本發(fā)明涉及固相增材制造，特別是涉及一種中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置。

背景技術(shù)：

1、鋁合金因其低密度、高強度、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及耐腐蝕性等特點，在航空航天、交通運輸、汽車船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。當前，鋁合金零部件正朝著結(jié)構(gòu)輕量化和性能復(fù)合化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的鋁合金采用鑄造、鍛造等等材制造工藝以及車削、銑削等減材制造工藝獲取最終需求的外形。然而，在制造復(fù)雜零件時，采用等材制造工藝需要制作相應(yīng)的模具，采用減材制造工藝在制造過程中需要不斷更換刀具，從而增加了制造成本和時間，難以適應(yīng)當前先進制造工業(yè)的發(fā)展趨勢。相比而言，增材制造以三維模型為基礎(chǔ)，采用材料堆積的方式制造零件，設(shè)計自由度較高，為自由設(shè)計和快速制造復(fù)雜的輕質(zhì)鋁合金構(gòu)件提供了新的方法。根據(jù)增材過程中材料是否發(fā)生熔化，增材制造分為熔融增材制造和固相增材制造兩種。然而熔融增材制造在增材過程中高溫熔化材料，材料熔化再凝固，使成型件容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。

2、固相增材制造通過使用工具對材料施加壓力，使材料在固態(tài)下發(fā)生塑性變形，因此可以避免熔融增材制造過程中產(chǎn)生的裂紋和孔隙等缺陷。固相增材制造根據(jù)原料的狀態(tài)分為基于板材的攪拌摩擦增材制造、基于棒材的攪拌摩擦增材制造和基于絲材的攪拌摩擦增材制造。基于板材的攪拌摩擦增材制造采用“實心軸肩+攪拌針”刀具，高速旋轉(zhuǎn)軸肩產(chǎn)生摩擦熱和擠壓力，攪拌針攪拌焊接界面使材料軟化。旋轉(zhuǎn)工具的周向驅(qū)動和軸肩的擠壓促使軟化材料塑性流動，刀具前進過程中攪拌針混合材料，形成致密焊縫，從而實現(xiàn)固態(tài)連接。然而，每層焊接完成后需要重新添加板材，然后對板材加緊，工具重新定位才能進行下一層的焊接。此外，增材完成后，需要去除飛邊并加工表面，具有工序復(fù)雜，工作效率低的缺點?；诎舨牡臄嚢枘Σ猎霾闹圃觳捎谩翱招妮S肩+棒材”刀具，通過棒料在高壓縮軸向力的推動下通過空心旋轉(zhuǎn)肩部，并通過摩擦加熱發(fā)生塑化，從而沉積在基板表面。在制造大型結(jié)構(gòu)件的過程中，由于長度有限，需要定期添加棒料，無法實現(xiàn)連續(xù)增材，降低了工作效率。對此，基于絲材的攪拌摩擦增材制造技術(shù)應(yīng)運而生，采用絲盤連續(xù)提供絲材，保證增材過程的連續(xù)性。然而，目前該技術(shù)尚未達到成熟階段，現(xiàn)有的基于絲材的攪拌摩擦增材制造方案存在增材過程中刀具或通道易堵塞、無法進行兩種以上材料的復(fù)合增材等問題。如申請人2024年08月23日申請的名稱為：一種變半徑切絲刀具式中空送料絲材攪拌摩擦增材設(shè)備的發(fā)明專利申請，使用過程中發(fā)現(xiàn)存在增材顆粒在落料孔內(nèi)下落速度不均勻，落料通道易被切落的增材顆粒堵塞，增材質(zhì)量差等缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、一種中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，包括支撐架、送絲裝置、驅(qū)動電機、傳動裝置、攪拌軸和攪拌頭，攪拌軸經(jīng)軸承可自由轉(zhuǎn)動的安裝在支撐架上，驅(qū)動電機設(shè)置在支撐架的一側(cè)上，驅(qū)動電機經(jīng)傳動裝置與攪拌軸相連，攪拌頭固定安裝在攪拌軸的下端；其特征在于：所述的攪拌頭包括套筒狀的攪拌頭主體，攪拌頭主體內(nèi)壁上設(shè)有螺旋供料槽，所述的攪拌軸內(nèi)設(shè)有裝配通孔，裝配通孔內(nèi)設(shè)有上端與支撐架固定連接、下端位于螺旋供料槽上側(cè)的芯軸，芯軸上設(shè)有至少兩條上下貫通、下端位于螺旋供料槽正上方的供絲通道；芯軸上方的支撐架上設(shè)有與供絲通道配合的送絲裝置，芯軸下端中央設(shè)有與螺旋供料槽配合的供料擋柱。

