CN116100139A - 一种搅拌摩擦增材装置及增材方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，包括棒料连续送料机构、棒料下压机构、第一预紧机构、第二预紧机构、第一棒料保持套和第二棒料保持套；第一棒料保持套和第二棒料保持套的轴线处于同一直线上，第一棒料保持套和第二棒料保持套内部中空，用于容纳棒料；棒料连续送料机构布置于所述第二棒料保持套的一侧，用于将棒料连续送入第二棒料保持套；第一棒料保持套外侧套设旋转机构，所述旋转机构被配置为：环绕第一棒料保持套旋转；旋转机构底部固定棒料切削出料机构，棒料切削出料机构响应旋转机构一同旋转，对棒料切削。本发明加工过程绿色环保，不需保护气，零件性能优异，组织均一性好。

Description

一种搅拌摩擦增材装置及增材方法

技术领域

本发明涉及机械增材技术领域，特别是指尤其涉及一种搅拌摩擦增材装置及增材方法。

背景技术

增材制造是将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造出实体零件，与传统铸造、焊接等加工方式相比，具有高效、快速等优点。尤其是对复杂精密的结构件加工，具有高的灵活性和适应性。目前常用的增材技术主要有激光粉末烧结增材、电子束粉末烧结增材、熔融沉积成型增材、搅拌摩擦固态增材等方式。搅拌摩擦增材是一种依托搅拌摩擦焊发展起来的固相增材技术，通过搅拌摩擦工具与熔覆材料高速挤压摩擦产生的摩擦热，将熔覆材料层层堆积扩散形成连接的加工方法，避免了凝固收缩、热裂纹、气孔等缺陷，是一种高效的、缺陷率低的增材工艺，现有的搅拌摩擦增材加工，熔覆材料主要有金属棒料、金属丝、金属颗粒等形式。

熔覆材料为金属棒料形式：棒料装夹于机床主轴，加工过程中，棒料与主轴高速同步旋转的同时，棒料下端面与基板金属接触挤压，实现增材。此种方法设备结构较为简单，棒料需预先装夹于主轴内部，加工过程中无法连续供料，且棒料长度受设备尺寸和驱动力等因素限制，不能实现连续加工。

熔覆材料为金属丝形式：金属丝通过主轴外部送丝机推送，金属丝直径通常小于3mm，受熔覆金属直径限制，熔覆效率较低。由于金属丝直径较小，设备熔覆界面的送丝孔在摩擦挤压过程中，易被塑形金属封堵，清理难度较大，造成加工中断。

熔覆材料为金属颗粒形式：剪料机构将金属丝裁剪为颗粒状，颗粒状熔覆料沿主轴导向方向流入到熔覆界面。由于颗粒流动路径较长，容纳颗粒的空间尺寸较大，颗粒熔覆的速率较难控制，且熔覆颗粒无预加热过程，仅依靠熔覆界面的一次加热，摩擦不充分，沉积层性能不均一，缺陷较多。

发明内容

本发明提供了一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，以解决搅拌摩擦增材过程中，无法连续送料、搅拌摩擦增材设备与熔覆材料容易黏连，以及熔覆材料受热不充分的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明的一个目的在于提供一种搅拌摩擦增材装置，所述增材装置包括棒料连续送料机构、棒料下压机构、第一预紧机构、第二预紧机构、第一棒料保持套和第二棒料保持套；

所述第一棒料保持套和所述第二棒料保持套的轴线处于同一直线上，所述第一棒料保持套和所述第二棒料保持套内部中空，用于容纳棒料；所述棒料连续送料机构布置于所述第二棒料保持套的一侧，用于将棒料连续送入所述第二棒料保持套；所述第一棒料保持套外侧套设旋转机构，所述旋转机构被配置为：环绕所述第一棒料保持套旋转； 所述旋转机构底部固定棒料切削出料机构，所述棒料切削出料机构响应所述旋转机构一同旋转，对棒料切削。

