一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头及加工方法技术

本发明专利技术涉及一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头及加工方法，可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头主要包括：驱动电机Ⅰ，搅拌头，搅拌针，液压伸缩系统，可旋转轴肩，传动皮带，驱动电机Ⅱ，待加工起落架。通过不同的电机实现搅拌针和可旋转轴肩的转速差异化可调。本发明专利技术的双旋转式伸缩搅拌摩擦加工头，可对激光增材制造的飞机起落架进行搅拌加工，在实现增材制造表面及次表面组织结构可调的同时，大幅度提高飞机起落架的力学性能，降低增材后飞机起落架的表面粗糙度、提高表面质量，减少飞机起落架增材制造的加工工序。加工工序。加工工序。

【技术实现步骤摘要】
一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头及加工方法


[0001]本专利技术属于表面处理领域，涉及一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头及加工方法，具体涉及用于飞机起落架的可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头，能够在对柱状晶进行细化处理的同时，对增材的飞机起落架表面进行处理，提高其表面质量。

技术介绍

[0002]飞机频频出现“崴脚”事故，其主要原因是飞机起落架在起飞或降落时承受的载荷超出了其极限承载能力，直接导致飞机起落架关键部件失效，经统计，多为关键部件强度与韧性不匹配。飞机在正常工作时，起落架的外筒在活塞的作用下发生位移，用来抵抗冲击带来的能量，其接口处与连接处难免会出现应力集中的现象，且在起落架两翼的受力情况较小的情况下，为了达到轻量化设计的目的，需要对其进行优化。可收放起落架要求飞机起降时放下，在增加了收放机构的同时，一方面，起落架系统重量明显增加，另一方面，起落架在重复疲劳使用的同时，会不可避免的出现结构上的裂纹和疲劳断裂。
[0003]激光增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺技术途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。经过多年的发展。激光沉积制造金属构件可以达到甚至超过锻件力学性能，且其成形尺寸基本不受限制，成为航空关键构件快速制造的重要新兴手段。
[0004]但是，在微观组织方面，激光定向能量沉积LDED：Laser directed energy deposition过程中，形成连续生长的柱状晶，导致A100高强钢构件的塑韧性、损伤容限和疲劳性能较低；在冶金缺陷方面，沉积层内部、道与道之间、层与层之间界面区域产生冶金缺陷，极大降低成形件的力学性能。此外，飞机起落架的结构复杂，不同位置的构件厚度及强度要求等均存在一定的差异，因此亟需柔性高、效率高的强化技术对激光定向能量沉积的飞机起落架构件进行强化处理。搅拌摩擦加工技术，作为一种剧烈的塑性变形技术，能够根据需要改变搅拌头的形状进而控制加工区的深度和宽度，具有较高的灵活性。在微观组织方面，搅拌摩擦加工FSP：Friction Stir Processing过程可以破坏增材方向上粗大柱状晶的生长，细化晶粒，进而提高材料性能。在冶金缺陷方面，FSP可以消除产品中的缩松、缩孔等缺陷，提升材料致密度。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头及加工方法，针对飞机起落架不同加工位置厚度不同的特点，搅拌针伸出不同的长度插入飞机起落架表面对增材制造的柱状晶进行调控，同时通过轴肩以不同转速旋转，在加工过程中同步对增材制造构件进行表面处理，提高飞机起落架的表面质量和力学性能。
[0007]技术方案
[0008]一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头，其特征在于包括第一驱动电机Ⅰ1，搅拌头2，
搅拌针3，液压伸缩系统4，可旋转轴肩5，传动皮带6和第二驱动电机Ⅱ7；第一驱动电机Ⅰ1通过液压伸缩系统4连接搅拌头2内的搅拌针3，液压伸缩系统4与搅拌针3位于可旋转轴肩5内，且第一驱动电机Ⅰ1、液压伸缩系统4、搅拌头2，搅拌针3和可旋转轴肩5同轴，第一驱动电机Ⅰ1通过液压伸缩系统4驱动搅拌头2向下运动；可旋转轴肩5和第二驱动电机Ⅱ7通过传动皮带6相连，搅拌头2和可旋转轴肩5在第二驱动电机Ⅱ7的驱动下进行旋转，同时第二驱动电机Ⅱ7施加下压力于搅拌头2。
[0009]所述可旋转轴肩5下表面的粗糙度为Ra50
‑
100。
[0010]一种采用所述可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头加工飞机起落架的方法，其特征在于步骤如下：
[0011]步骤1：可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头的可旋转轴肩5位于待加工飞机起落架表面的正上方，可旋转轴肩5与飞机起落架待加工表面接触；
