CN218799801U - 动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动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，包括：动轴肩，至少包括用于与待增材的基材对应设置的第一端面，以及背离第一端面的第二端面，用于朝向待增材的基材表面；动轴肩的内部形成有第一通孔，第一通孔贯穿第一端面和第二端面；套筒，包括相对设置的第三端面和第四端面，其中第四端面相邻第一端面设置，套筒上设有第二通孔，第二通孔贯穿第三端面和第四端面；套筒上设有送丝孔，送丝孔用于向第二通孔内输送待切割的丝材；搅料针，第一端分别穿过第二通孔和第一通孔，且端部置于第一通孔内，搅料针的侧壁上设有剪切结构。该装置，结构简单，可以以丝材为增材所用的材料，成本较低，提高了制造增材层的工作效率。

Description

动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，具体涉及一种动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、预置异质金属夹层的搅拌摩擦增材制造装置、短棒物料增材制造机构、组分可调同步送料的摩擦头增材装置、静轴肩空腔增材装置、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，增材制造具有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动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动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，包括：

动轴肩，所述动轴肩至少包括第一端面，以及背离所述第一端面的第二端面，所述第二端面用于朝向待增材的基材表面；所述动轴肩的内部形成有第一通孔，所述通孔贯穿所述第一端面和所述第二端面；

套筒，所述套筒包括相对设置的第三端面和第四端面，其中所述第四端面相邻所述第一端面设置，所述套筒上设有第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第三端面和所述第四端面；所述套筒上设有送丝孔，所述送丝孔用于向所述第二通孔内输送待切割的丝材；

搅料针，所述搅料针的第一端分别穿过第二通孔和第一通孔，且端部置于所述第一通孔内，所述搅料针的第一端的侧壁上设有剪切结构，所述剪切结构用于所述第一通孔的孔壁和所述第二通孔的孔壁配合，将所述丝材破碎。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一通孔包括多段，分别为：

第一段，形成漏斗结构，所述漏斗结构的宽口径的开口设于所述第一端面，且该开口的孔径大于所述第二通孔的孔径，所述第二通孔的孔径与所述搅料针的直径相匹配；

第二段，所述第二段的第一端与所述第一段连接，且所述第二段的孔径与所述第一段的窄口端的孔径相同；

第三段，形成漏斗结构，漏斗结构的所述第三段的宽口端与所述第二段的第二端连接，所述搅料针分别置于所述第一通孔的第一段、第二段和第三段内；

第四段，所述第四段的第一端与所述第三段连接，第二端设于所述搅料针的第二端面上，用于输出所述破碎的丝材，以使破碎的丝材流向所述基材表面。

根据本实用新型的一个实施例，动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述搅料针连接，用于驱动所述搅料针转动，以使所述剪切结构与所述第一通过的侧壁和所述第二通孔的第二段的侧壁配合，对所述丝材进行破碎。

根据本实用新型的一个实施例，动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构与所述动轴肩连接，用于驱动所述动轴肩转动。

根据本实用新型的一个实施例，动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述动轴肩、所述套筒所述搅料针整体移动。

根据本实用新型的一个实施例，所述动轴肩的第二端面上搅拌凸起，所述搅拌凸起用于对基材的表面和破碎的丝材均匀搅拌。

根据本实用新型的一个实施例，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四段的第一通孔的外周。

根据本实用新型的一个实施例，所述剪切结构设有预设高度，且剪切结构的一部分至于所述第二通孔内。

根据本实用新型的一个实施例，所述送丝孔设有多个，所述送丝孔的朝向所述搅料针的一端位于所述剪切机构的预设高度内。

根据本实用新型的一个实施例，所述剪切结构为螺纹结构。

本实用新型实施例的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置至少具有如下有益效果：

1)本实用新型实施例的增材装置，在已有的搅拌摩擦焊接设备的基础上，对轴肩和搅拌针进行改造即可，容易制造实现。

2)增加一层材料后，可以通过第三驱动机构驱动整体上移，进行第二层材料的制造，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。

3)通过送丝孔输送丝材，使用丝材为增材材料，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。

4)动轴肩和搅料针都是转动的，当增材制造完成后，再进行下一次增材制造时，不需要清理残留在设备中的增材碎屑，且这些碎屑还可用于下一次的增材制造，可充分利用材料，防止浪费材料的现象出现。

5)依靠动轴肩上的搅拌针，搅拌形成搅拌区，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。

附图说明

图1为本实用新型实施例的动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的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置的立体结构剖面图；

图3为本实用新型实施例的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置的立体结构示意图。

附图标记

动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100；

动轴肩10；第一端面11；第二端面12,；第一通孔13；第一段131；第二段132；第三段133；第四段134；搅拌凸起14；

套筒20；第三端面21；第四端面22；第二通孔23；送丝孔24；

搅料针30；剪切结构31。

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动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100，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动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动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100包括动轴肩10、套筒20和搅料针30。

