本發(fā)明涉及材料加工及制造，尤其是涉及一種用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具及修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、帶筋壁板等薄壁構(gòu)件廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，這是由于薄壁結(jié)構(gòu)常用于加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)，可以顯著增加部件的性能并減少部件重量。但是，金屬材料在加工及服役過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些表面缺陷，如表面凹槽、裂紋及表面腐蝕等，然而在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)構(gòu)件對(duì)整體性能要求非常嚴(yán)格，包括構(gòu)件的表面完整性、尺寸精度等，缺陷的存在會(huì)影響結(jié)構(gòu)件質(zhì)量及可靠性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致部件失效。

2、目前針對(duì)缺陷的修復(fù)方法主要有傳統(tǒng)熔焊、電化學(xué)修復(fù)、電火花合金化、激光多層涂敷等熔化類(lèi)的修復(fù)方法。上述修復(fù)方法在具體實(shí)施時(shí)均需要將修復(fù)材料加熱熔化，傳統(tǒng)熔焊加熱過(guò)程中由于局部熱輸入過(guò)高而容易造成晶粒粗大，產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷；而電化學(xué)修復(fù)時(shí)，在裂紋中部修復(fù)界面處易出現(xiàn)孔洞。

3、此外，也有學(xué)者嘗試將攪拌摩擦焊、攪拌摩擦沉積等固相成形技術(shù)用于構(gòu)件缺陷的修復(fù)。但是這些方法在帶筋壁板等薄壁結(jié)構(gòu)件修復(fù)時(shí)，存在以下三個(gè)方面的局限：

4、(1)攪拌摩擦焊、攪拌摩擦沉積等方法工具頭下壓的軸向力較大，針對(duì)薄壁構(gòu)件修復(fù)會(huì)造成很大變形，嚴(yán)重影響修復(fù)的尺寸精度和部件的質(zhì)量；

5、(2)薄壁構(gòu)件的厚度一般僅為幾毫米左右，遠(yuǎn)小于攪拌摩擦焊、攪拌摩擦沉積等方法中軸肩的尺寸，材料流動(dòng)未被約束，導(dǎo)致無(wú)法有效修復(fù)；

6、(3)攪拌摩擦焊、攪拌摩擦沉積等方法容易向兩側(cè)溢出形成飛邊，嚴(yán)重影響薄壁結(jié)構(gòu)件的尺寸精度；

7、(4)基于攪拌摩擦焊修復(fù)方式的攪拌針長(zhǎng)度有限，無(wú)法對(duì)較深的薄壁缺陷進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)缺陷的尺寸受到限制。

8、鑒于上述原因，本發(fā)明提出一種用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具及修復(fù)方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具及修復(fù)方法，該修復(fù)工具及修復(fù)方法在固相修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的軸向力較小，可以減少加工時(shí)的變形，且在修復(fù)過(guò)程中同步去除飛邊缺陷，提升修復(fù)精度并減少后續(xù)精加工步驟。

2、一方面，本發(fā)明提供一種用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具，包括：圓盤(pán)基體，所述圓盤(pán)基體上開(kāi)設(shè)有中心安裝孔，所述中心安裝孔的外側(cè)設(shè)置有能夠與轉(zhuǎn)軸配合安裝的傳動(dòng)鍵槽，所述圓盤(pán)基體的外周中部設(shè)有一圈修復(fù)區(qū)域，所述修復(fù)區(qū)域表面設(shè)置有間隔布置的凹槽，所述修復(fù)區(qū)域用于對(duì)薄壁構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)壓及配合修復(fù)材料進(jìn)行多層修復(fù)；

3、所述修復(fù)區(qū)域的兩側(cè)設(shè)置有由其凸出精整區(qū)域，所述精整區(qū)域的外周分別設(shè)置有依次均勻布置的相分離的正轉(zhuǎn)精整刀片和反轉(zhuǎn)精整刀片，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片用于對(duì)修復(fù)后的薄壁構(gòu)件進(jìn)行精整，通過(guò)正反轉(zhuǎn)去除修復(fù)后產(chǎn)生的飛邊和多余溢出的材料。

