CN115213434B - 一种电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,包括进料装置、上载板、下载板、振动摩擦装置和磁吸装置;所述上载板上安装进料装置,所述下载板可移动安装在上载板下方,且所述下载板沿垂直与进料方向移动;所述振动摩擦装置包括送料套筒和磁吸装置;所述上载板与下载板之间安装磁吸装置;所述下载板上安装送料套筒,所述进料装置将棒料输入送料套筒一端;所述下载板下方设有可移动的工作台,所述工作台上放置待处理的基板,所述棒料通过送料套筒与基板接触,通过下载板的往复移动,使棒料与基板表面挤压摩擦增材。本发明采用电磁吸附产生的线性振动设计,只需要较小的径向力就可以实现摩擦增材,具有更高的灵活性和更好的加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及固相增材制造技术领域,特别涉及一种电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置。
背景技术
增材制造技术应用于复杂结构零件的成形,可以缩短加工周期,提高加工效率,目前已在航空航天、海洋工程装备、医疗器械等领域发挥了重要作用,相比于传统加工具有明显优势。目前,主要的金属增材制造技术可以分为两大类,一类是以熔化-凝固为基础理论的增材制造技术,如激光增材等;另一类是以固相增材为基础理论的增材制造技术,如扩散增材、摩擦增材、冷喷涂增材等。以熔化-凝固为基础的增材制造技术通常面临着气孔、裂纹、组织粗大等问题,制造出的零件性能仍有待进一步提高。而以固相连接为基础的增材制造技术,通常可以获得致密的增材制造组织,零件综合性能较好。然而,现有的固相增材技术一般来说增材效率都较为低下。
相比之下,摩擦增材在提高固相增材效率方面有着较大的发展潜力。但现有的摩擦增材制造技术在固相接合时主要依靠摩擦产热,同时在材料径向施加很大载荷,这明显减小了增材效率,且不利于制造大型复杂零件。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明提供了一种电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,采用电磁吸附产生的线性振动设计,加以感应线圈加热辅助的方式,此时只需要较小的径向力就可以实现摩擦增材,具有更高的灵活性和更好的加工质量。本发明通过电磁吸附作为驱动力,带动下载板的往复运动,达到增材制造的目的。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,包括进料装置、上载板、下载板、振动摩擦装置和磁吸装置;
所述上载板上安装进料装置,所述下载板可移动安装在上载板下方,且所述下载板沿垂直与进料方向移动;所述振动摩擦装置包括送料套筒和磁吸装置;所述上载板与下载板之间安装磁吸装置,用于使下载板往复振动;所述下载板上安装送料套筒,所述进料装置将棒料输入送料套筒一端;
所述下载板下方设有可移动的工作台,所述工作台上放置待处理的基板,所述棒料通过送料套筒与基板接触,通过下载板的往复移动,使棒料与基板表面挤压摩擦增材。
进一步,所述上载板两侧分别通过支撑装置支撑,所述支撑装置包括支架、螺栓和弹簧,所述支架通过螺栓与上载板连接,所述下载板可移动安装在螺栓上,所述螺栓上安装弹簧,且所述弹簧位于上载板与下载板之间,用于使下载板复位。
进一步,所述磁吸装置位于上载板与下载板之间两侧的间隙处,通过交替控制两侧的磁吸装置工作,使下载板往复振动。
进一步,还包括回弹装置,所述回弹装置为弹性块,所述弹性块上下两端分别与上载板和下载板连接,用于提供水平方向的回弹力。
进一步,所述送料套筒一端穿过上载板,所述上载板与送料套筒之间安装弹性轴套,用于限制送料套筒一端的振幅。
进一步,所述弹性轴套包括外环、内环和线性弹簧,所述外环位于上载板的送料套筒安装孔内,所述内环安装在送料套筒外部,所述外环与内环之间均布若干线性弹簧。
进一步,安装弹性轴套的送料套筒一端的振动幅度不超过1mm。
进一步,还包括感应加热装置,所述感应加热装置位于送料套筒外部,用于加热棒料。
进一步,所述送料装置包括轧辊、滚动轴承和驱动装置,至少一对所述轧辊两端分别通过安装有滚动轴承安装在上载板上,其中一个所述轧辊的一端安装驱动装置。
进一步,安装在所述上载板最后一对轧辊到送料套筒安装弹性轴套一端的距离大于50mm,但不超过150mm。
本发明的有益效果在于:
1.本发明所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,采用两侧间断电磁吸附产生的线性振动提供径向力,此时只需要较小的径向力就可以实现摩擦增材,具有更高的灵活性和更好的加工质量,而传统的增材制造技术具有诸多缺陷,大多在设备以及适应场合上有所局限性,同时制备材料的组织较为粗大的问题。
2.本发明所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,在送料套筒外部加装感应加热装置,可以对棒料在其内部输送时进行加热,使棒料在进行挤压摩擦时提前预热,减小摩擦时的能量损耗。更重要的是棒料加热后,在送料套筒内的棒料柔韧性增加,使送料套筒内的棒料挠度增加,这样可以避免线性振动产生的交变应力使其失效。
