一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置及加工方法，包括主轴系统和送料系统，所述送料系统包括至少一级顶杆部件和导轨部件，若干级所述顶杆部件串联分布在主轴系统上方；每级所述顶杆部分别与所述导轨部件连接；所述主轴系统包括旋转主轴和导向装置，所述旋转主轴内设有与顶杆部件一一对应的导向装置，通过传动装置使的旋转主轴旋转；每级所述顶杆部分包括实心顶杆和空心顶杆；每级所述实心顶杆直接插入对应的导向装置内或者穿过下一级所述空心顶杆后插入对应的主轴系统；所述导向装置内放置耗材，通过导向装置转动，使顶杆部件同步转动。本发明专利技术可实现多种耗材同步摩擦挤压沉积。多种耗材同步摩擦挤压沉积。多种耗材同步摩擦挤压沉积。

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置及加工方法


[0001]本专利技术涉及固相摩擦挤压沉积
，特别涉及一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置及加工方法。

技术介绍

[0002]摩擦增材制造的制造方式主要包括三种，以板材为进料的FSAM、沉积损耗式FSAM和以粉末为进料的FSAM，其中，沉积损耗式FSAM的材料利用率高、成型控制性较好、成型件性能优于基材。
[0003]沉积损耗式FSAM的工作原理是将增材原料设置为柱状的料棒，将料棒垂直抵于基材的表面，通过动力机构使料棒相对于基材旋转，在料棒和基材贴合的表面摩擦生热，使得材料塑性软化，再通过对料棒施加轴向压力，在基材表面进行增材制造。
[0004]摩擦沉积工艺与各种金属兼容，如铝、钛、钢和镍基超合金。金属材料具有其他工程材料无法比拟的优异的综合物理、化学和力学性能，例如Ti合金具有优秀的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度；Al合金具有优良的导热性、导电性及抗蚀性；Ni基合金和Co基合金具有优良的耐腐蚀和抗高温性能；Fe基合金抗磨性能好等。
[0005]通过调整金属材料的化学成分来进一步提高其性能已成为近些年材料研究的主要方向。在两种或多种材料的性能优化过程中，需制备大量由不同含量的各种元素组成的样品，而且制备过程复杂且成本消耗过大。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置及加工方法，可实现多种耗材同步摩擦挤压沉积，也可实现各耗材基础速度独立可调，对实现材料成分在一个零件上的高通量设计提供重要基础。
[0007]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008]一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，包括主轴系统和送料系统，
[0009]所述送料系统包括至少一级顶杆部件和导轨部件，若干级所述顶杆部件串联分布在主轴系统上方；每级所述顶杆部分别与所述导轨部件连接，用于使每级所述顶杆部轴向移动；
[0010]所述主轴系统包括旋转主轴和导向装置，所述旋转主轴内设有与顶杆部件一一对应的导向装置，通过传动装置使的旋转主轴旋转，从而使导向装置转动；每级所述顶杆部分包括实心顶杆和空心顶杆；每级所述实心顶杆直接插入对应的导向装置内或者穿过下一级所述空心顶杆后插入对应的主轴系统；所述导向装置内放置耗材，通过导向装置转动，使顶杆部件同步转动。
[0011]进一步，所述导向装置内设置与顶杆部件一一对应的方形棒料孔，且方形棒料孔
按照旋转主轴的轴线同轴分布，方形棒料孔内安装方形耗材。
[0012]进一步，所述送料系统包括两级顶杆部件；第一级所述顶杆部件包括第一级壳体、第一级轴承和第一级实心顶杆，所述第一级实心顶杆通过第一级轴承支撑在第一级壳体内；第二级所述顶杆部件包括第二级壳体、第二级轴承和第二级空心顶杆，所述第二级空心顶杆通过第二级轴承支撑在第二级壳体内；所述第一级实心顶杆穿过第二级空心顶杆的空心处后插入对应的主轴系统；第二级空心顶杆设有偏心凸起顶杆，用于直接插入对应的导向装置内。
[0013]进一步，所述送料系统包括三级顶杆部件；第一级所述顶杆部件包括第一级壳体、第一级轴承和第一级实心顶杆，所述第一级实心顶杆通过第一级轴承支撑在第一级壳体内；第二级所述顶杆部件包括第二级壳体、第二级轴承和第二级空心顶杆，所述第二级空心顶杆通过第二级轴承支撑在第二级壳体内；第三级所述顶杆部件包括第三级壳体、第三级轴承和第三级空心顶杆，所述第三级空心顶杆通过第三级轴承支撑在第三级壳体内；
[0014]所述第一级实心顶杆依次穿过第二级空心顶杆的空心处和第三级空心顶杆的空心处后插入对应的主轴系统；第二级空心顶杆设有偏心凸起顶杆，所述第二级空心顶杆依次穿过第三级空心顶杆的空心处后插入对应的主轴系统；第三级空心顶杆设有偏心凸起顶杆，用于直接插入对应的导向装置内。
