一种超声波辅助增材装置

1.本发明涉及摩擦增材技术领域，具体为一种超声波辅助增材装置。


背景技术：

2.摩擦增材技术是增材装置的一种，是指利用高速旋转的增材与工件摩擦产生的热量使被增材料、增材接触部分局部熔化，当增材沿着增材接界面向前移动时，被塑性化的材料在增材的转动摩擦力作用下由增材的前部流向后部，并在增材的挤压下形成致密的固相增材缝，作为一种固相连接技术，摩擦增材技术具有低应力、小变形、绿色无污染等优点；
3.但是随着摩擦增材技术应用范围越来越广，在一些高要求的场合，对增材性能有更高的需求，需要对现有的摩擦增材技术进行进一步提升，比如进一步细化增材区的晶粒进而提升接头性能。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种超声波辅助增材装置，解决了现有的摩擦增材技术无法适应高要求场合的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种超声波辅助增材装置，包括超声波发生器、机头、机床主轴，所述搅拌头可拆卸连接在机床主轴内侧壁且朝机床主轴下方延伸，所述搅拌头内壁设置有呈上下贯通的方孔，所述方孔内侧壁设置有增材棒；所述搅拌头远离机床主轴的一端外壁可拆卸连接有安装法兰，所述安装法兰上壁且位于搅拌头外围固定连接有安装盒，所述安装盒上设置有用于辅助增材的超声波组件，所述超声波组件包括：导电滑环，所述导电滑环设置在安装盒上壁，所述导电滑环进线端通过第一线缆与超声波发生器电连接；至少一个超声波换能器，所述超声波换能器通过锁紧螺丝固定连接在安装法兰上壁且位于搅拌头外侧，所述超声波换能器以搅拌头轴心为圆心分布，所述超声波换能器与安装法兰之间设置有定位结构，所述锁紧螺丝与安装法兰之间设置有防松结构，所述超声波换能器均与导电滑环电连接；散热结构，所述散热结构设置在安装盒外壁，所述散热结构用于主轴旋转时对安装盒内部进行散热。
8.优选的，所述导电滑环包括固定环、转动环，所述转动环固定连接在安装盒上壁，所述固定环转动连接在转动环上壁，所述固定环、转动环之间电连接，所述固定环、转动环内侧壁均设置有呈上下贯通的通孔，所述第一线缆远离超声波发生器的一端与固定环固定连接。
9.优选的，所述固定环上壁固定连接有第一支架，所述第一支架远离固定环的一端与机头下壁固定连接，所述转动环侧壁固定连接有第二支架，所述第二支架远离转动环的一端与安装盒固定连接。
10.优选的，所述超声波换能器侧壁均设置有引脚，所述导电滑环与多组引脚之间通
过多组第二线缆电连接。
11.优选的，所述定位结构包括定位环，所述定位环固定连接在安装法兰上壁，所述定位环内侧壁且靠近下端位置设置有锥口，所述超声波换能器与定位环内侧壁滑动连接。
12.优选的，所述防松结构为防松垫圈，所述防松垫圈套设在锁紧螺丝外壁且位于锁紧螺丝的螺丝头与安装法兰内侧壁之间，所述防松垫圈与安装法兰内侧壁接触的一面设置有平面齿牙。
13.优选的，所述散热结构包括进风口、聚风罩和出风口，所述出风口、进风口设置在安装盒圆周外壁且均贯通安装盒侧壁，所述进风口位于出风口下方，所述进风口内侧左壁与内侧右壁延长线在俯视状态下为以搅拌头轴心为基点的渐开线且展开方向与搅拌头旋转方向一致，所述聚风罩固定连接在安装盒外壁且位于进风口口部。
14.(三)有益效果
15.本发明提供了一种超声波辅助增材装置。具备以下有益效果：
16.1、相比现有技术，该超声波辅助增材装置，采用由转动环、固定环组成的导电滑环为旋转中的超声波换能器传输信号，并通过第一支架将固定环与机头固定，使得超声波换能器能够在高速旋转中持续工作，采用至少一个超声波换能器能够大大增加超声波对摩擦增材的作用，通过超声波换能器发出的振幅传递到搅拌头上，参与增材工作，细化增材区的晶粒进而提升接头性能。
17.2、相比现有技术，该超声波辅助增材装置，通过设置的聚风罩、进风口和出风口，搅拌头带动安装盒旋转时，安装盒周围的空气通过角度特殊设置的聚风罩引入进风口进入安装盒内部，并汇流后上升，再通过出风口排出，从而在超声波换能器工作时产生的热量被气流带走，散热效果良好，且不消耗额外的能耗。
附图说明
18.图1为本发明整体结构示意图；
19.图2为本发明安装盒内部结构局部剖视图；
20.图3为本发明安装盒内部结构俯面局部剖视图；
21.图4为本发明超声波换能器与安装法兰连接结构局部剖视图；
22.图5为本发明图4中a处的局部放大图；
23.图6为本发明防松垫圈结构示意图；
24.图7为本发明安装盒上进风口进风方向俯视剖面示意图。
