一种铝合金增材制造装置及方法与流程

本申请涉及金属增材制造，尤其涉及一种铝合金增材制造装置及方法。

背景技术：

1、在金属增材制造领域，按照增材过程中材料是否发生熔化和凝固，可分为基于熔覆的增材制造技术和固相增材制造技术。基于熔覆的增材制造技术的基本工作原理为采用可控热源将材料熔化再进行逐层的熔覆叠加，最终成型结构件，但是很难满足工件无缺陷、小变形、低残余应力高增材效率的要求。固相增材技术目前有搅拌摩擦沉积增材，增材过程中材料不发生熔化，因此无孔隙、热裂纹等熔化缺陷，能弥补熔覆增材的固有缺陷，但是搅拌摩擦增材生产工序繁复，设备复杂，工艺柔性差。铝合金是目前全球应用率仅次于钢的金属材料，铝合金具有密度轻、弹性好、比刚度和比强度高、耐磨性和耐腐蚀性优、导电导热性好等优点，铝合金增材制造技术有较大需求，在采用以上两种铝合金增材制造技术的过程中，存在较大的局限性。

2、因此，发明人提供了一种铝合金增材制造装置及方法。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本申请提供了一种铝合金增材制造装置及方法，要解决的技术问题是：铝合金增材制造技术在采用基于熔覆的增材制造技术和固相增材制造技术的过程中，存在较大的局限性。

3、(2)技术方案

4、第一方面，本申请提供了一种铝合金增材制造装置，包括能量发生装置、填料装置、旋转主轴、摩擦成形装置以及夹持机构；所述旋转主轴和所述填料装置安装在所述夹持机构上，所述旋转主轴沿加工方向位于所述填料装置的后方；所述填料装置用于放入铝合金填充材料，所述能量发生装置与所述填料装置连接，用于使铝合金填充材料熔化沉积至基体材料；所述摩擦成形装置通过所述旋转主轴带动，用于对熔化沉积后的铝合金填充材料施加轴向锻压力和剪切力，使铝合金填充材料发生塑性变形，产生动态再结晶，并按设定的形状成形，实现铝合金材料的增材制造。

5、进一步地，所述能量发生装置包括焊接电源、电子束、激光。

6、进一步地，所述铝合金填充材料的种类包括丝材和粉材。

7、进一步地，所述摩擦成形装置包括摩擦装置和成形装置；所述摩擦装置用于对熔化沉积后的铝合金填充材料施加轴向锻压力和剪切力，所述成形装置用于使铝合金填充材料按设定的形状成形。

8、进一步地，所述摩擦装置根据熔化沉积的铝合金填充材料量进行设计。

9、进一步地，所述成形装置根据待成形最终零件预先设计的轨迹和单道沉积材料所需形状进行设计。

10、进一步地，所述摩擦成形装置与所述填料装置之间的距离为预设距离范围。

11、第二方面，本申请提供了一种铝合金增材制造方法，基于如上所述的铝合金增材制造装置实现，包括如下步骤：

12、根据铝合金填充材料的种类选择能量发生装置，将能量发生装置与填料装置连接，使铝合金填充材料熔化沉积至基体材料；

13、旋转主轴带动摩擦成形装置，摩擦成形装置对熔化沉积后的铝合金填充材料施加轴向锻压力和剪切力，使铝合金填充材料发生塑性变形，产生动态再结晶，并按设定的形状成形，实现铝合金增材制造。

14、进一步地，所述铝合金增材制造方法还包括：

15、填料装置和旋转主轴的夹持机构持续按照加工方向移动，完成铝合金材料的增材制造。

16、(3)有益效果

17、本申请的上述技术方案具有如下优点：

18、本申请提供的铝合金增材制造装置及方法，使铝合金材料发生连续动态再结晶，沉积金属晶粒细小，无常规铝合金材料增材制造中常见的微观孔隙、微裂纹等缺陷，实现了铝合金增材制造的性能控制，同时工艺和设备简单，避免了常规基于熔覆的增材制造技术和固相增材制造技术的局限性。

技术特征：

1.一种铝合金增材制造装置，其特征在于，包括能量发生装置、填料装置、旋转主轴、摩擦成形装置以及夹持机构；所述旋转主轴和所述填料装置安装在所述夹持机构上，所述旋转主轴沿加工方向位于所述填料装置的后方；所述填料装置用于放入铝合金填充材料，所述能量发生装置与所述填料装置连接，用于使铝合金填充材料熔化沉积至基体材料；所述摩擦成形装置通过所述旋转主轴带动，用于对熔化沉积后的铝合金填充材料施加轴向锻压力和剪切力，使铝合金填充材料发生塑性变形，产生动态再结晶，并按设定的形状成形，实现铝合金材料的增材制造。

2.如权利要求1所述的铝合金增材制造装置，其特征在于，所述能量发生装置包括焊接电源、电子束、激光。

3.如权利要求1所述的铝合金增材制造装置，其特征在于，所述铝合金填充材料的种类包括丝材和粉材。

4.如权利要求1所述的铝合金增材制造装置，其特征在于，所述摩擦成形装置包括摩擦装置和成形装置；所述摩擦装置用于对熔化沉积后的铝合金填充材料施加轴向锻压力和剪切力，所述成形装置用于使铝合金填充材料按设定的形状成形。

5.如权利要求4所述的铝合金增材制造装置，其特征在于，所述摩擦装置根据熔化沉积的铝合金填充材料量进行设计。

6.如权利要求4所述的铝合金增材制造装置，其特征在于，所述成形装置根据待成形最终零件预先设计的轨迹和单道沉积材料所需形状进行设计。

7.如权利要求1所述的铝合金增材制造装置，其特征在于，所述摩擦成形装置与所述填料装置之间的距离为预设距离范围。

8.一种铝合金增材制造方法，其特征在于，基于如权利要求1至7任一项所述的铝合金增材制造装置实现，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的铝合金增材制造方法，其特征在于，所述铝合金增材制造方法还包括：

技术总结本申请涉及一种铝合金增材制造装置及方法，其中，铝合金增材制造装置包括能量发生装置、填料装置、旋转主轴、摩擦成形装置以及夹持机构；旋转主轴和填料装置安装在夹持机构上，旋转主轴沿加工方向位于填料装置的后方；填料装置用于放入铝合金填充材料，能量发生装置与填料装置连接，用于使铝合金填充材料熔化沉积至基体材料；摩擦成形装置通过旋转主轴带动，用于对熔化沉积后的铝合金填充材料施加轴向锻压力和剪切力，使铝合金填充材料发生塑性变形，产生动态再结晶，并按设定的形状成形，实现铝合金材料的增材制造。本申请能够实现铝合金增材制造的性能控制，同时工艺和设备简单，避免了常规基于熔覆的增材制造技术和固相增材制造技术的局限性。技术研发人员：李光,佀好学,张世伟,陶军,赵海涛受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11