4、優(yōu)選地，所述修復(fù)區(qū)域的兩側(cè)分別通過(guò)軸肩與所述精整區(qū)域隔開(kāi)。

5、優(yōu)選地，所述凹槽呈波浪形或圓弧形。

6、優(yōu)選地，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片由所述精整區(qū)域凸出，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片的前刀面及刀刃沿所述精整區(qū)域的外周相對(duì)設(shè)置，二者的端刃朝向所述修復(fù)區(qū)域設(shè)置。

7、優(yōu)選地，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片的前刀面及后刀面均與端刃相對(duì)傾斜設(shè)置。

8、另一方面，本發(fā)明提供了基于上述修復(fù)工具的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)方法，其特征在于，包括以下步驟：

9、s1：切除薄壁構(gòu)件的缺陷區(qū)域，切割線(xiàn)路為在包含全部缺陷和變形區(qū)域的范圍內(nèi)取空間直線(xiàn)，在其表面形成梯形槽，并預(yù)留刀具下刀及抬刀區(qū)域；

10、s2：將銑削后的薄壁構(gòu)件與修復(fù)材料使用平口虎鉗進(jìn)行裝夾固定，保證修復(fù)工具的修復(fù)區(qū)域與薄壁構(gòu)件切除缺陷后的槽面完全貼合；

11、s3：首先進(jìn)行預(yù)壓處理，旋轉(zhuǎn)修復(fù)工具使其下降至梯形槽槽口以下，隨著修復(fù)工具前進(jìn)，修復(fù)區(qū)域表面的凹槽和薄壁構(gòu)件表面摩擦發(fā)熱并使其表面發(fā)生劇烈的塑性變形，從而卷起特定的形貌；

12、s4：在預(yù)壓結(jié)束后，進(jìn)行首層修復(fù)時(shí)，修復(fù)工具下降至待修復(fù)的薄壁構(gòu)件表面以下，在此同時(shí)塞入修復(fù)材料，隨著修復(fù)工具的行進(jìn)，修復(fù)材料和待修復(fù)的薄壁構(gòu)件表面材料結(jié)合，多余的材料向兩側(cè)發(fā)生溢出，在正轉(zhuǎn)精整刀片和反轉(zhuǎn)精整刀片的旋轉(zhuǎn)作用下被清除，第二層修復(fù)時(shí)，修復(fù)工具抬起一定高度，反轉(zhuǎn)從首層結(jié)束位置開(kāi)始進(jìn)行反向行進(jìn)，此過(guò)程中同樣塞入修復(fù)材料，使其與薄壁構(gòu)件表面材料結(jié)合；

13、s5：如上述步驟s4進(jìn)行多次往返式交替修復(fù)，直至修復(fù)后的區(qū)域高度高于薄壁構(gòu)件表面其他區(qū)域；

14、s6：微量加工去除修復(fù)后的表面材料余量，對(duì)其進(jìn)行精加工，得到高精度、高質(zhì)量滿(mǎn)足需求的薄壁構(gòu)件。

15、優(yōu)選地，所述步驟s3中旋轉(zhuǎn)修復(fù)工具使其下降至梯形槽的槽口以下0.8mm處。

16、優(yōu)選地，所述步驟s4中在每次修復(fù)工具抬起時(shí)，需要向一側(cè)移動(dòng)一定距離以適應(yīng)梯形槽的形狀輪廓，梯形槽修復(fù)后形成堆疊的臺(tái)階修復(fù)區(qū)。

17、優(yōu)選地，所述步驟s6中采用車(chē)、鉗、銑、刨和磨中的任意一種或多種加工方式進(jìn)一步微量去除修復(fù)后的表面材料余量。

18、優(yōu)選地，還包括步驟s7：采用金相顯微鏡觀察修復(fù)后的薄壁構(gòu)件表面，確保其表面沒(méi)有裂紋、氣孔缺陷，修復(fù)區(qū)微觀組織良好，晶粒細(xì)小。

19、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：

20、1.通過(guò)修復(fù)區(qū)域的凹槽對(duì)薄壁構(gòu)件切除缺陷后的梯形槽進(jìn)行摩擦發(fā)熱，使其發(fā)生塑性變形，卷起特定形貌，然后，利用修復(fù)工具的修復(fù)區(qū)域?qū)π迯?fù)材料和梯形槽進(jìn)行壓合及多次交替運(yùn)行修復(fù)，固相修復(fù)的軸向力較小，可以減少加工時(shí)的變形，提升修復(fù)后的形狀精度；

