[发明专利]一种激光和摩擦复合增减材加工装置及方法

说明书

本发明提供了一种激光和摩擦复合增减材加工装置及方法，该装置包括：架体、第一增减材组件和第二增减材组件，第一增减材组件包括激光头和送粉喷嘴，激光头的侧面设置有竖直方向的导轨，送粉喷嘴设置在激光头的末端，并适于将金属粉末送至增材激光源的激光焦点处；架体包括支座和支架，支架与所述激光头平行设置，且支架的侧面设置有适于与导轨相配合的第一运动单元，以调整激光头相对支架沿竖直方向运动；第二增减材组件包括驱动电机、铣削刀具、旋转摩擦头和旋转基座，旋转基座与支架转动连接，旋转摩擦头和铣削刀具与激光头平行设置，且旋转摩擦头和铣削刀具分别设置于旋转基座高度方向的两端。该装置结构紧凑、制造成本低。

技术领域

本发明涉及金属零件增减材制造技术领域，具体而言，涉及一种激光和摩擦复合增减材加工装置及方法。

背景技术

近年来，增材制造技术由于其一系列优点，例如快速、灵活、节省成本等，很好地弥补了传统的减材制造方法的不足，适合复杂零件的快速制造。

与选区激光熔化金属3D打印技术相比较，激光辅助增材制造技术尤其适用于对大尺寸金属零件的制造及修复过程。但由于激光熔池的快速非平衡凝固特征导致增材金属的残余应力及变形大、柱状晶粒粗大、裂纹缺陷明显等问题，对增材金属力学性能的提高极为不利。

摩擦增材技术是在搅拌摩擦加工技术及设备的基础上开发而来，能够继承搅拌摩擦加工技术具有的固相加工残余应力低、细化晶粒等优势。因此，将激光辅助增材与摩擦增材过程相结合有望实现对大尺寸、复杂结构金属零件的制造，而且零件残余应力及变形小、晶粒细化、裂纹和气孔缺陷被抑制，但现有技术中，将激光辅助增材与摩擦增材过程相结合时，由于在摩擦增材过程中，金属会从摩擦面边缘挤出凝固而形成金属飞边，显著增大增材金属表面的粗糙度，不利于激光辅助增材过程中的熔池形成和送粉过程稳定连续地进行。

发明内容

本发明解决的问题是现有摩擦增材过程中，金属会从摩擦面边缘挤出凝固而形成金属飞边，显著增大增材金属表面的粗糙度，不利于激光辅助增材过程中的熔池形成和送粉过程稳定连续地进行中的至少一个方面。

为解决上述问题，本发明提供一种激光和摩擦复合增减材加工装置，包括：架体、第一增减材组件和第二增减材组件，其中，

所述第一增减材组件包括激光头和送粉喷嘴，所述激光头的侧面设置有竖直方向的导轨，所述送粉喷嘴设置在所述激光头的末端，并适于将金属粉末送至增材激光源的激光焦点处；

所述架体包括支座和支架，所述支架垂直固定在所述支座上，所述支架与所述激光头平行设置，且所述支架的侧面设置有适于与所述导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述导轨滑动设置，以调整所述激光头相对所述支架沿竖直方向运动；

所述第二增减材组件包括驱动电机、铣削刀具、旋转摩擦头和旋转基座，所述旋转基座与所述支架转动连接，所述驱动电机用于与所述旋转摩擦头和所述铣削刀具相连接，所述旋转摩擦头和所述铣削刀具与所述激光头平行设置，且所述旋转摩擦头和所述铣削刀具分别设置于所述旋转基座高度方向的两端。

优选地，所述旋转基座包括基体和沿高度方向设置于所述基体两端的传动齿轮，所述基体与所述支架转动连接，所述传动齿轮用于与所述驱动电机驱动连接，且两个所述传动齿轮分别用于连接所述旋转摩擦头或所述铣削刀具。

优选地，所述支架包括相对设置的两个连接端，且两个所述连接端之间适于所述旋转基座带动所述旋转摩擦头和所述铣削刀具旋转；所述旋转基座还包括连接轴杆，所述基体长度方向的两端设置与所述连接轴杆转动连接的轴承，所述基体的内部设置与所述连接轴杆相配合的通孔，所述连接轴杆适于贯穿所述轴承和所述通孔并连接于所述支架相对设置的两个连接端之间。