CN218799795U - 静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，包括：静轴肩，静轴肩至少包括用于与待增材的基材对应设置的第一加工面，所述静轴肩的内部形成有通孔，通孔的一端设于第一加工面上，形成内外连通的孔结构，静轴肩上设有送丝孔，送丝孔与所述通孔的中心线形成有夹角，用于向通孔内输送待切割的丝材；搅拌针，所述搅拌针包括安装在所述通孔内的加工端，所述加工端与所述通孔同轴设置，所述加工端的外侧壁上设有剪切结构，所述剪切结构与所述通孔侧壁配合以对丝材进行剪切。该装置，结构简单，可以以丝材为增材所用的材料，成本较低，选择的丝材种类可以自主控制，选材灵活可控，还可以通过设置多个送丝孔来提高增材制造的工作效率。

Description

静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置

技术领域

本实用新型属于固相增材制造技术领域，具体涉及一种静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置。

背景技术

目前的搅拌摩擦增材方案有流动摩擦增材制造装置、增材摩擦搅拌沉积机、短棒物料增材制造机构、预置异质金属夹层、热丝摩擦微锻、消耗搅拌摩擦工具、施加冷却的增材装置、半固态增材装置(粉末、丝材)、使用搅拌摩擦增材制造搅拌头焊接叠加板材、颗粒式增材装置等。搅拌摩擦增材技术是通过填料(包括粉末、丝、条、板材等)使所填材料与基材融合从而进行增材制造的过程，将三维复杂形状构件制造为简单的二维平面形状的逐层往复叠加，避免了传统机械加工减材制造中存在的大量材料和能源浪费。同时该技术能大幅度缩短生产周期、降低生产成本和加工制造费用，有望实现制造业的产业变革，在重大国防武器装备的研发、生产与维护修复等方面具有巨大应用价值和广阔应用前景。此外，增材制造在复杂零件的成型制造以及缩短零件制造周期上的明显优势。

但是目前的搅拌摩擦增材装置，在实际生产过程中，制造成本高，且效率低。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，用以解决现有增材制造成本高，效率低的问题。

本实用新型实施例提供了一种静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，包括：

静轴肩，静轴肩至少包括用于与待增材的基材对应设置的第一加工面，静轴肩的内部形成有通孔，通孔的一端设于加工面上，形成内外连通的孔结构，静轴肩上设有送丝孔，送丝孔与通孔的中心线形成有夹角，用于向通孔内输送待切割的丝材；

搅拌针，搅拌针包括安装在通孔内的加工端，加工端与通孔同轴设置，加工端的外侧壁上设有剪切结构，剪切结构与通孔侧壁配合以对丝材进行剪切。

根据本实用新型实施例的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，通过在静轴肩上设有通孔，以及送丝孔，搅拌针的一端安装在通孔内，搅拌针上设有剪切结构，能够实现以丝材为增材所用材料，成本较低，选择的丝材种类可以自主控制，选材灵活可控，还可以通过设置多个送丝孔来提高增材制造的工作效率。同时，丝材的便于固定，可实现持续增材制造，避免重新装夹板材耗时的情况，提高了增材制造的效率。此外，该结构简单且容易制造的特点，有利于实现产业化。

根据本实用新型的一个实施例，搅拌针包括用于与基材对应设置的第二加工面，第一加工面与第二加工面处于同一水平面。该结构有利于第一加工面与第二加工面同时与基材表面保持相同高度，便于增材表面材料层的形成。

根据本实用新型的一个实施例，第二加工面上设有用于搅拌切割后的丝材的凸起。可使所增丝材与基材充分结合，避免增材后制造件的内部材料分布不均匀的缺陷，提高增材制造成形质量。

根据本实用新型的一个实施例，凸起至少设有两个，且至少两个凸起均匀分布在第二加工面的外周。搅拌更加充分均匀。

根据本实用新型的一个实施例，剪切结构自加工端的第二加工面的一端沿加工端轴线延伸至预设高度，送丝孔的朝向通孔的一端与第一加工面的高度小于预设高度。该结构可以在丝材送入通孔内后直接被剪切结构剪切，便于破碎。

