一種實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統的制作方法

本發明屬于固相摩擦焊接技術領域，具體涉及一種實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統。

背景技術：

摩擦堆焊是一種特殊的材料表面堆焊與加工技術，它是采用摩擦焊的原理實材料堆焊過程的先進工藝方法。如圖1所示，摩擦堆焊主要原理描述如下：首先將需要堆焊的材料加工成一定尺寸圓棒狀耗材2，其次對圓棒耗材施加高速旋轉作用、并在高速旋轉的同時施加一定軸向頂鍛壓力；這樣在高速旋轉和軸向壓力的共同作用下，當圓棒耗材2與基材表面1接觸時必然會產生大量摩擦加熱作用，耗材摩擦界面附近材料發生明顯軟化并進入熱塑性狀態；由于基材體積大其熱傳導率明顯高于圓棒耗材2一側，因而摩擦熱源大部分集中在圓棒耗材2摩擦界面附近，使得耗材摩擦界面附近材料不斷進入熱塑性狀態并形成大量耗材飛邊3環繞在耗材端部；此時當圓棒耗材2沿基材表面橫向移動時，摩擦加熱形成的熱塑性材料就會連續不斷地過渡到基材表面而(由堆焊層4)形成連續堆焊焊縫。

由于在該過程中耗材完全處于軟化的熱塑性狀態不會產生熔化，因而與傳統熔化堆焊工藝比較，摩擦堆焊具有以下優勢：(1)摩擦堆焊過程不會產生熔化和凝固過程，從而有效避免了與材料凝固有關的各種冶金缺陷如微裂紋、氣孔及夾雜等熔焊缺陷的產生，所獲得的堆焊層為壓應力狀態的鍛造組織；(2)在高速旋轉摩擦熱源與頂鍛壓力的共同作用下，摩擦堆焊層組織結構致密、晶粒細小并具有良好力學性能；(3)可以實現熔焊工藝很難堆焊的各種異種金屬的堆焊過程、制備具有特殊各種性能的梯度堆焊層；(4)堆焊過程屬于機械加工過程，無煙塵飛濺、無弧光和輻射污染、且摩擦熱源效率高，是一種綠色環保與高效的材料表面加工方法；(5)堆焊設備類似重載數控機床裝備、堆焊過程容易實現自動化、生產效率高；(6)由于堆焊過程屬于固相焊接過程，很容易實現基材表面的全位置堆焊工藝。

目前在國外發達國家工業領域，摩擦堆焊技術已獲得廣泛關注并進行了許多應用基礎研究，該技術已經用于制造零部件的局部表面耐磨損及耐腐蝕復合層，如各種閘板閥表面抗腐蝕涂層加工、各種刀刃和耐磨部件的耐磨層制造及修復等。許多試驗表明：摩擦堆焊技術在摩擦軋制、零件快速制造、復合材料制備、機械工程結構局部修復及再制造等堆焊與加工制造領域具有廣泛的應用潛力。

但傳統摩擦堆焊過程仍存在以下主要問題：(1)圓棒耗材的利用率低。由于在傳統摩擦堆焊過程中，沒有對耗材摩擦界面附近材料進行限制約束，大部分耗材將形成飛邊而消耗掉，從而不能有效過渡到基材表面形成堆焊縫，造成堆焊耗材的利用率明顯降低。試驗表明，只有圓棒耗材的中心部位的少部分材料(圓棒中心1/3半徑內)才能過渡到基材表面形成堆焊層，而其余的材料均形成飛邊包裹在耗材周圍。(2)堆焊層界面連接強度不均勻，中心區域高而兩邊緣處連接強度明顯降低并容易產生弱連接缺陷。由于耗材摩擦界面壓力明顯不均勻、中心高而邊緣低，所形成的堆焊層兩邊緣會產生未焊合缺陷。因此傳統堆焊層邊緣很容易產生弱連接缺陷，連接強度低。尤其在進行多道堆焊時，后道堆焊縫需搭接于前道焊縫邊緣位置才能改善整個堆焊層內連接強度，但在某些情況下仍不能完全消除堆焊層邊緣與基材表面的未焊合缺陷，這將對整個堆焊層焊接質量產生嚴重影響。

為了獲得良好堆焊層連接強度，在進行多道堆焊時必須采用機加工方法將前堆焊縫兩邊緣的未焊合區域切除掉才能進行鄰近焊道堆焊，這不僅進一步浪費堆焊材料并使得堆焊工藝復雜化，而且使得摩擦堆焊技術在工程中很難應用于基材表面的大面積堆焊層制備。