在一个较佳的实施例中，所述增材装置还包括棒料下压机构、第一固定结构台和第二固定结构台；所述第一固定结构台上表面设置所述第一预紧机构，所述第一固定结构台下表面固定所述第一棒料保持套；所述第二固定结构台上表面设置所述第二预紧机构，所述第二固定结构台下表面固定所述第二棒料保持套；所述第一预紧机构与棒料外表面接触，用于将棒料向下传送；所述第二预紧机构与棒料外表面接触，用于将棒料向下传送； 所述棒料下压机构布置于所述第二固定结构台上方，并且所述棒料下压机构设置伸缩压头，用于对棒料施加轴向压力。

在一个较佳的实施例中，所述第一棒料保持套面向所述棒料连续送料机构的一侧开设第一进料口，所述第二棒料保持套向所述棒料连续送料机构的一侧开设第二进料口。

在一个较佳的实施例中，所述第一固定结构台面向棒料连续送料机构的一侧开设第一缺口，所述第二固定结构台面向棒料连续送料机构的一侧开设第二缺口。

在一个较佳的实施例中，所述旋转机构一侧设置驱动机构，用于驱动所述旋转机构旋转。

在一个较佳的实施例中，所述第一棒料保持套和所述第二棒料保持套内部中空的截面与棒料的截面形状相同，用于限制棒料的周向旋转。

在一个较佳的实施例中，所述棒料切削出料机构的底面与所述第一棒料保持套之间具有一定的间距；

所述棒料切削出料机构的底面形成一环形槽，所述环形槽内固定切削工具体，所述切削工具体与所述环形槽之间形成挤压腔；所述切削工具体与所述挤压腔间隔分布；

所述切削工具体包括第一切削斜面和第二切削斜面，所述第一切削斜面与所述第二切削斜面形成切削刃，其中，在所述第二切削斜面上开设断屑口。

在一个较佳的实施例中，所述第一切削斜面与所述棒料切削出料机构的底面的夹角。间于之间；所述第二切削斜面与所述棒料切削出料机构的轴线方向的夹角间于之间。

在一个较佳的实施例中，所述棒料切削出料机构的底面，面向基板的一侧设置多个凸起，

当所述棒料切削出料机构响应所述旋转机构一同旋转时，多个所述凸起的轨迹圆的半径不同。

本发明的另一个目的在于提供一种搅拌摩擦增材方法，所述增材方法利用本发明提供一种搅拌摩擦增材装置对基板进行搅拌摩擦增材，包括：增材装置沿设定路径移动，驱动机构驱动旋转机构旋转，棒料切削出料机构响应所述旋转机构一同旋转；棒料连续送料机构将棒料送入第二棒料保持套；棒料下压机构的伸缩压头伸出，将棒料下压至棒料切削出料机构内，对棒料施加预紧力； 棒料切削出料机构的切削刃对棒料切削，切削后的碎屑和/或熔态屑进入棒料切削出料机构的挤压腔，碎屑和/或熔态屑在挤压腔内相互挤压、搅拌和摩擦；棒料切削出料机构旋转过程中，棒料切削出料机构的凸起对基板进行挤压摩擦，同时，棒料切削出料机构的凸起，对落到棒料切削出料机构的底面与基板之间的熔覆界面的碎屑和/或熔态屑挤压、搅拌和摩擦，将碎屑和/或熔态屑熔覆到基板上；当一根棒料切削加工缩短后，棒料下压机构的伸缩压头缩回，第一预紧机构对棒料继续保持向下传送；棒料连续送料机构将后一根棒料送入第二棒料保持套；棒料下压机构的伸缩压头伸出，将后一根棒料下压至与前一个棒料抵接，对棒料连续送料。

