一种自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置

本发明涉及一种搅拌摩擦增材装置，具体涉及一种自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置。

背景技术：

1、增材制造与传统机械加工的减材制造以及锻压、铸造不同，它是通过计算机预先设计三维模型，通过材料逐层累积快速成形构件的智能制造方法，实际上就是把三维转换成二维，把传统的“减材制造”变成层层堆积的“增材”，具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等五大特点，给全球制造业带来了深刻的变革。增材制造作为一种先进材料成形智能制造技术，相对于传统制造技术，加工成本低、材料利用率高、设计自由，已在航空航天、交通运输、国防建设等领域得到了广泛应用，得到了各国研究机构、企业的广泛关注。

2、随着增材制造技术的进步，增材制造的成本会降低，同时生产速度、产品性能也会提高；增材制造技术与其他学科的交叉融合使增材原料出现多元化的趋势，功能梯度材料、复合材料等新型材料。虽然我国增材制造产业市场大、规模大，但是产业化发展程度并不乐观。现有技术中，通过金属粉末或丝材进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additivefriction stir deposition，afsd)技术采用中空搅拌头，通过刀具中心进行补料，利用旋转的非消耗刀具来产生热量使材料达到塑性变形。物料流出的方向随着刀具的移动而发生变化，因此该过程可以减小晶粒尺寸、增加增材的均匀性。afsd作为一种新型的增材制造技术，目前已有学者探索了afsd对于不同材料的适用性，但afsd过程对于增材构件的成形成性规律研究不够深入，有关afsd设备的设计制造仍处于初期，所以afsd设备的研究可促进afsd工艺优化及工程应用。

3、目前，国内有一些以金属丝材作为原料的搅拌摩擦增材制造设备以及相关专利发明，但现有专利存在一些问题。例如，有专利在轴肩内部间隙处添加连续丝材，通过轴肩与搅拌针之间的相对旋转运动对间隙中的材料形成搅拌摩擦作用，使材料保持热塑化状态，实现增材目的。但由于丝材是连续的，在摩擦过程中存在不稳定的断裂过程，易造成送料不稳的问题；有专利通过外部添加丝材的方式进行增材制造，需要填丝辊轮组件和填丝环座组件，结构复杂，并且增材过程中由于搅拌针的高速旋转，易将从外部添加的丝材甩出。

4、现有的搅拌摩擦增材制造方法并不能实现材料高利用率，待增材结束后，仍需对增材构件进行再加工，除去多余基材部分，除去的结构越多，材料的利用率越低。实现搅拌摩擦增材制造全数字化以及提高材料利用率是当前面临的主要难题。

5、综上，目前已知技术的主要缺点有以下方面：1、现有的装置将金属丝材加热成为塑性到其流出与已增材部分融合迟滞时间长，已增材部分与流出金属融合效果不佳。2、现有的装置无法驱动金属丝材自动进行下一步流程，增材效率低。3、现有的装置在输送金属丝材时较为困难，连续性差，在搅拌针高速旋转的过程中，丝材并不能按照预设路径进行增材，不能满足实际加工需求。4、现有的装置摩擦产生的热量较少，金属丝材不能充分塑性化，出现沉积层不连续的缺陷，增材构件性能较差。5、现有的装置中金属丝材在主轴旋转时，不易控制其沉积方向，沉积厚度不均匀，沉积构件无法均匀连续。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置。

2、本发明提供了一种自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置，具有这样的特征，包括：储料机构，包括储丝架以及设置在储丝架上用于提供丝材的储丝线圈；进丝机构，用于送给丝材，包括用于水平进丝的驱动块、与驱动块连接的连接管以及与连接管连接的用于竖直送丝的过渡块；丝材驱动机构，包括设置在过渡块下方的用于带动丝材向下传导的第一滚珠带和第二滚珠带、用于驱动第一滚珠带转动的主动驱动组件以及用于驱动第二滚珠带转动的从动驱动组件；传导加热机构，用于对丝材进行预热，包括设置在第一滚珠带与第二滚珠带下方的转动加热体；搅拌机构，用于使用丝材进行增材，包括设置在转动加热体侧边的搅拌芯、设置在搅拌芯下端的静轴肩以及设置在静轴肩内侧的电磁加热组件；箱体，用于放置储料机构、进丝机构、驱动机构、传导加热机构以及搅拌机构，其中，箱体的底端还设有漏斗，漏斗与静轴肩连接，搅拌芯的下端穿过漏斗设置在静轴肩内，漏斗、搅拌芯的下端与静轴肩均位于箱体外侧，且搅拌芯的底端凸出于静轴肩。

3、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，储丝架包括底座以及绕底座侧面设置的多个储丝杆，储丝线圈套设在储丝杆上，且储丝杆的顶部放置垫片并用螺钉固锁，垫片的直径大于储丝线圈最小内径，底座连接有第一电机，箱体内设有第一电机座来安装第一电机，箱体内还设有摄像头，摄像头和第一电机与外部的操作端通信连接，操作端通过摄像头实时监测储丝线圈的丝材使用情况，当储丝线圈的丝材使用完毕后，操作端控制第一电机驱动储丝架转动使丝材储量充足的储丝线圈转动至驱动块对应水平面处。

4、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，箱体内还设有进线支撑板，驱动块内还设有两个齿轮以及与两个齿轮连接的驱动电机，驱动电机带动两个齿轮进行转动，丝材从两个齿轮之间穿过并通过两个齿轮的啮合推动丝材向前传导。