4、本發(fā)明進一步改進，所述芯軸為階梯狀，芯軸包括芯軸上段、芯軸中段和芯軸下段，所述芯軸上段與所述支撐架固定連接，所述芯軸中段貫穿所述裝配通孔直至攪拌頭內(nèi)的螺旋供料槽的上端口上方，所述芯軸下段為所述的供料擋柱，芯軸下段貫穿攪拌頭的螺旋供料槽部分，芯軸下段的下端面與所述攪拌頭底面平齊。

5、本發(fā)明進一步改進，所述的攪拌頭主體中央的通孔為上部直徑大于下部直徑的階梯孔，所述的芯軸中段下端位于階梯孔的上部內(nèi)，所述的芯軸下段位于階梯孔的下部內(nèi)。運行更平穩(wěn)，增材效果更佳。

6、本發(fā)明進一步改進，所述的攪拌頭主體內(nèi)壁上的螺旋供料槽由雙線矩形螺紋組成，（即：在攪拌頭主體內(nèi)壁上加工雙線矩形螺紋，相鄰螺紋之間為螺旋供料槽，）兩條螺紋的上端為切絲刀刃。雙線螺紋的導(dǎo)程是螺距的?2倍，緩解了低轉(zhuǎn)速下對應(yīng)較高的送絲速度時，連續(xù)送絲易堵料的問題。在所述的攪拌頭主體部分垂直于軸線方向的橫截面上，螺旋供料槽占整個圓周的比例大于非螺旋槽占整個圓周的比例；本發(fā)明中所述的雙線矩形螺紋的牙厚與螺距的比值為1:2-3.5，優(yōu)選的，雙線矩形螺紋的牙厚與螺距的比值為1:2.5-3；在低轉(zhuǎn)速下對應(yīng)較高的送絲速度時，螺旋供料槽部分占比大，堵料時間短，最快送絲速度高。

7、本發(fā)明中所述的傳動裝置為傳動帶或傳動齒輪。

8、本發(fā)明中所述的送絲通道為圓柱形或方形。

9、本發(fā)明使用時，驅(qū)動電機經(jīng)傳動裝置帶動攪拌軸轉(zhuǎn)動，攪拌頭在攪拌軸的帶動下旋轉(zhuǎn)，金屬絲材由送絲裝置經(jīng)芯軸內(nèi)部設(shè)置的供絲通道輸送至攪拌頭的螺旋供料槽的切絲刀刃處，隨著攪拌頭的轉(zhuǎn)動，將供絲通道的絲材剪切，被剪切后的絲材呈顆粒狀，沿螺旋供料槽下落至攪拌頭下方的增材工作表面上，在攪拌頭與增材工作表面的攪拌摩擦作用下發(fā)生塑性變形，從而沉積在增材表面。本發(fā)明由固定的芯軸開設(shè)的供絲通道送絲，由高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭內(nèi)部的螺旋供料槽上端口進行切絲，解決了增材過程中被切下的顆粒狀的材料下落過程堵塞通道的問題；螺旋供料槽由雙線矩形螺紋組成，雙線螺紋的導(dǎo)程是螺距的?2倍，解決了低轉(zhuǎn)速下對應(yīng)較高的送絲速度時，無法連續(xù)送絲的問題；芯軸內(nèi)部設(shè)置多條送絲通道，可以連續(xù)輸送不同類型的絲材，滿足增材制造性能復(fù)合化的要求。

