一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置

一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置

【申請公布號：CN116944661A；申請權(quán)利人：上海理工大學(xué); 上海航天設(shè)備制造總廠有限公司;發(fā)明設(shè)計人：    郭維誠; 戴
園城; 吳重軍; 趙凱; 郭淼現(xiàn);】

摘要：
本發(fā)明提供了一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，包括：攪拌機構(gòu)，包括箱體、上蓋板、下蓋板、法蘭盤和
攪拌軸；攪拌驅(qū)動機構(gòu)，包括與攪拌軸連接的主軸同步帶輪、同步帶、電機同步帶輪和伺服電機；液壓機構(gòu)，包括頂板和
液壓缸；超聲波機構(gòu)，包括設(shè)置在箱體外側(cè)的超聲波發(fā)生器、與超聲波發(fā)生器連接的超聲波換能器以及與超聲波換能器連
接的變幅桿；輸料機構(gòu)，包括設(shè)置在下蓋板下方的輸料漏斗、與輸料漏斗的連接的密封蓋、與密封蓋連接的波紋管以及與
波紋管連接的儲料箱。本發(fā)明通過將攪拌摩擦增材裝置和超聲設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，能夠有效促進(jìn)材料的流動和變形，提高制造
精度和質(zhì)量，能夠在更低的能量消耗下實現(xiàn)高效制造同時具有很高的靈活性。

主權(quán)項：
1.一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于，包括：攪拌機構(gòu)，包括箱體、設(shè)置在所述箱體頂端的上
蓋板、設(shè)置在所述箱體底端的下蓋板、設(shè)置在所述下蓋板上的法蘭盤以及設(shè)置在所述箱體內(nèi)并穿設(shè)于所述下蓋板的攪拌軸
；攪拌驅(qū)動機構(gòu)，包括與所述攪拌軸平鍵連接的主軸同步帶輪、通過同步帶與所述主軸同步帶輪連接的電機同步帶輪以及
輸出軸與所述電機同步帶輪連接的伺服電機；液壓機構(gòu)，包括設(shè)置在所述上蓋板上方的頂板以及固定在所述頂板上的液壓
缸；超聲波機構(gòu)，包括設(shè)置在箱體外側(cè)的超聲波發(fā)生器、與所述超聲波發(fā)生器通過電纜連接線連接的超聲波換能器以及與
所述超聲波換能器連接的變幅桿；輸料機構(gòu)，包括設(shè)置在所述下蓋板下方的輸料漏斗、與所述輸料漏斗的頂端連接的密封
蓋、與所述密封蓋連接的波紋管以及與所述波紋管連接的用于儲存粉末的儲料箱，其中，所述箱體內(nèi)還設(shè)有用于對所述攪
拌軸定位的第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，所述第一深溝球軸承設(shè)置在所述上蓋板下方，所述第二深溝球軸承設(shè)置在
所述下蓋板上方，且所述第二深溝球軸承的外壁與所述法蘭盤貼合，所述變幅桿頂端還設(shè)有與所述第二深溝球軸承接觸的
滾珠，所述超聲波換能器的數(shù)量為兩個，兩個所述超聲波換能器在水平平面內(nèi)相互垂直設(shè)置，在X和Y兩個方向進(jìn)行超聲振
動輔助，所述液壓缸的活塞桿與所述上蓋板固定連接，所述活塞桿向下運動時，帶動所述箱體向下運動，使所述攪拌軸同
步向下進(jìn)給。

要求：
1.一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于，包括：

攪拌機構(gòu)，包括箱體、設(shè)置在所述箱體頂端的上蓋板、設(shè)置在所述箱體底端的下蓋板、設(shè)置在所述下蓋板上的法蘭盤以及
設(shè)置在所述箱體內(nèi)并穿設(shè)于所述下蓋板的攪拌軸；

攪拌驅(qū)動機構(gòu)，包括與所述攪拌軸平鍵連接的主軸同步帶輪、通過同步帶與所述主軸同步帶輪連接的電機同步帶輪以及輸
出軸與所述電機同步帶輪連接的伺服電機；

液壓機構(gòu)，包括設(shè)置在所述上蓋板上方的頂板以及固定在所述頂板上的液壓缸；

超聲波機構(gòu)，包括設(shè)置在箱體外側(cè)的超聲波發(fā)生器、與所述超聲波發(fā)生器通過電纜連接線連接的超聲波換能器以及與所述
超聲波換能器連接的變幅桿；