[0012]步骤2：针对飞机起落架不同加工位置的不同厚度，搅拌针3伸出需要的长度插入飞机起落架表面及次表面；
[0013]启动第一驱动电机Ⅰ1，使得搅拌针3在第一驱动电机Ⅰ1的作用下高速旋转，对增材后的柱状晶进行搅拌，实现表面及次表面的晶粒细化；
[0014]同时，启动第二驱动电机Ⅱ7，传动皮带6带动可旋转轴肩5进行旋转，同时提供轴肩5的下压力F，实现对增材后较粗糙表面的材料去除，在搅拌针3实现晶粒细化的同时，较低其表面粗糙度，提高表面质量。
[0015]所述可旋转轴肩5的角速度ω2＝kω1{1/[(φ2/φ1)2‑
1]}，其中：φ1，φ2分别为搅拌头和轴肩的直径，ω1为搅拌头的角速度，k为平衡常数。
[0016]所述可旋转轴肩5的下压力决定表面及次表面的晶粒细化的实现，其中：铝合金的F0记为基准下压力，铝合金的抗拉强度记为σ0，目标金属的抗拉强度记为σ。
[0017]所述搅拌头转速为200
‑
300r/min。
[0018]所述可旋转轴肩5对加工表面的下压力为20
‑
50N。
[0019]所述当角速度与其表面积成反比的时候此时得到最优后处理的轴肩表面。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提出的一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头及加工方法，可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头主要包括：驱动电机Ⅰ，搅拌头，搅拌针，液压伸缩系统，可旋转轴肩，传动皮带，驱动电机Ⅱ，待加工起落架。通过不同的电机实现搅拌针和可旋转轴肩的转速差异化可调。本专利技术的双旋转式伸缩搅拌摩擦加工头，可对激光增材制造的飞机起落架进行搅拌加工，在实现增材制造表面及次表面组织结构可调的同时，大幅度提高飞机起落架的力学性能，降低增材后飞机起落架的表面粗糙度、提高表面质量，减少飞机起落架增材制造的加工工序。
[0022]本专利技术有益效果：
[0023]1通过驱动电机Ⅱ驱动轴肩，对搅拌针处理过后的金属表面进行后处理，根据不同飞机起落架材质，选用不同材质轴肩进行后处理，以铝合金轴肩的下压力F0为基准，铝合金的抗拉强度记为σ0，目标金属的抗拉强度记为σ，依据具体计算得出最优轴肩下
压力F。可以大幅度降低表面粗糙度，提高表面质量。
[0024]2根据不同材质的飞机起落架，选用不同材质、转速的搅拌头同时，设定角速度与其表面积成反比的时候此时得到最优后处理的轴肩表面的情况下，假设φ1，φ2分别为搅拌头和轴肩的直径，轴肩5的角速度为ω2，搅拌头的角速度为ω1，依据ω2＝kω1{1/[(φ2/φ1)2‑
1]}k为平衡常数计算出轴肩后处理表面的最优角速度，与轴肩的可调压力F相结合，在保证表面质量的同时，可以实现待加工材料的组织结构可调，调控材料的综合力学性能。
[0025]3使用伸出长度可调的搅拌针对增材后的飞机起落架进行处理，可以根据起落架不同位置的厚度变化，调整搅拌针伸出的长度对起落架进行处理，提高处理效率和起落架加工表面的尺寸精度。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的加工头剖面图
[0027]图2为本专利技术的加工头轴肩下表面
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头，其特征在于包括第一驱动电机Ⅰ(1)，搅拌头(2)，搅拌针(3)，液压伸缩系统(4)，可旋转轴肩(5)，传动皮带(6)和第二驱动电机Ⅱ(7)；第一驱动电机Ⅰ(1)通过液压伸缩系统(4)连接搅拌头(2)内的搅拌针(3)，液压伸缩系统(4)与搅拌针(3)位于可旋转轴肩(5)内，且第一驱动电机Ⅰ(1)、液压伸缩系统(4)、搅拌头(2)，搅拌针(3)和可旋转轴肩(5)同轴，第一驱动电机Ⅰ(1)通过液压伸缩系统(4)驱动搅拌头(2)向下运动；可旋转轴肩(5)和第二驱动电机Ⅱ(7)通过传动皮带(6)相连，搅拌头(2)和可旋转轴肩(5)在第二驱动电机Ⅱ(7)的驱动下进行旋转，同时第二驱动电机Ⅱ(7)施加下压力于搅拌头(2)。2.根据权利要求1所述可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头，其特征在于：所述可旋转轴肩(5)下表面的粗糙度为Ra50
‑
100。3.一种采用权利要求1或2所述可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头加工飞机起落架的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：可旋转式伸缩搅拌摩擦加工头的可旋转轴肩(5)位于待加工飞机起落架表面的正上方，可旋转轴肩(5)与飞机起落架待加工表面接触；步骤2：针对飞机起落架不同加工位置的不同厚度，搅拌针(3)伸出需要的长度插入飞机起落架...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁佳阳，李文亚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：