包括，推杆和第一直线驱动结构，所述推杆的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入所述增材通道内以推送增材材料。

13.根据权利要求12所述的增材装置，其特征在于，还包括，推杆帮扶结构，其活动套接在所述推杆上，所述推杆帮扶结构适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动；

所述推杆帮扶结构包括，

轴承，所述轴承套接在所述推杆上；

第二直线驱动结构，所述轴承通过轴承座固定在所述第二直线驱动结构的活动端。

14.根据权利要求13所述的增材装置，其特征在于，还包括，水平移动基座和机架，所述水平移动基座通过导轨滑动连接在所述机架上；受所述机架上的水平电机驱动，所述水平移动基座带动所述推杆和第一直线驱动结构水平运动。

15.根据权利要求9所述的增材装置，其特征在于，所述搅拌头通过多个螺栓固定安装在所述刀柄上，并且，所述定位环嵌入所述刀柄的安装孔内，所述安装法兰与刀柄的安装端面之间具有隔热片。

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