本发明专利技术提供了一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置，包括：搅拌机构，包括箱体、上盖板、下盖板、法兰盘和搅拌轴；搅拌驱动机构，包括与搅拌轴连接的主轴同步带轮、同步带、电机同步带轮和伺服电机；液压机构，包括顶板和液压缸；超声波机构，包括设置在箱体外侧的超声波发生器、与超声波发生器连接的超声波换能器以及与超声波换能器连接的变幅杆；输料机构，包括设置在下盖板下方的输料漏斗、与输料漏斗的连接的密封盖、与密封盖连接的波纹管以及与波纹管连接的储料箱。本发明专利技术通过将搅拌摩擦增材装置和超声设备进行结合，能够有效促进材料的流动和变形，提高制造精度和质量，能够在更低的能量消耗下实现高效制造同时具有很高的灵活性。很高的灵活性。很高的灵活性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置
[0001]本专利技术属于搅拌摩擦焊/增材制造领域，具体涉及一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置。
技术介绍
[0002]当今，随着现代制造业的发展，生产制造的机械零件、航空航天部件、医疗器械、汽车零部件等也更加的多元化。传统制造方法存在一些限制，如难以生产具有复杂内部结构的物体、生产成本较高、生产速度较慢等等。为了解决这些问题，搅拌摩擦增材制造技术应运而生。搅拌摩擦增材制造技术是由搅拌摩擦焊发展的，现有的搅拌摩擦增材制造技术面对高质量、高效率的产品需求显现出消耗高、有热裂纹等问题，为了提高制造的精度，得到更好的金相组织，降低能量的消耗，采用超声振动辅助的搅拌摩擦技术是目前较为可行的方法。
[0003]超声振动辅助搅拌摩擦增材制造技术是一种利用超声振动的能量辅助搅拌头挤压摩擦材料进行层叠的增材技术，其原理是超声振动器会产生高频的振动，并将振动能量传递给搅拌中的加热材料，从而激发材料的流动和变形。
[0004]目前基于搅拌摩擦的增材制造已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。常见的搅拌摩擦增材制造技术包括一下三类：以板材为材料，基于搅拌摩擦焊原理，使其逐层堆积进行增材制造的技术(friction stir additive manufacturing,FSAM)；以粉末或丝材为材料，通过中空的搅拌头旋转挤压进行增材制造的技术(additive friction stir deposition,AFSD)；以消耗性棒材为材料，通过棒材摩擦表面形成增材层的摩擦表面沉积增材制造技术(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD
‑
AM)。
[0005]以板材为材料的FSAM能够避免熔融增材时的气孔、裂纹和合金元素烧损等问题，但也存在增材层间弱连接、材料利用率低、减材加工量大、效率低的问题。FSD
‑
AM技术对消耗棒有着很高的要求，消耗棒过大或者过小都会影响成型的效率，并且对机床设备的要求也较高。以粉末为材料的AFSD其沉积增材层均匀，层间无明显的界面缺陷，增材效率高，同时也对设备有较高的要求。
[0006]超声能量作为一种机械能，具有改善材料塑性变形的能力，利用超声的声致塑性效应在搅拌摩擦增材过程中能够改善增材区力学性能、提升增材效率和质量，是一种非常具有应用前景的搅拌摩擦增材改进工艺技术。然而，现有的超声振动辅助搅拌摩擦增材技术研究较少，大部分装置只能实现单方向的超声辅助，同时超声辅助装置固定于增材装备中的某一位置，难以随着搅拌工具一起移动，在加工过程中有一定的局限性。
[0007]综上，目前已知技术的主要缺点有以下方面：1、现有的超声振动输出方向单一，对促进材料流动的能力有限。2、现有的超声辅助装置固定于搅拌增材设备，其工作范围受到限制。3、现有的超声能量无法有效地传递给搅拌增材工具。4、现有的装置为达到加工要求对加工设备进行改进，增加了制造成本。
技术实现思路
[0008]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置。
[0009]本专利技术提供了一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置，具有这样的特征，包括：搅拌机构，包括箱体、设置在箱体顶端的上盖板、设置在箱体底端的下盖板、设置在下盖板上的法兰盘以及设置在箱体内并穿设于下盖板的搅拌轴；搅拌驱动机构，包括与搅拌轴平键连接的主轴同步带轮、通过同步带与主轴同步带轮连接的电机同步带轮以及输出轴与电机同步带轮连接的伺服电机；液压机构，包括设置在上盖板上方的顶板以及固定在顶板上的液压缸；超声波机构，包括设置在箱体外侧的超声波发生器、与超声波发生器通过电缆连接线连接的超声波换能器以及与超声波换能器连接的变幅杆；输料机构，包括设置在下盖板下方的输料漏斗、与输料漏斗的顶端连接的密封盖、与密封盖连接的波纹管以及与波纹管连接的用于储存粉末的储料箱，其中，箱体内还设有用于对搅拌轴定位的第一深沟球轴承和第二深沟球轴承，第一深沟球轴承设置在上盖板下方，第二深沟球轴承设置在下盖板上方，且第二深沟球轴承的外壁与法兰盘贴合，变幅杆顶端还设有与第二深沟球轴承接触的滚珠，超声波换能器的数量为两个，两个超声波换能器在水平平面内相互垂直设置，在X和Y两个方向进行超声振动辅助，液压缸的活塞杆与上盖板固定连接，活塞杆向下运动时，带动箱体向下运动，使搅拌轴同步向下进给。