如图1所示，动轴肩10至少包括第一端面11，以及背离第一端面11的第二端面12，第二端面12用于朝向待增材的基材表面。动轴肩10的内部形成有第一通孔13，第一通孔13贯穿第一端面11和第二端面12。套筒20包括相对设置的第三端面21和第四端面22。其中，第四端面22相邻第一端面11设置，套筒20上设有第二通孔23，第二通孔23贯穿第三端面21和第四端面22。套筒20上设有送丝孔24，在增材加工时，可以将丝材通过送丝孔24输送至第二通孔23内，以使得丝材被旋转的搅料针30切割破碎。搅料针30的第一端分别穿过第二通孔23和第一通孔13，且端部置于第一通孔13内，搅料针30的侧壁上设有剪切结构31，剪切结构31用于第一通孔13的孔壁和第二通孔23的孔壁配合，将丝材破碎。本实用新型的实施例中，孔壁与搅料针30之间设有合适的距离，便于让破碎的后的材料进入动轴肩10的第一通孔13的底端。

也就是说，如图1所示，丝材经过第二通孔23的侧壁与搅料针30的剪切结构31破碎，破碎的丝材进入第一通孔13内，再经过第一通孔13的侧壁与搅料针30的剪切结构31剪切，可充分破碎丝材，且动轴肩10和搅料针30可以以不同的转速转动，提高丝材的破碎效率。

本实用新型实施例的装置，结构简单，且容易制造，有利于实现产业化。且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，通过动轴肩10和搅料针30的不同转速的配合可以提高破碎丝材的效率，提高增材制造的工作效率。

如图1所示，第一通孔13可以包括多段，分别为第一段131、第二段132、第三段133和第四段134。其中，第一段131形成漏斗结构，漏斗结构的宽口径的开口设于第一端面11，且该开口的孔径大于第二通孔23的孔径，第二通孔23的孔径与搅料针30的直径相匹配。第二段132的第一端与第一段131连接，且第二段132的孔径与第一段131的窄口端的孔径相同。第二段132形成漏斗结构，漏斗结构的第三段133的宽口端与第二段132的第二端连接，搅料针30分别置于第一通孔13的第一段131、第二段132和第三段133内。第四段134的第一端与第三段133连接，第二端设于搅料针30的第二端面12上，用于输出破碎的丝材，以使破碎的丝材流向基材表面。

也就是说，将第一通孔13设置为漏斗结构，例如第一段131的漏斗结构，便于从第二通孔23流出的丝材的碎屑准确的进入第一通孔13内，避免漏料。此外，经过第二个漏斗结构，即由第二段132、第三段133和第四段134通孔组成的漏斗结构，碎屑再次被第二段132的孔壁和剪切结构31破碎后，逐渐流向第三段133和第四段134，最终到达基材的表面。该结构不仅可以将碎屑全部输送至基材的表面，而且第一段131的通孔处还可以存储更多的碎屑，便于下次增材制造。

在本实用新型的一个实施例中，动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100还可以包括第一驱动机构(未图示)，第一驱动机构与搅料针30连接，用于驱动搅料针30转动，以使剪切结构31与第一通过的侧壁和第二通孔23的第二段132的侧壁配合，对丝材进行破碎。

在本实用新型的另一个实施例中，动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100还可以包括第二驱动机构(未图示)，第二驱动机构与动轴肩10连接，例如，动轴肩10与第二驱动机构可以通过齿轮传动结构连接，用于驱动动轴肩10转动。本实用新型中，将动轴肩10和搅料针30设置可以相对转动的，当增材制造完成后，再进行下一次增材制造时，留在孔内的不需要清理残留在设备中的增材碎屑，且这些碎屑还可用于下一次的增材制造，只需在下次使用时，继续旋转，就可以将丝材破碎并送至基材表面，可充分利用材料，防止浪费材料的现象出现。

在一些实施例中，动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100还可以包括第三驱动机构，第三驱动机构用于驱动动轴肩10、套筒20搅料针30整体移动。例如，在完成一层增材层时，可以通过第三驱动机构将动轴肩10、套筒20搅料针30整体向上移动，并进行第二层增材层的制造。进而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。

如图1-图3所示，动轴肩10的第二端面12上搅拌凸起14，搅拌凸起14用于对基材的表面和破碎的丝材均匀搅拌。优选地，凸起至少设有两个，且至少两个凸起均匀分布在第四段134的第一通孔13的外周。通过动轴肩10上的搅拌凸起结构形成搅拌区，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。

如图1所示，剪切结构31设有预设高度，且剪切结构31的一部分至于第二通孔23内。通过预设高度便于对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。

在本实用新型的一些实施例中，送丝孔24设有多个，送丝孔24的朝向搅料针30的一端位于剪切机构的预设高度内。该结构可以在丝材送入第二通孔23内后直接被剪切结构31剪切，便于破碎。

在本实用新型的一个实施例，剪切结构31为螺纹结构，螺纹的凸凹结构，形成切割结构，且在搅料针30旋转时，螺纹结构的剪切结构31，既可以对丝材的破碎，又可以将丝材旋转输送至基材的表面。在搅料针30旋转时，搅料针30逆时针旋转时设置为左旋剪切螺纹结构，搅料针30顺时针旋转时设置为右旋剪切螺纹结构。