根据本实用新型的一个实施例，送丝孔设有多个。多个送丝孔提供丝材，可以提高增材制造的工作效率。

根据本实用新型的一个实施例，送丝孔的朝向通孔的一端与第一加工面的高度小于预设高度。能够保持被送进来的丝材能够直接与剪切结构接触，

根据本实用新型的一个实施例，送丝孔的朝向通孔的一端位于剪切结构的顶端，顶端为背离第二加工面的一端。即送丝孔的出料端设置在剪切结构的最高处，使得丝材经过从剪切结构的顶端到下端的过程，便于丝材的充分破碎。

根据本实用新型的一个实施例，剪切结构为螺纹结构。螺纹结构的剪切结构既可以对丝材的破碎，又可以将丝材旋转输送至第一加工面和第二加工面的方向。

根据本实用新型的一个实施例，送丝孔与通孔的中心线之间的夹角为90°。

根据本实用新型的一个实施例，搅拌针还包括与加工端一体成型的安装端，安装端的直径大于加工端的直径；通孔包括第一段和与第一段连接的第二段，加工端安装于第一段内，且加工端的直径与通孔的第一段直径相匹配，安装端安装在通孔的第二段，且安装端的直径与通孔的第二段相匹配。该结构可以确保搅拌针的加工端固定在通孔的第一段，避免加工端的第二加工面凸出于第一加工面。

附图说明

图1为本实用新型实施例静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置的二维剖面示意图；

图2为本实用新型实施例静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置的立体结构剖面图。

附图标记

静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100；

静轴肩10；第一加工面11；通孔12；送丝孔13；

搅拌针20；加工端21；剪切结构211；安装端22；第二加工面23；凸起24；

丝材30。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为了便于对本实用新型技术方案的理解，下面首先描述本实用新型所要解决的技术问题。

搅拌摩擦增材制造是一种固相非熔化增材制造方法，现有的搅拌摩擦增材制造方法主要为多层预制板状原料的搭接焊合叠加策略其本质为一种搅拌摩擦搭接焊方法，需要依赖于搅拌针结构实现当前增材层与前一层材料之间的连接，有效搭接宽度往往取决于搅拌针的形状及其扎入下板的深度，然而较大的搅拌针扎入量极易导致界面畸变，产生冷搭接和钩状缺陷，弱化结构整体的承载性能。此外，由于搅拌摩擦搭接过程需要严格的装夹约束，预制板两侧往往需要预留一定的尺寸以保证整体结构的有效装夹，这部分材料在增材过程后需要通过机加工的方式进行去除，且每一层均需要重新耗时进行装夹固定，这严重违背了增材制造无材料和时间成本浪费的初衷，最终成形件的制造效率相比传统机加工方案并不高。

另外，现有的增材制造方法可摆脱搅拌摩擦增材对预制板的需求，从增材处原位供给原料实现结构的连续增材制造，叠加板材进行增材时，当焊接完该层时，需再次装夹且要中断焊接，重新启动，此过程会耽误工作的时间。

基于上述存在的技术问题，本实用新型提供一种静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，以解决上述技术问题。

下面结合附图对本实用新型实施例的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100进行详细的描述。

如图1至图3所示，本实用新型实施例的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100包括静轴肩10和搅拌针20。

如图1所示，静轴肩10可以包括第一加工面11，第一加工面11用于表示，在增材加工时，面向待增材的基材一侧的端面。在静轴肩10的内部形成有通孔12，通孔12的一端设于加工面上，形成内外连通的孔结构。该通孔12用于与搅拌针20配合对丝材30进行剪切。

如图1和图2所示，静轴肩10上设有送丝孔13，用于向通孔12内输送待切割的丝材30，送丝孔13与通孔12的中心线形成有夹角，实现从静轴肩10的侧壁向通孔12内输送丝材30。搅拌针20包括安装在通孔12内的加工端21，加工端21与通孔12同轴设置，加工端21的外侧壁上设有剪切结构211，剪切结构211与通孔12侧壁配合以对丝材30进行剪切。