[0010]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，搅拌轴的下端设有用于输送粉末的长螺距螺纹，搅拌轴的底端设有用于挤压摩擦粉末的短螺距螺纹。
[0011]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，箱体内还设有用于承担轴向压力的第一推力球轴承和第二推力球轴承，第一推力球轴承紧压搅拌轴的上轴肩设置，第二推力球轴承紧压搅拌轴的下轴肩设置。
[0012]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，变幅杆还套设有软木塞，箱体和法兰盘中还联合设有凹槽来放置软木塞，软木塞的内侧与变幅杆贴合，软木塞的外侧与箱体和法兰盘贴合。
[0013]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，顶板与密封盖之间还通过多个竖直设置的立柱进行连接，箱体外侧还固定连接有固定座，多个立柱均穿设于固定座中，立柱与固定座的连接处设有直筒型直线轴承以及用于固定直筒型直线轴承的第一挡圈。
[0014]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，超声波发生器和伺服电机均安装在固定座上，跟随箱体同步进行运动。
[0015]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，箱体外侧还设有两个安装座，超声波换能器对应安装在安装座中。
[0016]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，主轴同步带轮的一面与搅拌轴的轴肩贴合设置，另一面还贴合设置有第二挡圈来进行定位。
[0017]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，输料漏斗的下端固定设有输料管，输料管设置在搅拌轴的下端外侧。
[0018]在本专利技术提供的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置中，还可以具有这样的特征：其中，输料漏斗与密封盖的连接处还设有密封圈。
[0019]专利技术的作用与效果
[0020]根据本专利技术所涉及的一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置，将超声波机构与搅拌机构一体化设置，在工作过程中，能够使超声振动自动跟随搅拌头行进方向，适用于任意曲线和曲面零件的搅拌摩擦增材；并且，超声波换能器通过变幅杆、滚珠与第二深沟球轴承接触，通过深沟球轴承具有良好的径向承载能力和刚度、并且具有较好高频响应能力的特点，能本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，包括：搅拌机构，包括箱体、设置在所述箱体顶端的上盖板、设置在所述箱体底端的下盖板、设置在所述下盖板上的法兰盘以及设置在所述箱体内并穿设于所述下盖板的搅拌轴；搅拌驱动机构，包括与所述搅拌轴平键连接的主轴同步带轮、通过同步带与所述主轴同步带轮连接的电机同步带轮以及输出轴与所述电机同步带轮连接的伺服电机；液压机构，包括设置在所述上盖板上方的顶板以及固定在所述顶板上的液压缸；超声波机构，包括设置在箱体外侧的超声波发生器、与所述超声波发生器通过电缆连接线连接的超声波换能器以及与所述超声波换能器连接的变幅杆；输料机构，包括设置在所述下盖板下方的输料漏斗、与所述输料漏斗的顶端连接的密封盖、与所述密封盖连接的波纹管以及与所述波纹管连接的用于储存粉末的储料箱，其中，所述箱体内还设有用于对所述搅拌轴定位的第一深沟球轴承和第二深沟球轴承，所述第一深沟球轴承设置在所述上盖板下方，所述第二深沟球轴承设置在所述下盖板上方，且所述第二深沟球轴承的外壁与所述法兰盘贴合，所述变幅杆顶端还设有与所述第二深沟球轴承接触的滚珠，所述超声波换能器的数量为两个，两个所述超声波换能器在水平平面内相互垂直设置，在X和Y两个方向进行超声振动辅助，所述液压缸的活塞杆与所述上盖板固定连接，所述活塞杆向下运动时，带动所述箱体向下运动，使所述搅拌轴同步向下进给。2.根据权利要求1所述的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：其中，所述搅拌轴的下端设有用于输送粉末的长螺距螺纹，所述搅拌轴的底端设有用于挤压摩擦粉末的短螺距螺纹。3.根据权利要求1所述的基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：其中，所述箱体内还设有用于承...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭维诚，戴园城，吴重军，赵凯，郭淼现，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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