輸料機構(gòu)，包括設(shè)置在所述下蓋板下方的輸料漏斗、與所述輸料漏斗的頂端連接的密封蓋、與所述密封蓋連接的波紋管以
及與所述波紋管連接的用于儲存粉末的儲料箱，

其中，所述箱體內(nèi)還設(shè)有用于對所述攪拌軸定位的第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，所述第一深溝球軸承設(shè)置在所述上
蓋板下方，所述第二深溝球軸承設(shè)置在所述下蓋板上方，且所述第二深溝球軸承的外壁與所述法蘭盤貼合，

所述變幅桿頂端還設(shè)有與所述第二深溝球軸承接觸的滾珠，

所述超聲波換能器的數(shù)量為兩個，兩個所述超聲波換能器在水平平面內(nèi)相互垂直設(shè)置，在X和Y兩個方向進(jìn)行超聲振動輔助
，

所述液壓缸的活塞桿與所述上蓋板固定連接，所述活塞桿向下運動時，帶動所述箱體向下運動，使所述攪拌軸同步向下進(jìn)
給。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述攪拌軸的下端設(shè)有用于輸送粉末的長螺距螺紋，所述攪拌軸的底端設(shè)有用于擠壓摩擦粉末的短螺距螺紋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述箱體內(nèi)還設(shè)有用于承擔(dān)軸向壓力的第一推力球軸承和第二推力球軸承，所述第一推力球軸承緊壓所述攪拌軸的
上軸肩設(shè)置，所述第二推力球軸承緊壓所述攪拌軸的下軸肩設(shè)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述變幅桿還套設(shè)有軟木塞，所述箱體和所述法蘭盤中還聯(lián)合設(shè)有凹槽來放置所述軟木塞，所述軟木塞的內(nèi)側(cè)與所
述變幅桿貼合，所述軟木塞的外側(cè)與所述箱體和所述法蘭盤貼合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述頂板與所述密封蓋之間還通過多個豎直設(shè)置的立柱進(jìn)行連接，所述箱體外側(cè)還固定連接有固定座，多個所述立
柱均穿設(shè)于所述固定座中，

所述立柱與所述固定座的連接處設(shè)有直筒型直線軸承以及用于固定所述直筒型直線軸承的第一擋圈。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述超聲波發(fā)生器和所述伺服電機均安裝在所述固定座上，跟隨所述箱體同步進(jìn)行運動。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述箱體外側(cè)還設(shè)有兩個安裝座，所述超聲波換能器對應(yīng)安裝在所述安裝座中。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述主軸同步帶輪的一面與所述攪拌軸的軸肩貼合設(shè)置，另一面還貼合設(shè)置有第二擋圈來進(jìn)行定位。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述輸料漏斗的下端固定設(shè)有輸料管，所述輸料管設(shè)置在所述攪拌軸的下端外側(cè)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，其特征在于：

其中，所述輸料漏斗與所述密封蓋的連接處還設(shè)有密封圈。

說明書：
?一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置
技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于攪拌摩擦焊/增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)今，隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)制造的機械零件、航空航天部件、醫(yī)療器械、汽車零部件等也更加的多元化。傳統(tǒng)制
造方法存在一些限制，如難以生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物體、生產(chǎn)成本較高、生產(chǎn)速度較慢等等。為了解決這些問題，攪
拌摩擦增材制造技術(shù)應(yīng)運而生。攪拌摩擦增材制造技術(shù)是由攪拌摩擦焊發(fā)展的，現(xiàn)有的攪拌摩擦增材制造技術(shù)面對高質(zhì)量
、高效率的產(chǎn)品需求顯現(xiàn)出消耗高、有熱裂紋等問題，為了提高制造的精度，得到更好的金相組織，降低能量的消耗，采
用超聲振動輔助的攪拌摩擦技術(shù)是目前較為可行的方法。

超聲振動輔助攪拌摩擦增材制造技術(shù)是一種利用超聲振動的能量輔助攪拌頭擠壓摩擦材料進(jìn)行層疊的增材技術(shù)，其原理是
超聲振動器會產(chǎn)生高頻的振動，并將振動能量傳遞給攪拌中的加熱材料，從而激發(fā)材料的流動和變形。