3.本发明所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,在上载板与送料套筒之间加装弹性轴套,使得送料套筒在下载板带动下做线性振动时,在水平方向上保持微弹性余量。四个弹簧将下载板维持振动稳定,其中的弹性块对于下载板装置水平方向上起主要的限制作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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,显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的电磁驱动振动摩擦增材制造装置的结构图。
图2为本发明所述的电磁驱动振动摩擦增材制造装置的正面结构图。
图3为本发明所述的电磁驱动振动摩擦增材制造装置的侧面结构图。
图4为本发明所述的电磁驱动振动摩擦增材制造装置的剖面结构图。
图5为本发明所述的弹性轴套的结构图。
图6为本发明所述的弹性块的结构图。
图7为本发明所述的送料套筒的结构图。
图8为本发明所述的送料套筒的剖面图。
图9为本发明所述的弹性轴套安装示意图。
图中:
1-上载板;2-下载板;3-振动摩擦装置;4-感应加热装置;5-送料装置;6-支撑装置;7-磁吸装置;8-回弹装置;9-轧辊;10-滚动轴承;11-弹性轴套;12-送料套筒;13-弹性块;14-螺栓;15-弹簧;16-支架;17-工作台;18-基板;19-1-外环;19-2-内环;20-线性弹簧。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述,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发明的限制。此外,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。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,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,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2和图3所示,本发明所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,包括进料装置5、上载板1、下载板2、振动摩擦装置3和磁吸装置7;
所述上载板1上安装进料装置5,所述下载板2可移动安装在上载板1下方,且所述下载板2沿垂直与进料方向移动;所述振动摩擦装置3包括送料套筒12和磁吸装置7;所述上载板1与下载板2之间安装磁吸装置7,用于使下载板2往复振动;所述下载板2上安装送料套筒12,所述进料装置5将棒料输入送料套筒12一端;所述下载板2下方设有可移动的工作台17,所述工作台17上放置待处理的基板18,所述棒料通过送料套筒12与基板18接触,通过下载板2的往复移动,使棒料与基板18表面挤压摩擦增材。所述工作台17具有三个方向上的自由度,随沉积的进行向各方向移动,保证沉积的顺利进行。
所述上载板1两侧分别通过支撑装置6支撑,所述支撑装置6包括支架16、螺栓14和弹簧15,所述支架16通过螺栓14与上载板1连接,所述下载板2可移动安装在螺栓14上,所述螺栓14上安装弹簧15,且所述弹簧15位于上载板1与下载板2之间,用于使下载板2复位。所述磁吸装置7位于上载板1与下载板2之间两侧的间隙处,通过交替控制两侧的磁吸装置7工作,使下载板2往复振动。所述弹簧15可以提供作用力,在一侧的磁吸装置7停止工作时,提供反作用力,使下载板2更容易向另一侧的磁吸装置7运动。两侧的磁吸装置分别启动,一端开启一端关闭,提供连续径向运动,电磁驱动磁吸装置振动频率在100Hz。
如图2所示,还包括回弹装置8,所述回弹装置8为弹性块13,所述弹性块13上下两端分别与上载板1和下载板2连接,用于提供水平方向的回弹力。如图6所示,所述弹性块13为方形构件,两个弹性块13,在上载板1和下载板2之间,保证下载板2在水平方向的回弹能力。
如图4、图5和图9所示,所述送料套筒12一端穿过上载板1,所述上载板1与送料套筒12之间安装弹性轴套11,用于限制送料套筒12一端的振幅。所述弹性轴套11包括外环19-1、内环19-2和线性弹簧20,所述外环19-1位于上载板1的送料套筒12安装孔内,所述内环19-2安装在送料套筒12外部,所述外环19-1与内环19-2之间均布若干线性弹簧20,线性弹簧20使得送料套筒在下载板带动下做线性振动时,在水平方向上保持微弹性余量。由于弹性轴套11的存在,使安装弹性轴套11的送料套筒12一端的振动幅度不超过1mm。
如图1和图4所示,所述进料装置5包括轧辊9、滚动轴承10和驱动装置,至少一对所述轧辊9两端分别通过安装有滚动轴承10安装在上载板1上,其中一个所述轧辊9的一端安装驱动装置。安装在所述上载板1最后一对轧辊9到送料套筒12安装弹性轴套11一端的距离大于50mm,但不超过150mm,具体的距离可以根据棒料直径和材料参数决定。所述进料装置5保障输送盘条材料时无需换料,同时轧制所需直径规格棒料,盘条棒料经过轧辊驱动通过送料套筒,其与送料套筒轴肩有较长距离,为其振动提供足够余量。