21、2.通過(guò)正轉(zhuǎn)精整刀片和反轉(zhuǎn)精整刀片可以在修復(fù)過(guò)程中同步去除修復(fù)后產(chǎn)生的飛邊和多余溢出的材料，提升修復(fù)精度并減少后續(xù)精加工步驟；

22、3.該方法修復(fù)深度可變，對(duì)深、長(zhǎng)缺陷也可以進(jìn)行修復(fù)，大大提升其應(yīng)用性。

技術(shù)特征：

1.一種用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具，其特征在于，包括：圓盤(pán)基體，所述圓盤(pán)基體上開(kāi)設(shè)有中心安裝孔，所述中心安裝孔的外側(cè)設(shè)置有能夠與轉(zhuǎn)軸配合安裝的傳動(dòng)鍵槽，所述圓盤(pán)基體的外周中部設(shè)有一圈修復(fù)區(qū)域，所述修復(fù)區(qū)域表面設(shè)置有間隔布置的凹槽，所述修復(fù)區(qū)域用于對(duì)薄壁構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)壓及配合修復(fù)材料進(jìn)行多層修復(fù)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具，其特征在于，所述修復(fù)區(qū)域的兩側(cè)分別通過(guò)軸肩與所述精整區(qū)域隔開(kāi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具，其特征在于，所述凹槽呈波浪形或圓弧形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具，其特征在于，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片由所述精整區(qū)域凸出，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片的前刀面及刀刃沿所述精整區(qū)域的外周相對(duì)設(shè)置，二者的端刃朝向所述修復(fù)區(qū)域設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具，其特征在于，所述正轉(zhuǎn)精整刀片和所述反轉(zhuǎn)精整刀片的前刀面及后刀面均與端刃相對(duì)傾斜設(shè)置。

6.一種基于權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述修復(fù)工具的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟s3中旋轉(zhuǎn)修復(fù)工具使其下降至梯形槽的槽口以下0.8mm處。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟s4中在每次修復(fù)工具抬起時(shí)，需要向一側(cè)移動(dòng)一定距離以適應(yīng)梯形槽的形狀輪廓，梯形槽修復(fù)后形成堆疊的臺(tái)階修復(fù)區(qū)。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟s6中采用車(chē)、鉗、銑、刨和磨中的任意一種或多種加工方式進(jìn)一步微量去除修復(fù)后的表面材料余量。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)方法，其特征在于，還包括步驟s7：采用金相顯微鏡觀察修復(fù)后的薄壁構(gòu)件表面，確保其表面沒(méi)有裂紋、氣孔缺陷，修復(fù)區(qū)微觀組織良好，晶粒細(xì)小。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于薄壁構(gòu)件缺陷固相修復(fù)工具及修復(fù)方法，涉及材料加工及制造技術(shù)領(lǐng)域。修復(fù)工具包括：圓盤(pán)基體，其開(kāi)設(shè)有中心安裝孔，能與轉(zhuǎn)軸通過(guò)傳動(dòng)鍵槽安裝，圓盤(pán)基體外周設(shè)有修復(fù)區(qū)域，修復(fù)區(qū)域表面設(shè)置有間隔布置凹槽，修復(fù)區(qū)域用于對(duì)薄壁構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)壓及配合修復(fù)材料進(jìn)行修復(fù)；修復(fù)區(qū)域兩側(cè)設(shè)有精整區(qū)域，精整區(qū)域外周設(shè)置有依次均勻布置的正轉(zhuǎn)精整刀片和反轉(zhuǎn)精整刀片。修復(fù)方法包括：對(duì)薄壁構(gòu)件缺陷進(jìn)行銑削，將其與修復(fù)材料裝夾，經(jīng)往返式摩擦輥壓固相修復(fù)，對(duì)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行精整，最后精加工微量去除材料余量，得到高質(zhì)量薄壁構(gòu)件。本發(fā)明修復(fù)成本低，材料浪費(fèi)少，由修復(fù)工具同時(shí)修復(fù)和精整操作，提高薄壁構(gòu)件的性能和服役壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：謝瑞山,劉海濱,李季杭,陳樹(shù)君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17