[0015]进一步，所述旋转主轴底部设有可移动的基板，所述旋转主轴内设有第一导向装置和第二导向装置，所述第一级实心顶杆插入第一导向装置内，所述第二级空心顶杆插入第二导向装置内，第一导向装置内设有A
‑
B合金材料的耗材，第二导向装置内设有A
‑
C合金材料的耗材，所述A
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B合金材料的耗材中A金属与B金属的比例和A
‑
C合金材料的耗材中A金属与C金属的比例相同；
[0016]通过控制第一级实心顶杆进料速度V1加速度减速和第二级空心顶杆进料速度V2加速度加速或控制第一级实心顶杆进料速度V1加速度加速和第二级空心顶杆进料速度V2加速度减速，且V1+V2保持定值，用于实现A
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B
‑
C系合金的摩擦挤压沉积。
[0017]进一步，所述旋转主轴底部设有可移动的基板，所述旋转主轴内设有第一导向装置、第二导向装置和第三导向装置，所述第一级实心顶杆插入第一导向装置内，所述第二级空心顶杆插入第二导向装置内，所述第三级空心顶杆插入第三导向装置内，第一导向装置内设有A
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B合金材料的耗材，第二导向装置内设有A
‑
C合金材料的耗材，第三导向装置内设有A
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D合金材料的耗材，所述A
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B合金材料的耗材中A金属与B金属的比例和A
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C合金材料的耗材中A金属与C金属的比例相同，且所述A
‑
B合金材料的耗材中A金属与B金属的比例和A
‑
D合金材料的耗材中A金属与D金属的比例相同；
[0018]通过控制第一级实心顶杆进料速度V1、第二级空心顶杆进料速度V2和第三级空心顶杆进料速度V3，且V1+V2+V3保持定值，用于实现A
‑
B
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C
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D系合金的摩擦挤压沉积。
[0019]一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置的加工方法，包括如下步骤：
[0020]A
‑
B
‑
C系合金中，B的含量为b1～b2，C的含量为c1～c2，b1为B的最小含量，b2为B的最大含量，c1为C的最小含量，c2为C的最大含量，
[0021]假设摩擦挤压沉积形成的A
‑
B
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C系合金中，A、B、C金属含量为a％、b2％、c1％，且a+b2+c1＝100；
[0022]第一导向装置内设有A
‑
B合金材料的耗材，其中A金属与B金属的比例为
[0023]第二导向装置内设有A
‑
C合金材料的耗材，其中A金属与C金属的比例为
[0024]初始进给过程中，控制第一级实心顶杆进料速度V1使A
‑
B合金材料的耗材初始速度为b2V进给；控制第二级空心顶杆进料速度V2使A
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C合金材料的耗材初始速度为c1V进给；
[0025]控制基板沿y轴负方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，其特征在于，包括主轴系统(4)和送料系统，所述送料系统包括至少一级顶杆部件和导轨部件，若干级所述顶杆部件串联分布在主轴系统(4)上方；每级所述顶杆部分别与所述导轨部件连接，用于使每级所述顶杆部轴向移动；所述主轴系统包括旋转主轴(403)和导向装置(406)，所述旋转主轴(403)内设有与顶杆部件一一对应的导向装置(406)，通过传动装置使的旋转主轴(403)旋转，从而使导向装置(406)转动；每级所述顶杆部分包括实心顶杆和空心顶杆；每级所述实心顶杆直接插入对应的导向装置(406)内或者穿过下一级所述空心顶杆后插入对应的主轴系统(4)；所述导向装置(406)内放置耗材(3)，通过导向装置(406)转动，使顶杆部件同步转动。2.