[发明专利]一种可连续送棒的搅拌摩擦焊增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种可连续送棒的搅拌摩擦焊增材制造装置及方法，包括用于搅拌摩擦增材位置并导向棒材向增材位置轴向移动的焊接机构、用于驱动棒材向增材位置轴向移动的第一送料机构、用于驱动棒材向增材位置轴向移动的第二送料机构和用于驱动棒材向第一送料机构侧向移动的供料机构，所述第二送料机构设于所述焊接机构与所述第一送料机构之间并位于轴向移动的棒材侧方，所述供料机构设于所述第一送料机构与所述第二送料机构之间并位于轴向移动的棒材侧方，所述第一送料机构与所述第二送料机构交替驱动多根棒材连续向增材位置移动。本发明实现了棒材的自动连续进给，增材过程中无需停止装置。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种可连续送棒的搅拌摩擦焊增材制造装置及方法。

背景技术

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

目前金属的增材制造(3D打印)大多采用熔焊方法，即采用激光、电弧、电子束等作为热源，工作温度高于材料熔点，母材熔化，凝固时易产生气孔、裂纹等缺陷，降低3D打印零件的性能。而搅拌摩擦焊是利用轴肩和搅拌针与工件之间的摩擦产热和搅拌作用使材料塑化、流动形成焊缝的技术，焊缝金属不熔化，无气孔、裂纹等缺陷，变形量小，晶粒细化。

因此，利用搅拌摩擦焊进行金属增材制造，尤其是铝合金、镁合金等轻金属的增材制造可以获得晶粒细化、无气孔、无裂纹的高性能零件。目前搅拌摩擦焊增材制造(Fictionstir additive manufacturing,FSAM)的进料模式有板材、棒材、丝材、粉末和颗粒等类型，其中以板材为进料的FSAM装置最为简单，普通的搅拌摩擦焊装置即可实现，但是打印零件的形状受到很大限制；工装复杂，每层焊接完成后均需将板材铣平并重新工装，浪费大量时间。以粉末为进料的FSAM可以从源头自行配置金属粉末得到任意成分的材料，但是原材料价格较高、对粉末颗粒度要求较高、焊接过程中出料口易堵塞且粉末易飞溅，存在一定粉尘爆炸的危险。以丝材为进料的FSAM可以实现原材料的连续进给，但是与棒材相比，丝材的刚性较差，易挤出搅拌头的轴肩；此外丝材的直径较小，增材的效率较低且增材宽度较大时，对送丝速度的要求较高。而以棒材为进料的FSAM原材料成本低、效率高，但是最大的问题就是送料过程不连续。

因此，如何实现低成本、高效率、连续送料、高材料利用度、可打印多种金属材料的搅拌摩擦焊增材制造成为本领域的研究重点和热点。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于如何实现搅拌摩擦焊过程中的连续送棒增材。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可连续送棒的搅拌摩擦焊增材制造装置，包括搅拌摩擦增材位置并导向棒材向增材位置轴向移动的焊接机构、用于驱动棒材向增材位置轴向移动的第一送料机构、用于驱动棒材向增材位置轴向移动的第二送料机构以及用于驱动棒材向第一送料机构侧向移动的供料机构，所述第二送料机构设于所述焊接机构与所述第一送料机构之间并位于轴向移动的棒材侧方，所述供料机构设于所述第一送料机构与所述第二送料机构之间并位于轴向移动的棒材侧方，所述第一送料机构与所述第二送料机构交替驱动多根棒材连续向增材位置移动；

第一种工作状态下，所述第一送料机构驱动后送棒材向增材位置轴向移动，同时后送棒材驱动先送棒材向增材位置轴向移动，同时所述第二送料机构松开先送棒材之后定位后送棒材；

第二种工作状态下，所述第二送料机构驱动先送棒材向增材位置移动，同时所述第一送料机构松开先送棒材之后所述供料机构驱动后送棒材向所述第一送料机构侧向移动。

本发明的一个实施例中，所述第一送料机构为推动棒材轴向移动的推料式送料机构。

本发明的一个实施例中，所述第二送料机构为夹持带动棒材轴向移动的夹持式送料机构。