5、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一滚珠带与第二滚珠带的结构一致，且相互倒置并相邻设置，丝材从第一滚珠带与第二滚珠带之间穿过并通过第一滚珠带与第二滚珠带进行运动来向下传导。

6、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，主动驱动组件包括第二电机、第一大端传动轴、主动齿轮、第一大端连接轴承、第一大端传动轮、第一小端传动轴、第一小端连接轴承以及第一小端传动轮，第一大端传动轴的一端与第二电机连接，并套设有第一大端连接轴承和主动齿轮，另一端与第一大端传动轮连接，第一小端传动轴的两端分别与第一小端连接轴承和第一小端传动轮连接，第一大端传动轮设置在第一滚珠带的大端处，第一小端传动轮设置在第一滚珠带的小端处，从动驱动组件包括第二小端传动轴、从动齿轮、第二小端连接轴承、第二小端传动轮、第二大端传动轴、第二大端连接轴承、第二大端传动轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，第二小端传动轴的一端套设有从动齿轮和第二小端连接轴承，另一端与第二小端传动轮连接，第二大端传动轴的两端分别与第二大端连接轴承和第二大端传动轮连接，第二大端传动轮设置在第二滚珠带的大端处，第二小端传动轮设置在第二滚珠带的小端处，通过第二电机驱动第一大端传动轴来驱动第一滚珠带进行转动，并通过主动齿轮带动从动齿轮转动，从而带动第二小端传动轴转动来驱动第二滚珠带进行转动，箱体内还设有中间板，该中间板上设有第二电机支撑座来安装第二电机，且第一大端连接轴承、第一小端连接轴承、第二大端连接轴承以及第二小端连接轴承均安装在中间板上。

7、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，转动加热体为台柱形，转动加热体的外侧面设有导线槽，转动加热体转动时，丝材沿导线槽向下传导，转动加热体内部设有用于加热的电磁感应加热体，电磁感应加热体的下方设有中间密封盖，转动加热体底部设有底部端盖，底部端盖与中间密封盖之间形成空腔，该空腔用于放置与电磁感应加热体电性连接的加热电源。

8、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，转动加热体的底端设有短轴，短轴穿设于箱体的底部，短轴连接有从动转轮，箱体中还设有第三电机，第三电机连接有主动转轮，从动转轮和主动转轮之间通过皮带传动连接，通过第三电机驱动主动转轮转动来带动转动加热体进行转动。

9、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，转动加热体的顶端设有连接轴，该连接轴套设有中间轴承，箱体内设有轴承座来安装中间轴承，轴承座与中间轴承过盈配合，短轴与箱体的接触处套设有深沟球轴承，短轴与从动转轮的连接处还套设有推力球轴承。

10、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，轴承座上方设有温度探测仪，用于监测转动加热体的实时温度，箱体中还设有温度显示器，该温度显示器与温度探测仪通信连接，用于显示转动加热体的实时温度。

11、在本发明提供的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置中，还可以具有这样的特征：其中，箱体内设有电机支撑板，该电机支撑板上安装有第四电机并位于搅拌芯上方，搅拌芯为双螺旋结构且呈麻花状外形，第四电机与搅拌芯连接来驱动搅拌芯转动。

12、发明的作用与效果

13、根据本发明所涉及的一种自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置，因为设有摄像头实时检测丝材余量，并在丝材使用完毕后，通过第一电机驱动储丝架转动来更换丝材储量充足的储丝线圈，所以能够随时补充丝材，保证丝材余量充足，并且通过更换储丝杆上的储丝线圈，能够便捷的更换使用不同材质、不同直径的丝材进行增材；并且，本发明通过第一滚珠带和第二滚珠带能够给予丝材持续不断向下送丝的动力，有效提高了送丝效率，并且通过保持连续送丝，能够使得增材层金属均匀分布，增强增材区的性能及增材构件的力学性能；另外，本发明的搅拌芯采用双螺旋结构，更容易促进材料均匀流动，促进界面材料垂直混合，从而形成有效的连接，并且位于搅拌芯底端的搅拌针为圆台状，且底部略凸出轴肩，能够保证已增材层与待增材金属间的相互结合，使得增材构件的致密度高、残余应力低，构件成型性能好；本发明还设有转动加热体进行丝材预热，再通过位于搅拌芯下端的电磁加热组件进行加热，通过双加热系统能够使丝材在原加热的基础上塑性更好，有利于与已增材部分快速融合，获得组织性能更加均匀的沉积层，并且能够增强已增材层与待增材金属间的结合强度；另外，本发明的第一滚珠带和第二滚珠带的转速由第二电机进行控制，转动加热体的转速由第三电机进行控制，通过第二电机和第三电机进行双电机的同步调节，能够保证填丝速度均匀，使金属丝材预加热充分，并且合适的填丝速度能够使增材区前进侧与后退侧的温差降低，有利于获得组织性能稳定的沉积层，能够有效提高增材效率与增材质量。因此，本发明的自动连续送丝的搅拌摩擦增材装置能够实现增材过程自动化，并且搅拌摩擦增材效率高，增材组织性能稳定，同时所有机构一体化设置在箱体中，且机构之间连接简单，便于维修和保养，具有良好的适用性和推广性。