本发明上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，通过棒料切削出料机构高速旋转对棒料进行切削，在搅拌摩擦作用下，将切削后的碎屑和/或熔态屑挤压熔覆到基板上实现增材，随着加工过程的进行，熔覆材料层层堆积，直至完成三维零件的加工，加工过程绿色环保，不需保护气，零件性能优异，组织均一性好。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，通过旋转机构带动棒料切削出料机构高速旋转，第一棒料保持套和第二棒料保持套限制棒料周向旋转，实现搅拌摩擦增材的连续高效可靠加工。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，驱动机构带动旋转机构旋转，棒料连续送料机构将棒料送入棒料保持套，棒料下压机构的伸缩压头伸出将棒料下压至棒料切削出料机构内，施加预紧力，切削刃将棒料切削为碎屑和/或熔态屑，被切割后的碎屑和/或熔态屑温度较低，无法向棒料切削出料机构周围扩散，快速的掉入到棒料切削出料机构的挤压腔内，有效避免了棒料切削出料机构与第一棒料保持套的粘连，从而避免加工中断问题，提高了设备运行的稳定性，实现了搅拌摩擦增材制造的节能环保和高效可靠。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，当一根棒料切削加工缩短后，棒料下压机构的伸缩压头缩回，第一预紧机构仍对棒料保持向下传送，棒料连续送料机构将下一根棒料送入第二棒料保持套中，棒料下压机构的伸缩下压头伸出将后一个棒料下压至与前一个棒料抵接，并保持一定压力，实现连续送料功能。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，棒料切削出料机构的底面，面向基板的一侧设置多个凸起，旋转机构带动棒料切削出料机构旋转过程中，多个凸起与基体相互摩擦，并对碎屑和/或熔态屑不断的搅拌并挤压摩擦强制成型，快速均匀的熔覆到基体，加快材料的软化和熔覆过程。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，通过“剪切破碎+挤压搅拌+挤压摩擦”的加工方式替代传统的“挤压摩擦”加工，降低了熔覆材料的热输入量需求。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，棒料切削出料机构对棒料进行切削，把棒料从棒料状态加工为金属屑状态，棒料切削出料机构的挤压腔内存储碎屑和/或熔态屑，使得碎屑和/或熔态屑之间不断的挤压摩擦、搅拌，把加工后的碎屑和熔态屑从硬化状态加工为热塑性状态，熔覆材料受热更加充分。

本发明提供一种搅拌摩擦增材装置及增材方法，切削工具体的第二切削斜面上开设断屑口，避免了熔覆材料与棒料切削出料机构的堵料黏连问题，为搅拌摩擦增材制造的高效、高质量生产提供了工具依托。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种搅拌摩擦增材装置一个视角下的示意图；

图2是本发明一种搅拌摩擦增材装置另一个视角下的示意图；

图3是本发明第一棒料保持套与旋转机构配合的截面示意图；

图4是本发明棒料切削出料机构一个视角下的示意图；

图5是本发明棒料切削出料机构另一个视角下的示意图；

图6是本发明棒料切削出料机构的底面的仰视图；

图7是本发明棒料切削出料机构的俯视图；

图8是图7中M-M截面的剖视图；

图9是图7中Q-Q截面的剖视图；

图10是图7中R-R截面的剖视图。

图11是在图7中Q-Q截面视角下保持套与旋转机构配合的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

结合图1至图11，根据本发明的实施例，提供一种搅拌摩擦增材装置，用于将棒料B挤压搅拌摩擦熔覆在基板J上，实现基板J增材，棒料B的材料为金属材料或非金属材料或复合材料或有机高分子材料。下文的实施例中示例性的棒料B为铝合金棒料，基板J为铝合金基板。

根据本发明的实施例，一种搅拌摩擦增材装置包括棒料下压机构1、棒料连续送料机构7、第一固定结构台2’、第二固定结构台2、第一棒料保持套3’、第二棒料保持套3、第一预紧机构201’、第二预紧机构201、旋转机构4、棒料切削出料机构5。

第一固定结构台2’上表面设置第一预紧机构201’，第一固定结构台2’下表面固定第一棒料保持套3’。第二固定结构台2上表面设置第二预紧机构201，第二固定结构台2下表面固定第二棒料保持套3。第一固定结构台2限制第一预紧机构201’、第一棒料保持套3’绕棒料B轴向旋转；第二固定结构台2限制第二预紧机构201、第二棒料保持套3绕棒料B轴向旋转。

第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3的轴线处于同一直线上，第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内部中空，用于容纳棒料B。棒料B在第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内可以上下移动，但不能周向旋转。

进一步地，第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内部中空的截面与棒料B的截面形状相同，用于限制棒料B的周向旋转，例如棒料B的截面形状为椭圆形或长方形或三角形或其他不规则形，第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内部中空的截面为对应的椭圆形或长方形或三角形或其他不规则形。

