一種攪拌摩擦焊增材制造棒材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造棒材的方法，具體涉及一種攪拌摩擦焊增材制造棒材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的制造方法。我國各高校自90年代開始進行相關(guān)研究，但在關(guān)鍵器件、成形材料、智能化控制和應(yīng)用范圍等方面較國外先進水平落后，在高性能終端零部件直接制造方面還具有非常大的提升空間。
[0003]以激光束、電子束為能源的高能束增材制造技術(shù)是該技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，具有快速成型、加工精度較高等優(yōu)點，在高溫合金成形和精密部件制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但在高能束增材制造過程中，溫度較高會使材料發(fā)生熔化，由于成形速度較快，材料凝固時不可避免地會存在氣孔、裂紋以及熔合不良等缺陷，且后續(xù)加工制造對已凝固材料產(chǎn)生熱作用，可能降低整體性能，這對于目前廣泛應(yīng)用的鋁、鎂合金等低熔點輕金屬材料的影響更為嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的高能束增材制造方法制造的材料存在氣孔、裂紋、變形大的問題，進而提供一種攪拌摩擦焊增材制造棒材的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種攪拌摩擦焊增材制造棒材的方法，它包括以下步驟:
[0006]步驟一、圓柱形母材的制備:
[0007]先確定增材制造的材料類型，并采用機械加工的方式加工成圓柱形棒材，其直徑為10-50mm，長度為50_200mm ;然后在棒材上端的外側(cè)面加工一個深2_5mm的平臺，平臺長度為10-20mm，以便于將其固定在攪拌摩擦設(shè)備上；用砂紙將棒材表面打磨干凈，再在丙酮中進行超聲清洗，最后風(fēng)干備用；
[0008]步驟二、增材制造模具的制備:
[0009]選擇熔點高于增材材料的管材制作增材制造的模具，并清除其內(nèi)外表面的油污和氧化膜；管材壁厚為2-10mm，內(nèi)徑比圓柱形棒材直徑大2_10mm ；
[0010]步驟二、增材制造基板的制備:
[0011]選擇熔點高于增材材料的板材制作增材制造的基板，基板的厚度大于5_、基板的長度和基板的寬度均需大于增材制造模具的外徑；基板表面用砂紙打磨干凈，并在丙酮中進行超聲清洗，最后風(fēng)干備用；
[0012]步驟四、模具與基板的焊接:
[0013]采用氬弧焊方法將增材制造模具和基板焊接在一起，以保證攪拌摩擦增材制造能夠在模具內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定進行；
[0014]步驟五、t旲具和基板的定位:
[0015]采用工裝夾具，將焊在一起的模具和基板固定在攪拌摩擦設(shè)備上，保證模具和基板在攪拌摩擦增材制造過程中不發(fā)生滑動；
[0016]步驟六、增材制造參數(shù)的確定:
[0017]攪拌摩擦增材制造參數(shù)包括圓柱形棒材的旋轉(zhuǎn)速度和進給速度；棒材的旋轉(zhuǎn)速度范圍為200-3000r/min，棒材的進給速度的范圍為l-200mm/min ；
[0018]步驟七、增材制造的成形過程:
[0019]將棒材固定在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，在控制系統(tǒng)中輸入增材制造參數(shù)；啟動攪拌摩擦設(shè)備，棒材以設(shè)定的增材制造參數(shù)運動，在棒材接觸到基板時開始進行增材制造，直至達到預(yù)定的尺寸為止。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0021]1、本發(fā)明提出一種攪拌摩擦增材制造的方法，該方法采用固相增材制造技術(shù)，增材制造過程中峰值溫度低于材料熔點，材料不發(fā)生熔化，不涉及熔池的形成和凝固，可以消除高能束增材制造時熔池凝固過程中產(chǎn)生的裂紋、氣孔等缺陷；
[0022]2、攪拌摩擦增材制造過程中高速旋轉(zhuǎn)的棒材與已增材金屬摩擦，摩擦界面附近金屬受到較高熱輸入發(fā)生塑化的同時產(chǎn)生劇烈的塑性變形，形成細小均勻的等軸再結(jié)晶晶粒，可以顯著改善傳統(tǒng)增材制造時結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能各向異性明顯的缺點，有利于結(jié)構(gòu)件整體力學(xué)性能的提尚;
[0023]3、攪拌摩擦增材制造與傳統(tǒng)增材制造方法相比熱輸入大幅降低，材料受熱或冷卻過程中發(fā)生膨脹或收縮的程度不大，不均勻變形程度很小，使得殘余應(yīng)力極小，對工件疲勞強度、應(yīng)力腐蝕等力學(xué)性能的不利影響幾乎可以忽略不計，易于獲得質(zhì)量穩(wěn)定、具有優(yōu)良性能的結(jié)構(gòu)材料；
[0024]4、攪拌摩擦增材制造過程中由于材料始終處于固態(tài)，不易發(fā)生氧化，因此不需要惰性氣體環(huán)境或真空環(huán)境，無需相關(guān)輔助設(shè)備，制造成本降低；
[0025]5、攪拌摩擦增材制造過程中不會產(chǎn)生光輻射、煙塵和噪音污染等，是一種綠色的增材制造方法，對人體和環(huán)境無任何危害；
[0026]6、攪拌摩擦增材制造過程僅需部分電能帶動攪拌摩擦設(shè)備主軸旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動棒材旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生熱量自發(fā)塑化形成增材金屬，無其他能源消耗，總體能源消耗較低。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明中攪拌摩擦增材制造過程的示意圖，其中1為增材制造的圓柱形棒材，1-1為棒材夾持段，1-2為棒材摩擦段，2為增材制造的模具，3為已增材的金屬，4為增材制造的基板。
【具體實施方式】
[0028]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式一種攪拌摩擦焊增材制造棒材的方法，它包括以下步驟:
[0029]步驟一、圓柱形母材的制備:
[0030]先確定增材制造的材料類型，并采用機械加工的方式加工成圓柱形棒材1，其直徑為10-50mm，長度為50_200mm ;然后在棒材1上端的外側(cè)面加工一個深2_5mm的平臺1_1，平臺1-1長度為10-20mm，以便于棒材1通過螺栓與攪拌摩擦焊設(shè)備機械連接在一起；用砂紙將棒材1表面打磨干凈，再在丙酮中進行超聲清洗，最后風(fēng)干備用；
[0031]步驟二、增材制造模具的制備:
[0032]選擇熔點高于增材材料的管材制作增材制造的模具2，并清除其內(nèi)外表面的油污和氧化膜；管材壁厚為2-10mm，內(nèi)徑比圓柱形棒材1直徑大2_10mm ；
[0033]步驟二、增材制造基板的制備:
[0034]選擇熔點高于增材材料的板材制作增材制造的基板4，基板4的厚度大于5_、基板4的長度和基板4的寬度均需大于增材制造模具2的外徑；基板4表面用砂紙打磨干凈，并在丙酮中進行超聲清洗，最后風(fēng)干備用；
[0035]步驟四、模具與基板的焊接:
[0036]采用氬弧焊方法將增材制造模具2和基板4焊接在一起，使得模具2能夠承受攪拌摩