目前基于攪拌摩擦的增材制造已成為國內(nèi)外先進(jìn)成形制造領(lǐng)域研究的熱點之一。常見的攪拌摩擦增材制造技術(shù)包括一下三
類：以板材為材料，基于攪拌摩擦焊原理，使其逐層堆積進(jìn)行增材制造的技術(shù)(friction stir additive
manufacturing,FSAM)；以粉末或絲材為材料，通過中空的攪拌頭旋轉(zhuǎn)擠壓進(jìn)行增材制造的技術(shù)(additive friction stir
deposition,AFSD)；以消耗性棒材為材料，通過棒材摩擦表面形成增材層的摩擦表面沉積增材制造技術(shù)(friction
surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)。

以板材為材料的FSAM能夠避免熔融增材時的氣孔、裂紋和合金元素?zé)龘p等問題，但也存在增材層間弱連接、材料利用率低
、減材加工量大、效率低的問題。FSD-AM技術(shù)對消耗棒有著很高的要求，消耗棒過大或者過小都會影響成型的效率，并且
對機床設(shè)備的要求也較高。以粉末為材料的AFSD其沉積增材層均勻，層間無明顯的界面缺陷，增材效率高，同時也對設(shè)備
有較高的要求。

超聲能量作為一種機械能，具有改善材料塑性變形的能力，利用超聲的聲致塑性效應(yīng)在攪拌摩擦增材過程中能夠改善增材
區(qū)力學(xué)性能、提升增材效率和質(zhì)量，是一種非常具有應(yīng)用前景的攪拌摩擦增材改進(jìn)工藝技術(shù)。然而，現(xiàn)有的超聲振動輔助
攪拌摩擦增材技術(shù)研究較少，大部分裝置只能實現(xiàn)單方向的超聲輔助，同時超聲輔助裝置固定于增材裝備中的某一位置，
難以隨著攪拌工具一起移動，在加工過程中有一定的局限性。

綜上，目前已知技術(shù)的主要缺點有以下方面：1、現(xiàn)有的超聲振動輸出方向單一，對促進(jìn)材料流動的能力有限。2、現(xiàn)有的
超聲輔助裝置固定于攪拌增材設(shè)備，其工作范圍受到限制。3、現(xiàn)有的超聲能量無法有效地傳遞給攪拌增材工具。4、現(xiàn)有
的裝置為達(dá)到加工要求對加工設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置。

本發(fā)明提供了一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，具有這樣的特征，包括：攪拌機構(gòu)，包括箱體、設(shè)置在箱
體頂端的上蓋板、設(shè)置在箱體底端的下蓋板、設(shè)置在下蓋板上的法蘭盤以及設(shè)置在箱體內(nèi)并穿設(shè)于下蓋板的攪拌軸；攪拌
驅(qū)動機構(gòu)，包括與攪拌軸平鍵連接的主軸同步帶輪、通過同步帶與主軸同步帶輪連接的電機同步帶輪以及輸出軸與電機同
步帶輪連接的伺服電機；液壓機構(gòu)，包括設(shè)置在上蓋板上方的頂板以及固定在頂板上的液壓缸；超聲波機構(gòu)，包括設(shè)置在
箱體外側(cè)的超聲波發(fā)生器、與超聲波發(fā)生器通過電纜連接線連接的超聲波換能器以及與超聲波換能器連接的變幅桿；輸料
機構(gòu)，包括設(shè)置在下蓋板下方的輸料漏斗、與輸料漏斗的頂端連接的密封蓋、與密封蓋連接的波紋管以及與波紋管連接的
用于儲存粉末的儲料箱，其中，箱體內(nèi)還設(shè)有用于對攪拌軸定位的第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，第一深溝球軸承設(shè)
置在上蓋板下方，第二深溝球軸承設(shè)置在下蓋板上方，且第二深溝球軸承的外壁與法蘭盤貼合，變幅桿頂端還設(shè)有與第二
深溝球軸承接觸的滾珠，超聲波換能器的數(shù)量為兩個，兩個超聲波換能器在水平平面內(nèi)相互垂直設(shè)置，在X和Y兩個方向進(jìn)
行超聲振動輔助，液壓缸的活塞桿與上蓋板固定連接，活塞桿向下運動時，帶動箱體向下運動，使攪拌軸同步向下進(jìn)給。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，攪拌軸的下端設(shè)有用于輸
送粉末的長螺距螺紋，攪拌軸的底端設(shè)有用于擠壓摩擦粉末的短螺距螺紋。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，箱體內(nèi)還設(shè)有用于承擔(dān)軸
向壓力的第一推力球軸承和第二推力球軸承，第一推力球軸承緊壓攪拌軸的上軸肩設(shè)置，第二推力球軸承緊壓攪拌軸的下
軸肩設(shè)置。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，變幅桿還套設(shè)有軟木塞，
箱體和法蘭盤中還聯(lián)合設(shè)有凹槽來放置軟木塞，軟木塞的內(nèi)側(cè)與變幅桿貼合，軟木塞的外側(cè)與箱體和法蘭盤貼合。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，頂板與密封蓋之間還通過
多個豎直設(shè)置的立柱進(jìn)行連接，箱體外側(cè)還固定連接有固定座，多個立柱均穿設(shè)于固定座中，立柱與固定座的連接處設(shè)有
直筒型直線軸承以及用于固定直筒型直線軸承的第一擋圈。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，超聲波發(fā)生器和伺服電機
均安裝在固定座上，跟隨箱體同步進(jìn)行運動。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，箱體外側(cè)還設(shè)有兩個安裝
座，超聲波換能器對應(yīng)安裝在安裝座中。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，主軸同步帶輪的一面與攪
拌軸的軸肩貼合設(shè)置，另一面還貼合設(shè)置有第二擋圈來進(jìn)行定位。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，輸料漏斗的下端固定設(shè)有
輸料管，輸料管設(shè)置在攪拌軸的下端外側(cè)。