在一些实施例中，棒料B的截面为圆形时，在第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内部设置限制棒料B周向旋转的结构，例如在第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内部设置条形凸块，棒料B表面开设条形凹槽，由条形凸块和条形凹槽配合，限制B的周向旋转。

棒料连续送料机构7布置于第二棒料保持套3的一侧，用于将棒料B连续送入第二棒料保持套B。具体地，棒料连续送料机构7包括储料装置701和送料装置702，储料装置701用于存储竖直放置的多根棒料B，送料装置702用于将棒料B送入第二棒料保持套3。在一些实施例中，送料装置702为机械手或其他抓取移动装置。

第二棒料保持套3面向棒料连续送料机构7的一侧开设第二进料口，第二固定结构台2面向棒料连续送料机构7的一侧开设第二缺口202，储料装置701的出料口正对第二棒料保持套3的第二进料口和第二固定结构台2的第二缺口202，送料装置702将棒料B由储料装置701的出料口经第二棒料保持套3的第二进料口和第二固定结构台2的第二缺口202，送入第二棒料保持套3内。

在一些实施例中，第一棒料保持套3’面向棒料连续送料机构7的一侧开设第一进料口，第一固定结构台2’面向棒料连续送料机构7的一侧开设第一缺口202’。

棒料下压机构1布置于第二固定结构台2上方，并且棒料下压机构1设置伸缩压头101，用于对棒料B施加轴向压力。当棒料B进入第二棒料保持套3，伸缩压头101伸出对棒料B施加轴向压力。

在一些实施例中，棒料下压机构1为液压机构或气压机构或螺纹下压机构或曲柄滑块下压机构或连杆下压机构。

在一些实施例中，棒料下压机构1的伸缩压头101数量是1个或2个或3个或4个或5个或6个或7个或8个或9个或10个。每个伸缩压头101可以独立伸出或收缩。

本发明的实施例中，棒料下压机构1的伸缩压头101数量是1个，棒料下压机构1的伸缩压头101的轴线与第一棒料保持套3’和第二棒料保持套3内容纳的棒料B的轴线处于同一直线上，伸缩压头101与棒料B的端面接触，对棒料B施加轴向压力。

在一些实施例中，棒料下压机构1的伸缩压头101与棒料B的侧面接触，对棒料B施加轴向压力，例如采用机械爪或其他夹紧装置，对B施加轴向压力。

当棒料B进入第二棒料保持套3，第二预紧机构201与棒料B外表面接触，用于将棒料B向下传送；当棒料B传送至第一棒料保持套3’，第一预紧机构201’与棒料B外表面接触，用于将棒料B向下传送。

在一些实施例中，第一预紧机构201’的数量为一套或多套，多套第一预紧机构201’沿棒料B轴向布置。第二预紧机构201的数量为一套或多套，多套第二预紧机构201沿棒料B轴向布置。本实施例中，第一预紧机构201’和第二预紧机构201示例性的为一套。

在一些实施例中，第一预紧机构201’和第二预紧机构201与棒料B接触传送方式为滚花轮夹紧传送或齿轮齿条传送或U型面夹紧传送或锥形面夹紧传送或棘轮拨转传送或接触面摩擦传送。进一步的实施例中，一套第一预紧机构201’和一套第二预紧机构201的数量分别是1个或2个或3个或4个或5个或6个或7个或8个或9个或10个。

根据本发明的实施例，第一棒料保持套3’外侧套设旋转机构4，旋转机构4被配置为：环绕第一棒料保持套3’旋转（图1箭头a所示的方向）。旋转机构4底部固定棒料切削出料机构5，棒料切削出料机构5响应旋转机构4一同旋转，对棒料B切削。

在一些实施例中，旋转机构4底部与棒料切削出料机构5以可拆卸的方式固定连接，例如螺纹连接或螺栓连接或卡勾连接或自锁链接或薄壁套轴向伸缩径向涨紧式连接或电磁连接或轴向拉杆式连接或插销式连接。