优选地，送丝孔24与第二通孔23的中心线之间的夹角为90°。该也就是说，送丝孔24相对长度是最短的，这样更有利于丝材的输送。

结合动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，搅料针30开始以一定速度开始旋转，且搅料针30和动轴肩10、套筒20在第三驱动机构的驱动下同时下降，直到动轴肩10的第二端面12与基材平面相隔一定合适的距离，此时搅拌凸起14只有很小一部分没有插入基材中，即留出增材层的距离，此时搅拌凸起14搅拌基材形成搅拌区。

进一步，丝材通过套筒20上的送丝孔24被送到搅料针30的螺纹结构部分，丝材在螺纹结构的切割作用下破碎，随着搅料针30螺纹结构的旋转下破碎后的丝材被传送到动轴肩10的防漏料斗处，即第一段131的漏斗结构的第一通孔13内。在搅料针30的螺纹结构的旋转下，第一段131漏斗结构中的破碎丝材被传送到动轴肩10的第四段134的通孔中。

接下来，第四段134通孔内的破碎的丝材，在搅料针30的搅拌作用与动轴肩10的挤压作用下，与基材紧密结合形成增材层。进一步搅料针30、动轴肩10和静止送料套筒20同时同速在增材区不断移动，得到第一层增材区。

若想持续进行不间断增材，当第一层增材区完成后，将搅料针30、动轴肩10和套筒20同时升起一定高度，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。具体的控制过程可以通过控制器控制第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动结构来实现。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动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置100，在已有的搅拌摩擦焊接设备的基础上，对轴肩和搅拌针进行改造即可，容易制造实现。增加一层材料后，可以通过第三驱动机构驱动整体上移，进行第二层材料的制造，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。通过送丝孔24输送丝材，使用丝材为增材材料，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24来提高增材制造的工作效率。动轴肩10和搅料针30都是转动的，当增材制造完成后，再进行下一次增材制造时，不需要清理残留在设备中的增材碎屑，且这些碎屑还可用于下一次的增材制造，可充分利用材料，防止浪费材料的现象出现。依靠动轴肩10上的搅拌凸起14，搅拌形成搅拌区，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。

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)

1.一种动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，包括：

动轴肩，所述动轴肩至少包括第一端面，以及背离所述第一端面的第二端面，所述第二端面用于朝向待增材的基材表面；所述动轴肩的内部形成有第一通孔，所述第一通孔贯穿所述第一端面和所述第二端面；

套筒，所述套筒包括相对设置的第三端面和第四端面，其中所述第四端面相邻所述第一端面设置，所述套筒上设有第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第三端面和所述第四端面；所述套筒上设有送丝孔，所述送丝孔用于向所述第二通孔内输送待切割的丝材；

搅料针，所述搅料针的第一端分别穿过第二通孔和第一通孔，且端部置于所述第一通孔内，所述搅料针的侧壁上设有剪切结构，所述剪切结构用于所述第一通孔的孔壁和所述第二通孔的孔壁配合，将所述丝材破碎。

2.根据权利要求1所述的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一通孔包括多段，分别为：

第一段，形成漏斗结构，所述漏斗结构的宽口径的开口设于所述第一端面，且该开口的孔径大于所述第二通孔的孔径，所述第二通孔的孔径与所述搅料针的直径相匹配；

第二段，所述第二段的第一端与所述第一段连接，且所述第二段的孔径与所述第一段的窄口端的孔径相同，用于防漏料；

第三段，形成漏斗结构，漏斗结构的所述第三段的宽口端与所述第二段的第二端连接，所述搅料针分别置于所述第一通孔的第一段、第二段和第三段内；

第四段，所述第四段的第一端与所述第三段连接，第二端设于所述搅料针的第二端面上，用于输出所述破碎的丝材，以使破碎的丝材流向所述基材表面。

3.根据权利要求2所述的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述搅料针连接，用于驱动所述搅料针转动，以使所述剪切结构与所述第一通过的侧壁和所述第二通孔的第二段的侧壁配合，对所述丝材进行破碎。

4.根据权利要求1所述的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构与所述动轴肩连接，用于驱动所述动轴肩转动。

5.根据权利要求1所述的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述动轴肩、所述套筒所述搅料针整体移动。

6.根据权利要求2所述的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述动轴肩的第二端面上搅拌凸起，所述搅拌凸起用于对基材的表面和破碎的丝材均匀搅拌。

7.根据权利要求6所述的动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四段的第一通孔的外周。

8.根据权利要求3所述的动轴肩填丝搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述剪切结构设有预设高度，且剪切结构的一部分至于所述第二通孔内。

9.根据权利要求8所述的动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，所述送丝孔的朝向所述搅料针的一端位于所述剪切结构的预设高度内。

10.根据权利要求1-9任一项所述的动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。

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