[发明专利]一种搅拌摩擦焊径向增材制造的装置与方法

权利要求书

1.一种搅拌摩擦焊径向增材制造的方法，其中径向增材制造的装置包括搅拌头、静置轴肩体及模具，搅拌头外侧同轴套装有静置轴肩体，静置轴肩体与模具配合安装；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将所需形状的模具固定于搅拌摩擦焊机的工作台上，在模具内壁涂抹脱模剂后，将原材料填满模具，所述原材料为粉末状、丝状或块状原材料；

步骤2、加工得到第一次径向增材所得的材料；

步骤2.1，选取带针搅拌头，搅拌针长度等于所需增材制造零件的高度；

步骤2.2，启动搅拌摩擦焊机，该搅拌头以50 ~ 10000r/min的转速转动，同时以0.1 ~20 mm/min的速度下扎进模具中央位置，同时接通电源，启动辅热垫板，辅热垫板的加热温度为100~2000 ℃，并同时施加超声振动，超声振动功率为60 ~ 2000 W，振幅为15 ~ 55 μm，在辅热垫板与搅拌头的双重作用下使材料加热至半固态，当搅拌针下表面到辅热垫板上表面的距离为0~0.2mm时停止下扎，并保持转速1 ~ 60s后停止旋转；继续保持压力0 ~1000s后抽回，抽回结束后搅拌摩擦焊机停止工作，断开电源辅热垫板停止加热，持续施加超声振动一段时间后，停止施加超声振动；

步骤3、加工得到第二次径向增材所得的材料；

步骤3.1，更换直径小于步骤2所述搅拌针直径的搅拌头；

步骤3.2，再次添加原材料，将原材料填满由搅拌针回抽而产生的匙孔，启动搅拌摩擦焊机，该搅拌头以50 ~ 10000r/min的转速转动，同时以0.1 ~ 20 mm/min的速度下扎进模具中央位置，同时接通电源，启动辅热垫板，辅热垫板的加热温度为100~2000 ℃，并同时施加超声振动，超声振动功率为60 ~ 2000 W，振幅为15 ~ 55 μm，在辅热垫板与搅拌头的双重作用下使材料保持在固态，当搅拌针下表面到辅热垫板上表面的距离为0~0.2mm时停止下扎，并保持转速1 ~ 60s后停止旋转；继续保持压力0 ~1000s后抽回，抽回结束后搅拌摩擦焊机停止工作，断开电源辅热垫板停止加热，持续施加超声振动一段时间后，停止施加超声振动；

步骤4、重复步骤3.2直到匙孔的深度小于1.5~2mm时，更换无针搅拌头，重复步骤3.2，得到增材制造的零件。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊径向增材制造的方法，其特征在于：所述搅拌头包括夹持端、动轴肩和搅拌针，夹持端与动轴肩一端一体成型，动轴肩另一端安装有搅拌针，搅拌针以及动轴肩端面设置有花纹形沟槽，搅拌针为锥形或圆柱形；所述搅拌头的动轴肩直径与搅拌针直径比例为2:1~10:1，所述搅拌头直径比模具边缘到中心之间的距离小0~ 3mm。

3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊径向增材制造的方法，其特征在于：所述静置轴肩体包括支撑架，所述支撑架包括若干支撑柱、连接圆环和静止动轴肩，支撑柱一端与连接圆环相连，另一端与静止动轴肩相连，且静止动轴肩的外接圆直径大于连接圆环的外径，连接圆环外端面设置有第一安装圆环，第一安装圆环的内径小于连接圆环内径设置形成顶部轴承安装槽，顶部轴承安装槽内安装有第一圆锥滚子轴承，所述静止动轴肩内端面设置有第二安装环，第二安装环内径小于静止动轴肩中心孔内径设置形成底部轴承安装槽，底部轴承安装槽内安装有第二圆锥滚子轴承，所述搅拌头的夹持端依次贯穿底部轴承安装槽和顶部轴承安装槽，且搅拌头的动轴肩上端面与支撑架下端的端面紧密贴合，搅拌头的夹持端伸出顶部圆锥滚子轴承部分同轴套装有锁紧环，锁紧环下端面抵在顶部圆锥滚子轴承内圈上端面上，且锁紧环通过顶丝与搅拌头的夹持端固定。

4.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊径向增材制造的方法，其特征在于：所述模具为环状五角星形结构，其中一个所述环状五角星形结构的内凹角为断开式并通过合页相连，模具的内壁加工有凸缘用于安装辅热垫板，模具用于与静置轴肩体的静止动轴肩配合。

5. 根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊径向增材制造的方法，其特征在于：所述模具形状与静止动轴肩形状一致，且静止动轴肩尺寸比模具尺寸小0 ~20 mm。