在一些实施例中，旋转机构4底部与棒料切削出料机构5以不可拆卸的方式固定连接，例如焊接或粘接或铆接或过盈连接。

进一步地，第一棒料保持套3’外侧面与旋转机构4的内侧面之间设置轴承，旋转机构4环绕第一棒料保持套3’旋转（图1中箭头a所示的方向）。更进一步地，旋转机构4一侧设置驱动机构6，用于驱动旋转机构4旋转。驱动机构6驱动旋转机构4旋转的方式可以为：皮带传动驱动或无框电机驱动或齿轮驱动或蜗轮蜗杆驱动或气马达驱动或液压驱动或连杆驱动或磁驱动或电驱动。在一些实施例中，旋转机构4可以是电机转子，例如无框电机，定子驱动转子旋转。

当棒料B由第二棒料保持套3向下经第一棒料保持套3’传送至棒料切削出料机构5内，棒料切削出料机构5随旋转机构4一同旋转，对棒料B切削。如图11所示，根据本发明的实施例，棒料切削出料机构5的底面501与第一棒料保持套3’之间具有一定的间距d。

棒料B在棒料下压机构1的伸缩压头101的轴向压力，以及第一预紧机构201’和第二预紧机构201向下传送力的作用下，棒料B的一端伸出第一棒料保持套3’并与棒料切削出料机构5的底面501接触，棒料切削出料机构5随旋转机构4一同旋转，对棒料B切削（棒料B被第一棒料保持套3’限制不进行周向旋转）。

结合图3至图11，根据本发明的实施例，棒料切削出料机构5的底面501形成一环形槽502，环形槽502内固定切削工具体503，切削工具体503与环形槽502之间形成挤压腔504，切削工具体503与挤压腔504间隔分布。

在一个实施例中，环形槽502内的切削工具体503与棒料切削出料机构5的底面501一体成型，切削工具体503与环形槽502之间形成挤压腔504。

本发明的棒料切削出料机构5采用耐磨耐高温材料制备，例如金属材料或非金属材料或复合材料或带有高硬度表面层的材料。

切削工具体503包括第一切削斜面5032和第二切削斜面5033，第一切削斜面5032与第二切削斜面5033形成切削刃5031。第一切削斜面5032与棒料切削出料机构5的底面501的夹角间于之间，第二切削斜面5033与棒料切削出料机构5的轴线方向的夹角间于之间，如图9所示。

结合图4、图5、图6、图7和图10，根据本发明的实施例，在第二切削斜面5033上开设断屑口5034，断屑口5034在第二切削斜面5033上，由切削工具体503的上表面延伸至切削工具体503的下表面。

在一个实施例中，切削工具体503的数量为多个，挤压腔504的数量为多个，多个切削工具体503与多个挤压腔504间隔分布。本实施例中示例性的给出两个切削工具体503和两个挤压腔504。

在一个实施例中，切削工具体503的切削刃5031为多个，数量可以为1个或2个或3个或4个或5个或6个或7个或8个或9个或10个。

在一个实施例中，第二切削斜面5033上开设的断屑口5034为多个，数量可以为1个或2个或3个或4个或5个或6个或7个或8个或9个或10个。

根据本发明的实施例，棒料切削出料机构5的底面501，面向基板J的一侧设置多个凸起505。当棒料切削出料机构5响应旋转机构4一同旋转时，多个凸起505的轨迹圆的半径不同，即多个凸起505沿棒料切削出料机构5的底面501径向不均布分布，使得熔覆材料的混合更加均匀，如图6所示。在一个实施例中，多个凸起505呈螺旋式分布。

在一个实施例中，多个凸起505形状为圆柱形或圆锥形或片状或长方形或球形或不规则形状或圆柱形与圆锥形与片状与长方体与球形与不规则形状的部分组合形状。

多个凸起505采用耐磨耐高温材料制备，例如金属材料或非金属材料或复合材料或带有高硬度表面层的材料。

在一个的实施例中，多个凸起505与棒料切削出料机构5的底面501以可拆卸的方式固定连接，例如螺纹连接或自锁连接或插和插装连接。在另一个的实施例中，多个凸起505与棒料切削出料机构5的底面501以不可拆卸的方式固定连接，例如焊接或粘接或铆接或过盈连接。