在本發(fā)明提供的基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，輸料漏斗與密封蓋的連接
處還設(shè)有密封圈。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，將超聲波機構(gòu)與攪拌機構(gòu)一體化設(shè)置，在工作過程
中，能夠使超聲振動自動跟隨攪拌頭行進(jìn)方向，適用于任意曲線和曲面零件的攪拌摩擦增材；并且，超聲波換能器通過變
幅桿、滾珠與第二深溝球軸承接觸，通過深溝球軸承具有良好的徑向承載能力和剛度、并且具有較好高頻響應(yīng)能力的特點
，能夠有效將超聲振動輔助振動裝置的高頻超聲振動傳遞給攪拌工具；同時，通過設(shè)置兩個超聲波換能器，在X和Y兩個方
向進(jìn)行超聲振動輔助，能夠促使材料更加均勻的塑性流動和變形，減少材料局部的融化和凝固，提高增材質(zhì)量。

因此，本發(fā)明的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置將攪拌摩擦增材設(shè)備與超聲設(shè)備結(jié)合且一體設(shè)置，能夠有
效促進(jìn)材料的流動和變形，提高制造精度和質(zhì)量，可以在更低的能量消耗下實現(xiàn)高效制造，并且使得整個裝置具有很高的
靈活性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例中的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例中的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例中的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置的局部剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例中的攪拌軸的底端結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記如下：箱體11、安裝座111、固定座112、上蓋板12、下蓋板13、法蘭盤14、攪拌軸15、第一推力球軸承16、第二
推力球軸承17、第一深溝球軸承18、第二深溝球軸承19、主軸同步帶輪21、第二擋圈211、同步帶22、電機同步帶輪23、
伺服電機24、頂板31、液壓缸32、超聲波發(fā)生器41、超聲波換能器42、變幅桿43、軟木塞44、滾珠431、輸料漏斗51、輸
料管511、密封蓋52、波紋管53、儲料箱54、長螺距螺紋151、短螺距螺紋152、立柱60、直筒型直線軸承61、第一擋圈62
。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種基于超聲
振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置作具體闡述。

<實施例>

圖1是本發(fā)明的實施例中的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的實施例中的
一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的實施例中的一種基于超聲振動輔助的
攪拌摩擦增材制造裝置的局部剖面示意圖。

如圖1-圖3所示，本實施例的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置100，包括攪拌機構(gòu)、攪拌驅(qū)動機構(gòu)、液壓機
構(gòu)、超聲波機構(gòu)以及輸料機構(gòu)。

攪拌機構(gòu)包括箱體11、設(shè)置在箱體11頂端的上蓋板12、設(shè)置在箱體11底端的下蓋板13、設(shè)置在下蓋板13上的法蘭盤14以及
設(shè)置在箱體11內(nèi)并穿設(shè)于下蓋板的攪拌軸15。