技術(shù)特征：

1.一種中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，包括支撐架、送絲裝置、驅(qū)動電機、傳動裝置、攪拌軸和攪拌頭，攪拌軸經(jīng)軸承可自由轉(zhuǎn)動的安裝在支撐架上，驅(qū)動電機設(shè)置在支撐架的一側(cè)上，驅(qū)動電機經(jīng)傳動裝置與攪拌軸相連，攪拌頭固定安裝在攪拌軸的下端；其特征在于：所述的攪拌頭包括套筒狀的攪拌頭主體，攪拌頭主體內(nèi)壁上設(shè)有螺旋供料槽，所述的攪拌軸內(nèi)設(shè)有裝配通孔，裝配通孔內(nèi)設(shè)有上端與支撐架固定連接、下端位于螺旋供料槽上側(cè)的芯軸，芯軸上設(shè)有至少兩條上下貫通、下端位于螺旋供料槽正上方的供絲通道；芯軸上方的支撐架上設(shè)有與供絲通道配合的送絲裝置，芯軸下端中央設(shè)有與螺旋供料槽配合的供料擋柱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，其特征在于：所述芯軸為階梯狀，芯軸包括芯軸上段、芯軸中段和芯軸下段，所述芯軸上段與所述支撐架固定連接，所述芯軸中段貫穿所述裝配通孔直至攪拌頭內(nèi)的螺旋供料槽的上方，所述芯軸下段為所述的供料擋柱，芯軸下段貫穿攪拌頭的螺旋供料槽部分，芯軸下段的下端面與所述攪拌頭底面平齊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，其特征在于：所述的攪拌頭主體中央的通孔為上部直徑大于下部直徑的階梯孔，所述的芯軸中段下端位于階梯孔的上部內(nèi)，所述的芯軸下段位于階梯孔的下部內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，其特征在于：所述的傳動裝置為傳動帶或傳動齒輪。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，其特征在于：所述的送絲通道為圓柱形或方形。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，其特征在于：所述的攪拌頭主體內(nèi)壁上的螺旋供料槽由雙線矩形螺紋組成，兩條螺紋的上端設(shè)有切絲刀刃。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，其特征在于：本發(fā)明中所述的雙線矩形螺紋的牙厚與螺距的比值為1:2.5-3。

技術(shù)總結(jié)
一種中通送絲的內(nèi)螺旋攪拌摩擦增材裝置，涉及固相增材制造技術(shù)領(lǐng)域，包括支撐架、送絲裝置、驅(qū)動電機、傳動裝置、攪拌軸和攪拌頭，攪拌軸經(jīng)軸承可自由轉(zhuǎn)動的安裝在支撐架上，驅(qū)動電機設(shè)置在支撐架的一側(cè)上，驅(qū)動電機經(jīng)傳動裝置與攪拌軸相連，攪拌頭安裝在攪拌軸的下端；攪拌頭包括套筒狀的攪拌頭主體，攪拌頭主體內(nèi)壁上設(shè)有螺旋供料槽，所述的攪拌軸內(nèi)設(shè)有裝配通孔，裝配通孔內(nèi)設(shè)有芯軸，芯軸上設(shè)有至少兩條上下貫通、下端位于螺旋供料槽正上方的供絲通道；芯軸上方的支撐架上設(shè)有與供絲通道配合的送絲裝置，芯軸下端中央設(shè)有與螺旋供料槽配合的供料擋柱。解決了增材過程中被切下的顆粒狀的材料下落過程堵塞問題。

技術(shù)研發(fā)人員：劉萌萌,王瑞,王琳,申威
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15