根据本发明的实施例，提供一种搅拌摩擦增材方法，利用本发明提供的一种搅拌摩擦增材装置对基板J进行搅拌摩擦增材，包括：

1）增材装置沿设定路径移动（图1中箭头b所示的方向），本实施例中，设定路径由左向右，在一些实施例中可以是由右向左，具体根据实际情况选择。

将棒料切削出料机构5的底面501与基板J调整至一定距离，增材装置沿设定路径移动（图1中箭头b所示的方向），并设定增材装置的行进速度，调整增材装置到达初始增材位置，准备开始增材。

2）驱动机构6驱动旋转机构4旋转，棒料切削出料机构5响应旋转机构4一同旋转（图1中箭头a所示的方向）。

3）棒料连续送料机构7将棒料送入第二棒料保持套3。具体地，送料装置702将棒料B由储料装置701的出料口经第二棒料保持套3的第二进料口和第二固定结构台2的第二缺口202，送入第二棒料保持套3内。

4）棒料下压机构1的伸缩压头101伸出，将棒料B下压至棒料切削出料机构5内，对棒料B施加预紧力。

棒料B在棒料下压机构1的伸缩压头101的轴向压力，以及第一预紧机构201’和第二预紧机构201向下传送力的作用下，经第一棒料保持套3’进入至棒料切削出料机构5内。

棒料B的一端伸出第一棒料保持套3’并与棒料切削出料机构5的底面501接触，棒料切削出料机构5随旋转机构4一同旋转，对棒料B切削（棒料B被第一棒料保持套3’限制不进行周向旋转）。

5）棒料切削出料机构5的切削刃5031对棒料B切削，切削后的碎屑和/或熔态屑进入棒料切削出料机构5的挤压腔504，碎屑和/或熔态屑在挤压腔504内相互挤压、搅拌和摩擦。

棒料切削出料机构5旋转过程中，棒料切削出料机构5的凸起505对基板J进行挤压摩擦，同时，棒料切削出料机构5的凸起505，对落到棒料切削出料机构5的底面501与基板J之间的熔覆界面的碎屑和/或熔态屑挤压、搅拌和摩擦，将碎屑和/或熔态屑熔覆到基板J上。

碎屑是切削刃5031对初始棒料B切削后形成的较硬棒料屑。熔态屑是由于棒料B端面与棒料切削出料机构5的底面501相互摩擦，棒料B端面温度升高开始软化，切削刃5031对软化后的棒料B端面切削后的团块状颗粒。

碎屑和/或熔态屑在棒料切削出料机构5的挤压腔504内储存并被带动旋转，碎屑和/或熔态屑之间相互挤压、摩擦，随着碎屑和/或熔态屑的不断软化，其流动性增强，向外扩散落到棒料切削出料机构5的底面501与基板J之间的熔覆界面，如图11所示。

棒料切削出料机构5的凸起505，对基板J上的碎屑和/或熔态屑不断搅拌摩擦，加快熔覆过程，在棒料切削出料机构5的凸起505和基板J的挤压摩擦作用下，碎屑和/或熔态屑不断的熔覆到基板J上，实现基板J的增材加工。

在对基板J进行搅拌摩擦增材过程中，切削工具体面503的第二切削斜面5033上开设的断屑口5034，对熔覆界面的熔覆材料与棒料切削出料机构5的底面501之间出现的堵料黏连部分进行切削，消除了熔覆材料与棒料切削出料机构5的黏连问题。

在对基板J进行搅拌摩擦增材过程中，增材装置沿设定路径移动到达指定位置时，增材装置抬起并返回至初始位置进行第二次增材。

6）当一根棒料B切削加工缩短后，棒料下压机构1的伸缩压头101缩回，第一预紧机构201’对棒料B继续保持向下传送。

7）棒料连续送料机构7将后一根棒料B送入第二棒料保持套3，棒料下压机构1的伸缩压头101伸出，将后一根棒料B下压至与前一个棒料B抵接，对棒料B连续送料。

有以下几点需要说明：

（1）本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

（2）为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

（3）在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述增材装置包括棒料连续送料机构、棒料下压机构、第一预紧机构、第二预紧机构、第一棒料保持套和第二棒料保持套；