在增材加工时，将静轴肩10和搅拌针20移动至基材需要增材的表面上方，使得第一加工面11邻近基材设置。搅拌针20在外力作用下，例如，在电机的带动下以设定的速度旋转，丝材30从静轴肩10上的送丝孔13送入，在搅拌针20的剪切结构211和通孔12和通过侧壁的作用下，丝材30被挤压并被裁切成碎屑。碎屑在搅拌针20的旋转作用下被传送到搅拌针20与静轴肩10的第一加工面11的缝隙处，在轴肩的挤压作用下成形增材材料层。

根据本实用新型实施例的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100，结构简单，且容易制造，有利于实现产业化。且以丝材30为增材所用材料，成本较低，选择的丝材30种类可以自主控制，选材灵活可控，还可以通过设置多个送丝孔13来提高增材制造的工作效率。

在本申请的实施例中，在进行增材加工时，可以保持静轴肩10相对于基材待增材的表面静止固定，具体地，可以通孔12控制器控制与驱动静轴肩10的电机的工作状态，确保静轴肩10的相对静止。当增材制造完成时，制造件的最上表面由于是静轴肩10进行挤压成形，故不再需要进行减材，即打磨工序，提高生产效率，节约材料和能源损耗。

如图2所示，搅拌针20包括用于与基材对应设置的第二加工面23，第一加工面11与第二加工面23处于同一水平面。该结构有利于第一加工面11与第二加工面23同时与基材表面保持相同高度，便于增材表面材料层的形成。

如图1-图3所示，第二加工面23上设有用于搅拌切割后的丝材30的凸起24。优选地，凸起24至少设有两个，且至少两个凸起24均匀分布在第二加工面23的外周。通过搅拌针20上的凸起24结构形成搅拌区，可使所增丝材30与基材充分结合，避免增材后制造件的内部材料分布不均匀的缺陷，提高增材制造成形质量。

如图1所示，剪切结构211自加工端21的第二加工面23的一端沿加工端21轴线延伸至预设高度h。通过预设高度便于多丝材破碎程度的控制。

需要说明的是，对于预设高度的设定可以根据实际生产需要进行设定，本实用新型对此并不作为限定。

在本实用新型的一个实施例中，送丝孔13的朝向通孔12的一端与第一加工面11的高度小于预设高度。该结构可以在丝材30送入通孔12内后直接被剪切结构211剪切，便于破碎。

可选地，送丝孔13的朝向通孔12的一端位于剪切结构211的顶端，顶端为背离第二加工面23的一端。

也就是说，送丝孔13的高度比剪切结构211的预设高度h略低，既能够保持被送进来的丝材30能够直接与剪切结构211接触，又可以设置在剪切结构211的最高处，使得丝材30经过从剪切结构211的顶端到下端的过程，便于丝材30的充分破碎。

在本实用新型的一个实施例，剪切结构211为螺纹结构，螺纹的凸凹结构，形成切割结构，且在搅拌针20旋转时，螺纹结构的剪切结构211既可以对丝材30的破碎，又可以将丝材30旋转输送至第一加工面11和第二加工面23的方向。在搅拌针20旋转时，搅拌针20逆时针旋转时设置为左旋剪切螺纹结构，搅拌针20顺时针旋转时设置为右旋剪切螺纹结构。

优选地，送丝孔13与通孔12的中心线之间的夹角为90°。该也就是说，送丝孔13相对长度是最短的，这样更有利于丝材30的输送。

如图1所示，搅拌针20还包括与加工端21一体成型的安装端22，安装端22的直径大于加工端21的直径。通孔12包括第一段和与第一段连接的第二段，加工端21安装于第一段内，且加工端21的直径与通孔12的第一段直径相匹配，安装端22安装在通孔12的第二段，且安装端22的直径与通孔12的第二段相匹配。该结构可以确保搅拌针20的加工端21固定在通孔12的第一段，避免加工端21的第二加工面23凸出于第一加工面11。