箱體11內(nèi)還設(shè)有用于承擔(dān)軸向壓力的第一推力球軸承16和第二推力球軸承17，第一推力球軸承16緊壓攪拌軸15的上軸肩設(shè)
置，第二推力球軸承17緊壓攪拌軸15的下軸肩設(shè)置，通過第一推力球軸承16和第二推力球軸承17在加工過程中承擔(dān)軸向壓
力。

箱體11內(nèi)還設(shè)有用于對攪拌軸15定位的第一深溝球軸承18和第二深溝球軸承19，第一深溝球軸承18設(shè)置在上蓋板12下方，
第二深溝球軸承19設(shè)置在下蓋板13上方，且第二深溝球軸承19的外壁與法蘭盤14貼合。

攪拌驅(qū)動機構(gòu)包括與攪拌軸15平鍵連接的主軸同步帶輪21、通過同步帶22與主軸同步帶輪21連接的電機同步帶輪23以及輸
出軸與電機同步帶輪22連接的伺服電機24。

本實施例中，平鍵通過定位銷固定，電機同步帶輪23通過定位銷固定在電機轉(zhuǎn)軸上。

本實施例中，可通過控制伺服電機24的輸入信號來準(zhǔn)確控制攪拌軸15的轉(zhuǎn)速。

主軸同步帶輪21的一面與攪拌軸15的軸肩貼合設(shè)置，另一面還貼合設(shè)置有第二擋圈211來進(jìn)行定位。

液壓機構(gòu)包括設(shè)置在上蓋板12上方的頂板31以及固定在頂板31上的液壓缸32。

液壓缸32的活塞桿與上蓋板12固定連接，活塞桿向下運動時，帶動箱體11向下運動，使攪拌軸15同步向下進(jìn)給。

本實施例中，液壓缸32通過螺栓固定在頂板31上，液壓缸32的活塞桿與上蓋板12通過螺紋固定。

超聲波機構(gòu)包括設(shè)置在箱體11外側(cè)的超聲波發(fā)生器41、與超聲波發(fā)生器41通過電纜連接線連接的超聲波換能器42以及與超
聲波換能器42連接的變幅桿43。

箱體11外側(cè)還設(shè)有兩個安裝座111，超聲波換能器42的數(shù)量為兩個，超聲波換能器42對應(yīng)安裝在安裝座111中，兩個超聲波
換能器111在水平平面內(nèi)相互垂直設(shè)置，在X和Y兩個方向進(jìn)行超聲振動輔助。

變幅桿43還套設(shè)有軟木塞44，箱體15和法蘭盤14中還聯(lián)合設(shè)有凹槽來放置軟木塞44，軟木塞44的內(nèi)側(cè)與變幅桿43貼合，軟
木塞44的外側(cè)與箱體15和法蘭盤14貼合，通過軟木塞44固定變幅桿43的位置，同時能夠減小振動傳遞給其他構(gòu)件。

變幅桿43頂端還設(shè)有與第二深溝球軸承19接觸的滾珠431。

本實施例中，超聲波換能器42將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動，通過變幅桿43放大振幅，超聲波通過滾珠431傳遞給第二深溝球
軸承19，再由第二深溝球軸承19傳遞給攪拌軸15。在加工時，能同時在X和Y兩個方向進(jìn)行超聲振動輔助，能夠有效的促進(jìn)
材料的流動和變形，減小能量消耗，從而得到性能優(yōu)異的材料。同時，安裝有超聲波發(fā)生器41的固定座112以及安裝有超
聲波換能器42的安裝座111與箱體11一體設(shè)置，可以使整個裝置更加靈活，擴(kuò)大了裝置的工作范圍。

輸料機構(gòu)包括設(shè)置在下蓋板13下方的輸料漏斗51、與輸料漏斗51的頂端通過螺栓螺母緊密連接的密封蓋52、與密封蓋52連
接的波紋管53以及與波紋管53連接的用于儲存粉末的儲料箱54。

輸料漏斗51與密封蓋52的連接處還設(shè)有密封圈，防止粉末從間隙中漏出。

輸料漏斗51的下端固定設(shè)有輸料管511，輸料管511設(shè)置在攪拌軸15的下端外側(cè)。

圖4是本發(fā)明的實施例中的攪拌軸的底端結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4所示，攪拌軸15的下端設(shè)有用于輸送粉末的長螺距螺紋151，攪拌軸15的底端設(shè)有用于擠壓摩擦粉末的短螺距螺紋
152。