根据权利要求1所述的摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，其特征在于，所述导向装置(406)内设置与顶杆部件一一对应的方形棒料孔，且方形棒料孔按照旋转主轴(403)的轴线同轴分布，方形棒料孔内安装方形耗材(3)。3.根据权利要求1所述的摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，其特征在于，所述送料系统包括两级顶杆部件；第一级所述顶杆部件包括第一级壳体、第一级轴承和第一级实心顶杆，所述第一级实心顶杆通过第一级轴承支撑在第一级壳体内；第二级所述顶杆部件包括第二级壳体、第二级轴承和第二级空心顶杆，所述第二级空心顶杆通过第二级轴承支撑在第二级壳体内；所述第一级实心顶杆穿过第二级空心顶杆的空心处后插入对应的导向装置(406)；第二级空心顶杆设有偏心凸起顶杆，用于直接插入对应的导向装置(406)内。4.根据权利要求1所述的摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，其特征在于，所述送料系统包括三级顶杆部件；第一级所述顶杆部件包括第一级壳体、第一级轴承和第一级实心顶杆，所述第一级实心顶杆通过第一级轴承支撑在第一级壳体内；第二级所述顶杆部件包括第二级壳体、第二级轴承和第二级空心顶杆，所述第二级空心顶杆通过第二级轴承支撑在第二级壳体内；第三级所述顶杆部件包括第三级壳体、第三级轴承和第三级空心顶杆，所述第三级空心顶杆通过第三级轴承支撑在第三级壳体内；所述第一级实心顶杆依次穿过第二级空心顶杆的空心处和第三级空心顶杆的空心处后插入对应的导向装置(406)；第二级空心顶杆设有偏心凸起顶杆，所述第二级空心顶杆依次穿过第三级空心顶杆的空心处后插入对应的导向装置(406)；第三级空心顶杆设有偏心凸起顶杆，用于直接插入对应的导向装置(406)内。5.根据权利要求3所述的摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，其特征在于，所述旋转主轴(403)底部设有可移动的基板(1)，所述旋转主轴(403)内设有第一导向装置和第二导向装置，所述第一级实心顶杆插入第一导向装置内，所述第二级空心顶杆插入第二导向装置内，第一导向装置内设有A
‑
B合金材料的耗材(3)，第二导向装置内设有A
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C合金材料的耗材(3)，所述A
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B合金材料的耗材(3)中A金属与B金属的比例和A
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C合金材料的耗材(3)中A金属与C金属的比例相同；通过控制第一级实心顶杆进料速度V1加速度减速和第二级空心顶杆进料速度V2加速度加速或控制第一级实心顶杆进料速度V1加速度加速和第二级空心顶杆进料速度V2加速度减速，且V1+V2保持定值，用于实现A
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B
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C系合金的摩擦挤压沉积。
6.根据权利要求4所述的摩擦挤压沉积使用金属材料的多通道高通量装置，其特征在于，所述旋转主轴(403)底部设有可移动的基板(1)，所述旋转主轴(403)内设有第一导向装置、第二导向装置和第三导向装置，所述第一级实心顶杆插入第一导向装置内，所述第二级空心顶杆插入第二导向装置内，所述第三级空心顶杆插入第三导向装置内，第一导向装置内设有A
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B合金材料的耗材(3)，第二导向装置内设有A
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C合金材料的耗材(3)，第三导向装置内设有A
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D合金材料的耗材(3)，所述A
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B合金材料的耗材(3)中A金属与B金属的比例和A
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【专利技术属性】
技术研发人员：任旭东，李一波，陈兰，杜成超，李永健，顾衡，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：