结合静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100的整体结构，在进行增材加工时，首先，搅拌针20开始以一定速度开始旋转，且搅拌针20和静轴肩10同轴下降，直到搅拌针20和静轴肩10的第一加工面11下降到与基材平面相隔一定合适的小间隙。此时，搅拌针20中的凸起24结构只有一小部分没有插入基材中，即留出增材层的距离。即搅拌针20中的凸起24结构搅拌基材形成搅拌区。

进一步，丝材30从静轴肩10上的送丝孔13被送到搅拌针20的具有螺纹结构的第一段。在搅拌针20的旋转作用下，丝材30被螺纹结构切割，并破碎，随着搅拌针20的旋转，破碎的丝材30被传送到搅拌针20与静轴肩10的第一加工面11和第二加工面23的缝隙处，在凸起24的搅拌作用与静轴肩10的挤压作用下成形一层材料层。此后，搅拌针20和静轴肩10同时同速在增材区不断移动，得到第一层增材区。

若需要多层增材时，在形成第一层增材区后，重复以上操作可得到第二层增材区，同理重复以上步骤，则可在此区域进行逐层叠加增材。此外，若想持续进行不间断增材，当第一层增材区完成后，将搅拌针20和静轴肩10同时升起一定高度，控制装置往回进行第二层叠加增材即可，依次类推。可实现持续增材制造，避免重新装夹板材耗时的情况，提高了增材制造的效率。

由此，根据本实用新型实施例的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100，结构简单，且容易制造的特点，有利于实现产业化。可实现持续增材制造，避免重新装夹板材耗时的情况，提高了增材制造的效率。以丝材30为增材所用材料，成本较低，选择的丝材30种类可以自主控制，选材灵活可控，还可以通过设置多个送丝孔13来提高增材制造的工作效率。轴肩是静止不动的，当增材制造完成时，制造件的最上表面由于是轴肩进行挤压成形，故不再需要进行减材，即打磨工序，提高生产效率，节约材料和能源损耗。可以依靠搅拌针20上的两个对称的凸起24结构形成搅拌区，可使所增丝材30与基材充分结合，避免增材后制造件的内部材料分布不均匀的缺陷，提高增材制造成形质量。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，包括：

静轴肩，所述静轴肩至少包括用于与待增材的基材对应设置的第一加工面，所述静轴肩的内部形成有通孔，所述通孔的一端设于所述第一加工面上，形成内外连通的孔结构，所述静轴肩上设有送丝孔，所述送丝孔与所述通孔的中心线形成有夹角，用于向通孔内输送待切割的丝材；

搅拌针，所述搅拌针包括安装在所述通孔内的加工端，所述加工端与所述通孔同轴设置，所述加工端的外侧壁上设有剪切结构，所述剪切结构与所述通孔侧壁配合以对所述丝材进行剪切。

2.根据权利要求1所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述搅拌针包括用于与所述基材对应设置的第二加工面，所述第一加工面与所述第二加工面处于同一水平面。

3.根据权利要求2所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第二加工面上设有用于搅拌切割后的丝材的凸起。

4.根据权利要求3所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述凸起至少设有两个，且至少两个所述凸起均匀分布在所述第二加工面的外周。

5.根据权利要求3所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述剪切结构自所述加工端的所述第二加工面的一端沿所述加工端轴线延伸至预设高度，所述送丝孔的朝向所述通孔的一端与所述第一加工面的高度小于所述预设高度。

6.根据权利要求5所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述送丝孔的朝向所述通孔的一端位于所述剪切结构的顶端，所述顶端为背离所述第二加工面的一端。

7.根据权利要求1-6任一项所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述送丝孔设有多个。

8.根据权利要求1-6任一项所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述剪切结构为螺纹结构。

9.根据权利要求1-6任一项所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述送丝孔与所述通孔的中心线之间的所述夹角为90°。

10.根据权利要求1-6任一项所述的静轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，

所述搅拌针还包括与所述加工端一体成型的安装端，所述安装端的直径大于所述加工端的直径；

所述通孔包括第一段和与第一段连接的第二段，所述加工端安装于所述第一段内，且所述加工端的直径与所述通孔的第一段直径相匹配，所述安装端安装在所述通孔的第二段，且所述安装端的直径与所述通孔的第二段相匹配。

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