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专利号: 2019109343635
申请人: 浙江海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,包括:

壳体(1);

加工机构(2),所述加工机构(2)固定连接于壳体(1)中,所述加工机构(2)包括数控加工中心(21)、控制面板(22)、加工腔(23)、基板(24)、第一电动滑杆(25)、第一电动滑套(26)、安装板(27)、连接板(28)、加工头(29)、换能器(29a)、变幅杆(29b)、绝缘套管(29c)、第一气缸(29d)、第一活塞杆(29e)、搅拌摩擦头(29f),所述数控加工中心(21)位于壳体(1)中,且所述控制面板(22)固定连接于壳体(1)的前侧侧壁上,所述加工腔(23)开设于壳体(1)中,且所述基板(24)滑动连接于加工腔(23)的下侧侧壁上,所述第一电动滑杆(25)横向固定连接于加工腔(23)的内壁上,且所述第一电动滑套(26)滑动连接于第一电动滑杆(25)上,所述安装板(27)固定连接于第一电动滑套(26)的下端,所述连接板(28)的一端转动连接于安装板(27)的下侧侧壁上,两个所述换能器(29a)均通过变幅杆(29b)固定连接于加工头(29)的两端,所述加工头(29)位于加工腔(23)中,两个所述绝缘套管(29c)分别套设于两个变幅杆(29b)上并与其滑动连接,且所述连接板(28)的另一端与两个绝缘套管(29c)固定连接,所述第一气缸(29d)转动连接于安装板(27)的下侧侧壁上,所述第一活塞杆(29e)的一端固定连接于第一气缸(29d)的输出端上,且所述第一活塞杆(29e)的另一端转动连接于连接板(28)的侧壁上,所述搅拌摩擦头(29f)连接于加工腔(23)中;

金属箔输送机构(3),所述金属箔输送机构(3)固定连接于加工腔(23)中;

驱动机构(4),所述驱动机构(4)固定连接于金属箔输送机构(3)上;

切割机构(5),所述切割机构(5)固定连接于金属箔输送机构(3)上;

移动转向机构(6),所述移动转向机构(6)开设于壳体(1)中;

挤压机构(7),所述挤压机构(7)固定连接于加工腔(23)的上侧侧壁上;

调节机构(8),所述调节机构(8)开设于加工腔(23)的内壁上。

2.根据权利要求1所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

金属箔输送机构(3)包括第二电动滑杆(31)、第二电动滑套(32)、连接杆(33)、箱体(34)、卷筒(35)、出料辊(36)、转杆(37)、第二气缸(38)、第二活塞杆(39)和盖板(39a),所述第二电动滑杆(31)横向固定连接于加工腔(23)的下侧侧壁上,且所述第二电动滑套(32)滑动连接于第二电动滑杆(31)上,所述连接杆(33)竖直固定连接于第二电动滑套(32)的上端,所述箱体(34)位于加工腔(23)中,且所述卷筒(35)转动连接于箱体(34)中并靠近其上端设置,两个所述出料辊(36)均通过转杆(37)转动连接于箱体(34)中并靠近箱体(34)的下端,所述第二气缸(38)固定连接于连接杆(33)的上端侧壁上,所述第二活塞杆(39)的一端固定连接于第二气缸(38)的输出端上,且所述第二活塞杆(39)的另一端固定连接于箱体(34)的侧壁上,所述盖板(39a)转动连接于箱体(34)的上端。

3.根据权利要求2所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

驱动机构(4)包括第一电机(41)、第一齿轮(42)和第二齿轮(43),所述第一电机(41)固定连接于箱体(34)的侧壁上,且其中一个所述转杆(37)的一端固定连接于第一电机(41)的输出端上,所述第一齿轮(42)和第二齿轮(43)分别固定套设于两个转杆(37)上并啮合设置,且所述第一齿轮(42)和第二齿轮(43)的齿数以及齿距相同。

4.根据权利要求2所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

切割机构(5)包括固定板(51)、激光切割器(52)和挡板(53),所述固定板(51)和挡板(53)对称固定连接于箱体(34)的下端,且所述激光切割器(52)固定连接于固定板(51)上。

5.根据权利要求1所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

移动转向机构(6)包括滑槽(61)、第三电动滑杆(62)、第三电动滑套(63)、第二电机(64)、转轴(65)和条形开口(66),所述滑槽(61)横向开设于壳体(1)中并位于加工腔(23)的下端,所述第三电动滑杆(62)横向固定连接于滑槽(61)中,所述第三电动滑套(63)滑动连接于第三电动滑杆(62)上,所述第二电机(64)固定连接于第三电动滑套(63)的上端,所述转轴(65)固定连接于第二电机(64)的输出端上,所述条形开口(66)开设于加工腔(23)的下侧内部上并与滑槽(61)连通设置,所述转轴(65)远离第二电机(64)的一端贯穿条形开口(66)并固定连接于基板(24)的下侧侧壁上。