25.其中，1、机头；2、搅拌头；3、安装法兰；4、增材棒；5、机床主轴； 6、安装盒；7、转动环；8、固定环；9、第一支架；10、第二支架；11、第一线缆；12、出风口；13、超声波换能器；14、进风口；15、锥口；16、引脚；17、定位环；18、锁紧螺丝；19、防松垫圈；20、第二线缆；21、聚风罩。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例：
28.如图1到图7所示，本发明实施例提供一种超声波辅助增材装置，包括超声波发生器、机头1、机床主轴5，搅拌头2可拆卸连接在机床主轴5内侧壁且朝机床主轴5下方延伸，搅拌头2内壁设置有呈上下贯通的方孔，方孔内侧壁设置有增材棒4；
29.搅拌头2远离机床主轴5的一端外壁可拆卸连接有安装法兰3，安装法兰 3上壁且位于搅拌头2外围固定连接有安装盒6，安装盒6上设置有用于辅助增材的超声波组件，超声波组件包括：导电滑环、至少一个超声波换能器13 以及散热结构，超声波换能器13至少为一个，也可以是多个，当至少一个超声波换能器13数量为一个时，其形状设置为环形，套设在搅拌头2外侧；
30.当超声波换能器13数量为三个时，导电滑环设置在安装盒6上壁，导电滑环包括固定环8、转动环7，转动环7固定连接在安装盒6上壁，固定环8 转动连接在转动环7上壁，固定环8、转动环7之间电连接，固定环8、转动环7内侧壁均设置有呈上下贯通的通孔，第一线缆11远离超声波发生器的一端与固定环8固定连接，固定环8上壁固定连接有第一支架9，第一支架9远离固定环8的一端与机头1下壁固定连接，转动环7侧壁固定连接有第二支架10，第二支架10远离转动环7的一端与安装盒6固定连接，导电滑环进线端通过第一线缆11与超声波发生器13电连接，超声波换能器13均与导电滑环电连接，超声波换能器13侧壁均设置有引脚16，导电滑环与引脚16之间通过第二线缆20电连接，工作时，转动环7保持与安装盒6同步旋转，固定环8机头1保持固定不动，通过转动环7与固定环8之间的电连接进行旋转中传输信号；
31.超声波换能器13通过锁紧螺丝18固定连接在安装法兰3上壁且位于搅拌头2外侧，超声波换能器13以搅拌头2轴心为圆心呈等分分布，超声波换能器13与安装法兰3之间设置有定位结构，定位结构包括三组定位环17，三组定位环17呈圆周三等分分均布固定连接在安装法兰3上壁，三组定位环17 内侧壁且靠近下端位置均设置有锥口15，超声波换能器13分别与三组定位环 17内侧壁滑动连接，通过设置超声波换能器13，能够大大增强超声波能量，充分细化增材区的晶粒进而提升增材区域性能，定位环17使得超声波换能器 13安装更加方便；
32.锁紧螺丝18与安装法兰3之间设置有防松结构，防松结构为防松垫圈19，防松垫圈19套设在锁紧螺丝18外壁且位于锁紧螺丝18的螺丝头与安装法兰 3内侧壁之间，防松垫圈19与安装法兰3内侧壁接触的一面设置有平面齿牙，通过设置防松垫圈19，避免旋转中连接处松动。
33.散热结构设置在安装盒6外壁，散热结构包括至少一组进风口14、至少一组聚风罩21和至少一组出风口12，出风口12、进风口14均设置在安装盒 6圆周外壁且均贯通安装盒6侧壁，进风口14均位于出风口12下方，进风口 14内侧左壁与内侧右壁延长线在俯视状态下为以搅拌头2轴心为基点的渐开线且展开方向与搅拌头2旋转方向一致，聚风罩21均固定连接在安装盒6外壁且位于进风口14口部，散热结构用于主轴旋转时对安装盒6内部进行散，搅拌头2带动安装盒6旋转时，安装盒6周围的空气通过角度特殊设置的聚风罩21、进风口14进入安装盒6内部，并汇流后上升，再通过出风口12排出，从而在超声波换能器13工作时产生的热量被气流带走，散热效果良好，且不消耗额外的能耗。
34.工作原理：超声波发生器信号通过第一线缆11、固定环8、转动环7以及第二线缆20输送到超声波换能器13，转动环7保持与安装盒6同步旋转，固定环8与机头1保持固定不动，通过转动环7与固定环8之间的电连接进行旋转中传输信号，通过设置超声波换能器13，将超声波能量通过安装法兰 3传递到搅拌头2，能够大大增强超声波能量，充分细化增材区的晶粒进而提升增材区域性能，搅拌头2带动安装盒6旋转时，安装盒6周围的空气通过角度特殊设置的聚风罩23、进风口14进入安装盒6内部，并汇流后上升，再通过出风口12排出，从而在超声波换能器13工作时产生的热量被气流带走，散热效果良好，且不消耗额外的能耗。
35.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。