本發(fā)明涉及米級金屬環(huán)件成形，具體涉及一種攪拌摩擦增材制造設(shè)備及米級環(huán)件制造方法。

背景技術(shù)：

1、新一代重型火箭燃料貯箱連接的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件中，米級大尺寸高強(qiáng)鋁合金環(huán)件的整體化制造是亟需突破的重大難題。常規(guī)鑄錠沖孔、環(huán)軋加工材料利用率極低，加工難度大，制備過程中還會引入嚴(yán)重的變形，需要配合復(fù)雜的工裝和去應(yīng)力退火整形矯圓，尺寸精度控制難度大。另外，米級構(gòu)件多向鍛造難度大，且構(gòu)件內(nèi)部易存在厚度方向組織不均勻、各向異性嚴(yán)重等問題，難以保證環(huán)件整體的機(jī)械性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種攪拌摩擦增材制造設(shè)備，提升了米級構(gòu)件制造的效率問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種攪拌摩擦增材制造設(shè)備，包括：安裝支架；載物臺，所述載物臺具有承載工件的承載平面，且所述載物臺安裝于所述安裝支架上且可隨所述安裝支架轉(zhuǎn)動；增材制造裝置，所述增材制造裝置適于消耗增材原料以向所述載物臺增材沉積；固溶裝置，所述固溶裝置安裝于所述安裝支架，所述固溶裝置與所述增材制造裝置間隔開布置，所述固溶裝置適于加熱沉積層；冷卻裝置，所述冷卻裝置安裝于所述安裝支架，所述冷卻裝置適于向所述沉積層方向噴射冷卻介質(zhì)。

3、所述攪拌摩擦增材制造設(shè)備相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢在于，由于增材制造裝置中的靜止軸肩與載物臺具有給定間隙，該給定間隙可以決定沉積層的厚度，增材制造裝置中的增材原料(金屬棒材、絲材、顆粒/粉末中的一種)受到軸向壓力作用并持續(xù)摩擦擠壓承載平面，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦熱和剪切塑性變形導(dǎo)致材料軟化產(chǎn)生塑性流動、填充靜止軸肩與承載平面之間的間隙；隨著載物臺的轉(zhuǎn)動被軟化材料與承載平面產(chǎn)生冶金連接、并沉積在承載平面形成增材層；沿給定加工路徑重復(fù)上述操作最終得到金屬環(huán)狀工件。

4、在一些實施例中，所述增材制造裝置為多個，多個所述增材制造裝置沿周向間隔開布置。

5、在一些實施例中，在周向上，所述固溶裝置安裝于兩個所述增材制造裝置之間，且所述固溶裝置和所述冷卻裝置間設(shè)有所述增材制造裝置。

6、在一些實施例中，在周向上，所述冷卻裝置安裝于兩個所述增材制造裝置之間。

7、在一些實施例中，所述固溶裝置和所述冷卻裝置都設(shè)有與其配合的隔熱罩，所述隔熱罩安裝于所述安裝支架，所述隔熱罩罩設(shè)在所述冷卻裝置或所述固溶裝置外，且所述隔熱罩罩設(shè)環(huán)件的至少一部分。

8、在一些實施例中，所述安裝支架包括底座和旋轉(zhuǎn)架，其中所述旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動安裝在底座上；所述攪拌摩擦增材制造設(shè)備還包括驅(qū)動件，所述驅(qū)動件的輸出端與所述旋轉(zhuǎn)架相連，以驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)架和所述載物臺同步轉(zhuǎn)動。

9、在一些實施例中，所述固溶裝置為多個，且所述固溶裝置的數(shù)量大于所述冷卻裝置的數(shù)量。

10、本發(fā)明第二方面提供了一種米級環(huán)件制造方法，米級環(huán)件制造方法采用攪拌摩擦增材制造設(shè)備實現(xiàn)，其特征在于，包括步驟：s1：所述增材制造裝置驅(qū)動沉積材料與所述載物臺的所述承載平面接觸，進(jìn)行初始沉積；s2：使所述載物臺和所述安裝支架相對轉(zhuǎn)動，進(jìn)行環(huán)形增材制造，所述固溶裝置對其覆蓋區(qū)域的工件進(jìn)行加熱，所述冷卻裝置對其覆蓋區(qū)域的工件進(jìn)行冷卻。

11、在一些實施例中，對所述工件同一位置進(jìn)行加熱的總時長為t1，對所述工件同一位置進(jìn)行冷卻的總時長為t2，滿足：t1＞t2。

12、在一些實施例中，所述增材制造裝置中增材原料為棒材、絲材、顆粒、粉末中的一種。

13、所述米級環(huán)件制造方法與上述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。

技術(shù)特征：

1.一種攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，所述增材制造裝置為多個，多個所述增材制造裝置沿周向間隔開布置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，在周向上，所述固溶裝置安裝于兩個所述增材制造裝置之間，且所述固溶裝置和所述冷卻裝置間設(shè)有所述增材制造裝置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，在周向上，所述冷卻裝置安裝于兩個所述增材制造裝置之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，所述固溶裝置和所述冷卻裝置都設(shè)有與其配合的隔熱罩，所述隔熱罩安裝于所述安裝支架，所述隔熱罩罩設(shè)在所述冷卻裝置或所述固溶裝置外，且所述隔熱罩罩設(shè)環(huán)件的至少一部分。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，所述安裝支架包括底座和旋轉(zhuǎn)架，其中所述旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動安裝在底座上；所述攪拌摩擦增材制造設(shè)備還包括驅(qū)動件，所述驅(qū)動件的輸出端與所述旋轉(zhuǎn)架相連，以驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)架和所述載物臺同步轉(zhuǎn)動。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備，其特征在于，所述固溶裝置為多個，且所述固溶裝置的數(shù)量大于所述冷卻裝置的數(shù)量。

8.一種米級環(huán)件制造方法，所述米級環(huán)件制造方法采用如權(quán)利要求1-7中任一項所述的攪拌摩擦增材制造設(shè)備實現(xiàn)，其特征在于，包括步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的米級環(huán)件制造方法，其特征在于，對所述工件同一位置進(jìn)行加熱的總時長為t1，對所述工件同一位置進(jìn)行冷卻的總時長為t2，滿足：t1＞t2。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的米級環(huán)件制造方法，其特征在于，所述增材制造裝置中增材原料為棒材、絲材、顆粒、粉末中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦增材制造設(shè)備，涉及米級金屬環(huán)件成形技術(shù)領(lǐng)域，包括：安裝支架；載物臺，所述載物臺具有承載工件的承載平面，且所述載物臺安裝于所述安裝支架上且可隨所述安裝支架轉(zhuǎn)動；增材制造裝置，所述增材制造裝置適于消耗增材原料以向所述載物臺增材沉積；固溶裝置，所述固溶裝置安裝于所述安裝支架，所述固溶裝置與所述增材制造裝置間隔開布置，所述固溶裝置適于加熱沉積層；冷卻裝置，所述冷卻裝置安裝于所述安裝支架，所述冷卻裝置適于向所述沉積層方向噴射冷卻介質(zhì)。本發(fā)明通過增材制造裝置將金屬沉積在載物臺表面，得到大尺寸金屬環(huán)狀工件，提升了米級構(gòu)件成型制造的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：萬龍,張澤宇,田慧佳,黃體方
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽萬宇機(jī)械設(shè)備科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/28