如图7所示,还包括感应加热装置4,所述感应加热装置4位于送料套筒12外部,用于加热棒料,可以对棒料在其内部输送时进行加热,使棒料在进行挤压摩擦时提前预热,减小摩擦时的能量损耗。因为棒料上部被至少一对轧辊9支撑,这样可以把棒料认为是一端固定,另一端施加水平方向的交变应力,而棒料另一端可移动的距离可以理解为挠度,本发明通过感应加热装置4加热棒料,使在送料套筒内的棒料柔韧性增加,使送料套筒内的棒料挠度增加,这样可以避免线性振动产生的交变应力使其失效。
如图8所示,所述送料套筒12设置不同内径尺寸,送料套筒12上端靠近上载板1设渐缩孔,与棒料存在较大间隙,保证棒料在送料套筒12中振动时不互相干扰,送料套筒12下端尺寸与棒料直径相同,保证在振动过程中的稳定性。
工作原理:所述轧辊9对盘条棒料进行轧制校直,同时在竖直方向上为棒料提供轴向驱动力。在两侧的磁吸装置7的交替作用下,下载板2产生往复线性运动,使得棒料在送料套筒12底部与基板18产生挤压摩擦,从而产生塑性变形并填充在空隙中。随着沉积的进行,工作台17沿Z方向移动,最终完成摩擦增材制造。
应当理解,虽然本说明书是按照各个实施例描述的,但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,包括进料装置(5)、上载板(1)、下载板(2)、振动摩擦装置(3)和磁吸装置(7);
所述上载板(1)上安装进料装置(5),所述下载板(2)可移动安装在上载板(1)下方,且所述下载板(2)沿垂直与进料方向移动;所述振动摩擦装置(3)包括送料套筒(12)和磁吸装置(7);所述上载板(1)与下载板(2)之间安装磁吸装置(7),用于使下载板(2)往复振动;所述下载板(2)上安装送料套筒(12),所述进料装置(5)将棒料输入送料套筒(12)一端;
所述下载板(2)下方设有可移动的工作台(17),所述工作台(17)上放置待处理的基板(18),所述棒料通过送料套筒(12)与基板(18)接触,通过下载板(2)的往复移动,使棒料与基板(18)表面挤压摩擦增材;所述磁吸装置(7)位于上载板(1)与下载板(2)之间两侧的间隙处,通过交替控制两侧的磁吸装置(7)工作,使下载板(2)往复振动。
2.根据权利要求1所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,所述上载板(1)两侧分别通过支撑装置(6)支撑,所述支撑装置(6)包括支架(16)、螺栓(14)和弹簧(15),所述支架(16)通过螺栓(14)与上载板(1)连接,所述下载板(2)可移动安装在螺栓(14)上,所述螺栓(14)上安装弹簧(15),且所述弹簧(15)位于上载板(1)与下载板(2)之间,用于使下载板(2)复位。
3.根据权利要求1所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,还包括回弹装置(8),所述回弹装置(8)为弹性块(13),所述弹性块(13)上下两端分别与上载板(1)和下载板(2)连接,用于提供水平方向的回弹力。
4.根据权利要求1所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,所述送料套筒(12)一端穿过上载板(1),所述上载板(1)与送料套筒(12)之间安装弹性轴套(11),用于限制送料套筒(12)一端的振幅。
5.根据权利要求4所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,所述弹性轴套(11)包括外环(19-1)、内环(19-2)和线性弹簧(20),所述外环(19-1)位于上载板(1)的送料套筒(12)安装孔内,所述内环(19-2)安装在送料套筒(12)外部,所述外环(19-1)与内环(19-2)之间均布若干线性弹簧(20)。
6.根据权利要求5所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,安装弹性轴套(11)的送料套筒(12)一端的振动幅度不超过1mm。
7.根据权利要求1所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,还包括感应加热装置(4),所述感应加热装置(4)位于送料套筒(12)外部,用于加热棒料。
8.根据权利要求1所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,所述进料装置(5)包括轧辊(9)、滚动轴承(10)和驱动装置,至少一对所述轧辊(9)两端分别通过安装有滚动轴承(10)安装在上载板(1)上,其中一个所述轧辊(9)的一端安装驱动装置。
9.根据权利要求1所述的电磁驱动振动摩擦挤压沉积装置,其特征在于,安装在所述上载板(1)最后一对轧辊(9)到送料套筒(12)安装弹性轴套(11)一端的距离在50mm到150mm之间。
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