6.根据权利要求1所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

挤压机构(7)包括第三气缸(71)、第三活塞杆(72)和挤压板(73),所述第三气缸(71)固定连接于加工腔(23)的上侧内壁上,所述第三活塞杆(72)的上端固定连接于第三气缸(71)的输出端上,且所述挤压板(73)横向位于加工腔(23)中并固定连接于第三活塞杆(72)的下端。

7.根据权利要求1所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

调节机构(8)包括安装槽(81)、第四电动滑杆(82)、第四电动滑套(83)、第五电动滑杆(84)、第五电动滑套(85)、第四气缸(86)和第四活塞杆(87),所述安装槽(81)开设于加工腔(23)的后侧内壁上,两个所述第四电动滑杆(82)竖直对称固定连接于安装槽(81)中,两个所述第四电动滑套(83)分别滑动连接于两个第四电动滑杆(82)上,所述第五电动滑杆(84)横向固定连接于两个第四电动滑套(83)上,所述第五电动滑套(85)滑动连接于第五电动滑杆(84)上,所述第四气缸(86)固定连接于第五滑套(85)上,所述第四活塞杆(87)的一端固定连接于第四气缸(86)的输出端上,且所述搅拌摩擦头(29f)固定连接于第四活塞杆(87)远离第四气缸(86)的一端上。

8.根据权利要求1所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置,其特征在于,所述

壳体(1)的下端固定连接有对称设置的两组锁止万向轮(9)。

9.根据权利要求1-8任一所述的超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置的使用方法,

其特征在于,其具体步骤如下:

a、将卷有金属箔的卷筒(35)放进箱体(34)中,通过驱动机构(4)带动两个出料辊(36)相向滚动,将卷筒(35)上的金属箔带出箱体(34)外一小段距离,完成金属箔放置的准备工作;

b、通过控制面板(22)控制金属箔输送机构(3),第二电动滑杆(31)带动第二电动滑套(32)上的连接杆(33)移动,使箱体(34)靠近基板(24),第二气缸(38)控制第二活塞杆(39)伸长,使箱体(34)靠近出料辊(36)的一端靠近基板(24)的右侧上方,驱动机构(4)带动出料辊(36)转动,对金属箔进行输送,在输送过程中,第二电动滑杆(31)带动与第二电动滑套(32)连接的箱体(34)匀速向左移动,在基板(24)上摆放一层金属箔后,通过切割机构(5)对靠近出料辊(36)下端的金属箔进行切割,使基板(24)上摆放一层金属箔,再重复这种操作,在原有的一层金属箔上再次摆放一层金属箔,控制面板(22)控制加工机构(2)对基板(24)上的两层金属箔进行超声波固结,第一电动滑杆(25)控制第一电动滑套(26)滑动,带动连接于安装板(27)下端的加工头(29)移动,加工头(29)的初始状态位于基板(24)的右侧上方,在对两侧金属箔进行加工时,第一气缸(29d)控制第一活塞杆(29e)伸长,使加工头(29)轻压在金属箔上方,换能器(29a)通过变幅杆(29b)提供给加工头(29)大功率超声波能量,使加工头(29)在金属箔上方滚动的过程中,利用金属层与层之间振动摩擦而产生的热量,促进界面间金属原子的相互扩散并形成固态冶金结合,在完成一次固化后,金属箔输送机构(3)再输送一次金属箔,再通过加工头(29)对上面两层的金属箔进行固化;

c、利用加工头(29)进行超声波固结n层金属箔后,n=搅拌摩擦头(29f)的插入深度/金属箔的厚度,移动转向机构(6)带动基板(24)移动,使其位移至搅拌摩擦头(29f)处,通过挤压机构(7)对金属箔层进行挤压固定,再通过调节机构(8)控制搅拌摩擦头(29f)靠近材料的表面,对超声固结完的截面部分进行搅拌,金属箔逐层“超声波固结-搅拌摩擦”叠加的增材制造成形得出大致形状;

d、再通过移动转向机构(6)控制基板(24)移至数控加工中心(21)中,最后利用加工刀具进行切削加工去除未焊接的箔片同时光滑表面,以得到最终零件。