頂板31與密封蓋52之間還通過多個豎直設(shè)置的立柱60進(jìn)行連接，箱體11外側(cè)還通過螺栓螺母固定連接有固定座112，多個
立柱60均穿設(shè)于固定座112中。

立柱60與固定座112的連接處設(shè)有直筒型直線軸承61以及用于固定直筒型直線軸承61的第一擋圈62。

本實施例中，通過等間距設(shè)置的四個立柱60以及的四個直筒型直線軸承61，箱體11在上下移動時通過直筒型直線軸承61沿
著立柱軸向移動，具有良好的導(dǎo)向作用。

超聲波發(fā)生器41和伺服電機24均安裝在固定座112上，跟隨箱體11同步進(jìn)行運動。

本實施例的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置100的工作過程如下：

伺服電機24驅(qū)動電機同步帶輪22旋轉(zhuǎn)，并通過同步帶22帶動主軸同步帶輪21以及與攪拌軸15旋轉(zhuǎn)，將增材粉末裝入儲料箱
54內(nèi)，粉末通過自身重力和攪拌軸15旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的負(fù)壓經(jīng)過波紋管53進(jìn)入輸料漏斗51的輸粉管511內(nèi)，并進(jìn)入攪拌軸15的
長螺距螺紋151，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，粉末沿著長螺距螺紋151的軌跡被向下輸送，隨著螺距變小，粉末不斷被擠壓摩擦升溫進(jìn)
入塑性狀態(tài)，最后流出輸粉管511參與增材，并通過控制液壓缸32的活塞桿向下運動，帶動箱體11向下運動，使攪拌軸15
同步向下進(jìn)給進(jìn)行增材；

同時，在增材過程中，超聲波發(fā)生器41將信號發(fā)送至超聲波換能器42，超聲波換能器42將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動，并通過
變幅桿43放大振幅，超聲波通過滾珠431傳遞給第二深溝球軸承19，再由第二深溝球軸承19傳遞給攪拌軸15，從而在加工
時同時實現(xiàn)X方向和Y方向兩個方向的超聲振動輔助，并且超聲波發(fā)生器41安裝在固定座112上，超聲波換能器42安裝在安
裝座111中，通過與箱體11一體化設(shè)置，在增材過程中，使超聲振動自動跟隨攪拌軸15行進(jìn)方向，具有很高的靈活性。

實施例的作用與效果

根據(jù)本實施例所涉及的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置，將超聲波機構(gòu)與攪拌機構(gòu)一體化設(shè)置，在工作過
程中，能夠使超聲振動自動跟隨攪拌頭行進(jìn)方向，適用于任意曲線和曲面零件的攪拌摩擦增材；并且，超聲波換能器通過
變幅桿、滾珠與第二深溝球軸承接觸，通過深溝球軸承具有良好的徑向承載能力和剛度、并且具有較好高頻響應(yīng)能力的特
點，能夠有效將超聲振動輔助振動裝置的高頻超聲振動傳遞給攪拌工具；同時，通過設(shè)置兩個超聲波換能器，在X和Y兩個
方向進(jìn)行超聲振動輔助，能夠促使材料更加均勻的塑性流動和變形，減少材料局部的融化和凝固，提高增材質(zhì)量。因此，
本實施例的一種基于超聲振動輔助的攪拌摩擦增材制造裝置將攪拌摩擦增材設(shè)備與超聲設(shè)備結(jié)合且一體設(shè)置，能夠有效促
進(jìn)材料的流動和變形，提高制造精度和質(zhì)量，可以在更低的能量消耗下實現(xiàn)高效制造，并且使得整個裝置具有很高的靈活
性。

進(jìn)一步地，通過設(shè)有液壓缸控制攪拌軸Z方向的行程，能夠在制造過程中提供穩(wěn)定和較大的下壓力。

進(jìn)一步地，攪拌工具內(nèi)部為變距螺紋，長螺距螺紋將粉料帶入螺旋軌道并向下輸送，短螺距螺紋對粉末擠壓摩擦，使其升
溫參與攪拌，增加材料的流動性。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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