所述第一棒料保持套和所述第二棒料保持套的轴线处于同一直线上，所述第一棒料保持套和所述第二棒料保持套内部中空，用于容纳棒料；

所述棒料连续送料机构布置于所述第二棒料保持套的一侧，用于将棒料连续送入所述第二棒料保持套；

所述第一棒料保持套外侧套设旋转机构，所述旋转机构被配置为：环绕所述第一棒料保持套旋转；

所述旋转机构底部固定棒料切削出料机构，所述棒料切削出料机构响应所述旋转机构一同旋转，对棒料切削。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述增材装置还包括第一固定结构台和第二固定结构台；

所述第一固定结构台上表面设置所述第一预紧机构，所述第一固定结构台下表面固定所述第一棒料保持套；

所述第二固定结构台上表面设置所述第二预紧机构，所述第二固定结构台下表面固定所述第二棒料保持套；

所述第一预紧机构与棒料外表面接触，用于将棒料向下传送；所述第二预紧机构与棒料外表面接触，用于将棒料向下传送；

所述棒料下压机构布置于所述第二固定结构台上方，并且所述棒料下压机构设置伸缩压头，用于对棒料施加轴向压力。

3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一棒料保持套面向所述棒料连续送料机构的一侧开设第一进料口，所述第二棒料保持套向所述棒料连续送料机构的一侧开设第二进料口。

4.根据权利要求2所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一固定结构台面向棒料连续送料机构的一侧开设第一缺口，所述第二固定结构台面向棒料连续送料机构的一侧开设第二缺口。

5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述旋转机构一侧设置驱动机构，用于驱动所述旋转机构旋转。

6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一棒料保持套和所述第二棒料保持套内部中空的截面与棒料的截面形状相同，用于限制棒料的周向旋转。

7.根据权利要求1所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述棒料切削出料机构的底面与所述第一棒料保持套之间具有一定的间距；

所述棒料切削出料机构的底面形成一环形槽，所述环形槽内固定切削工具体，所述切削工具体与所述环形槽之间形成挤压腔；所述切削工具体与所述挤压腔间隔分布；

所述切削工具体包括第一切削斜面和第二切削斜面，所述第一切削斜面与所述第二切削斜面形成切削刃，其中，在所述第二切削斜面上开设断屑口。

8.根据权利要求7所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一切削斜面与所述棒料切削出料机构的底面的夹角间于之间；所述第二切削斜面与所述棒料切削出料机构的轴线方向的夹角间于之间。

9.根据权利要求7所述的搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述棒料切削出料机构的底面，面向基板的一侧设置多个凸起，当所述棒料切削出料机构响应所述旋转机构一同旋转时，多个所述凸起的轨迹圆的半径不同。

10.一种搅拌摩擦增材方法，其特征在于，所述增材方法利用权利要求1至9中任一权利要求所述的搅拌摩擦增材装置对基板进行搅拌摩擦增材，包括： 增材装置沿设定路径移动，驱动机构驱动旋转机构旋转，棒料切削出料机构响应所述旋转机构一同旋转；

棒料连续送料机构将棒料送入第二棒料保持套；

棒料下压机构的伸缩压头伸出，将棒料下压至棒料切削出料机构内，对棒料施加预紧力；

棒料切削出料机构的切削刃对棒料切削，切削后的碎屑和/或熔态屑进入棒料切削出料机构的挤压腔，碎屑和/或熔态屑在挤压腔内相互挤压、搅拌和摩擦；

棒料切削出料机构旋转过程中，棒料切削出料机构的凸起对基板进行挤压摩擦，同时，棒料切削出料机构的凸起，对落到棒料切削出料机构的底面与基板之间的熔覆界面的碎屑和/或熔态屑挤压、搅拌和摩擦，将碎屑和/或熔态屑熔覆到基板上；

当一根棒料切削加工缩短后，棒料下压机构的伸缩压头缩回，第一预紧机构对棒料继续保持向下传送；

棒料连续送料机构将后一根棒料送入第二棒料保持套；棒料下压机构的伸缩压头伸出，将后一根棒料下压至与前一个棒料抵接，对棒料连续送料。

Images