技術實現要素：

為了克服傳統摩擦堆焊工藝過程產生的上述局限性，有效提高摩擦堆焊耗材的利用率、消除堆焊層邊緣弱連接缺陷及進一步改善摩擦堆焊層的焊接質量。本發明提出一種帶軸肩的摩擦堆焊加工方法及其實現裝置，采用這種方法和具體裝置不僅可以有效限制和擠壓耗材產生的飛邊、提高耗材利用率，而且由于軸肩產生的頂鍛壓力使得耗材摩擦界面均勻受力、可以有效消除摩擦堆焊層邊緣的弱連接缺陷。從根本上改善傳統摩擦堆焊工藝過程，實現多道連續及大面積的摩擦堆焊過程，有效拓寬傳統摩擦堆焊技術的應用范圍并獲得力學性能更為優異的摩擦堆焊層。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統，包括圓棒耗材和圓筒外殼，所述圓筒外殼內同軸的設有空心主軸，所述空心主軸的兩端均從所述圓筒外殼的兩端穿出，所述圓棒耗材設置在所述空心主軸內，所述空心主軸的下端設有耗材自鎖加緊機構，所述耗材自鎖加緊機構的下端固定有剛性軸套，所述剛性軸套形成了非消耗剛性軸肩，所述剛性軸套設有與所述空心主軸同軸的通孔，所述圓棒耗材的上端從所述空心主軸的上端穿出，所述圓棒耗材的下端依次從穿出所述空心主軸和所述剛性軸套穿出，所述空心主軸的側壁上設有徑向對稱的兩個滑動鍵通槽，所述空心主軸的下部設有主動力輪，所述圓筒外殼的下部設有與圓筒外殼貫通的開口，所述開口的位置與所述主動力輪的軸向位置對應，所述圓筒外殼的上端和下端均通過承載角向軸承和法蘭盤支撐所述空心主軸轉動，驅動裝置將動力傳遞給主動力輪，從而帶動所述空心主軸旋轉；所述圓棒耗材的上端固定有軸套，所述軸套與所述空心主軸之間為滑動配合；所述軸套上固定有徑向對稱的兩個滑動鍵，兩個滑動鍵分別嵌裝在兩個滑動鍵通槽內；所述耗材自鎖加緊機構包括一個筒體、兩個滑動輪和四個楔形塊，所述滑動輪的外回轉表面為圓弧凹面，圓弧凹面的曲率半徑與所述圓棒耗材的外徑一致；所述筒體套在所述空心主軸下端的軸段上，在該軸段上設有用于安裝圓弧凹面滑動輪的安裝槽和用于安裝滑動輪旋轉軸的橢圓孔，所述滑動輪的圓弧凹面與所述圓棒耗材的外表面之間為過渡配合，四個楔形塊分別設置在所述筒體與所述滑動輪旋轉軸之間，所述筒體的底部設有與四個楔形塊位置分別對應的螺紋孔，每個螺紋孔內設有頂緊螺栓；所述頂緊螺栓鎖緊頂住楔形塊，所述耗材自鎖夾緊機構使得圓棒耗材棒在整個長度范圍內承受均勻的扭矩作用的同時沿軸向上下移動，從而實現摩擦堆焊工藝。

進一步講，本發明實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統，其中，所述滑動輪的圓弧凹面在軸向斷面的中心角為70°～90°。

所述剛性軸套通孔的內徑比圓棒耗材的外徑大1mm或所述剛性軸套與所述圓棒耗材之間為滑動配合。

本發明實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統是實現帶軸肩摩擦堆焊工藝、建造摩擦堆焊設備的關鍵機構系統。與傳統摩擦堆焊比較本發明具有以下有益效果：

(1)使用本發明主軸系統實現摩擦堆焊加工時，能有效限制圓柱耗材飛邊的產生并最大限度提高耗材的利用率。從根本上改進傳統摩擦堆焊對耗材無限制約束的狀態，采用非消耗剛性軸肩限制約束摩擦界面附近軟化耗材，有效限制耗材飛邊的產生從而明顯提高耗材的利用率。

(2)使用本發明主軸系統實現摩擦堆焊加工時，能增加摩擦界面邊緣軸向壓力、提高邊緣連接強度并消除堆焊層邊緣的焊接缺陷，有效增加摩擦堆焊層寬度并進一步提高耗材利用率和堆焊層焊接質量，為實現多道多層較大面積的摩擦堆焊層提供基礎。

(3)本發明主軸系統按設計要求可以實現不同直徑(如10-20mm等)和長度400-1000mm等圓棒耗材的摩擦堆焊工藝，所獲得的摩擦堆焊層長度與寬度明顯高于傳統摩擦堆焊層的尺寸限制條件。傳統摩擦堆焊完全靠圓棒耗材自身尺寸承受軸向壓力和旋轉扭矩作用，因此耗材直徑不能太小其長度也不能很長，否則無法完成摩擦堆焊工藝過程。而本發明采用帶鍵槽空心主軸、固定圓棒耗材軸套、角向承載軸承、耗材底部斜面自鎖加緊機構與非消耗軸肩系統限制和約束耗材，可以采用不同直徑和長度較大的耗材實現摩擦堆焊過程，有效拓寬摩擦堆焊工藝的應用領域。

(4)采用本發明的主軸系統替換傳統摩擦堆焊設備的主軸系統，就可以實現本發明提出的帶軸肩摩擦堆焊工藝原理。該裝置操作簡便、工藝過程可靠穩定，是推廣和應用帶軸肩摩擦堆焊新工藝的關鍵機構。

附圖說明

圖1是傳統摩擦堆焊過程示意圖；

圖2是本發明帶軸肩的摩擦堆焊過程示意圖；

圖3-1是本發明帶軸肩的摩擦堆焊主軸系統的外觀結構示意圖；

圖3-2是圖3-1所示摩擦堆焊主軸系統另一個視角的外觀局部結構放大示意圖；

圖3-3是圖3-1所示摩擦堆焊主軸系統的主視圖；

圖3-4是圖3-1所示摩擦堆焊主軸系統的側視圖；

圖3-5是圖3-1所示摩擦堆焊主軸系統的全剖主視圖；

圖4-1是圖3-5中所示主軸的主視圖；

圖4-2是圖4-1中所示主軸的側視圖；

圖4-3是圖4-1中所示主軸的立體結構示意圖；

圖4-4是圖4-3中去掉上軸承后的主軸結構的側視圖；

圖5-1是主軸及其底部的自鎖加緊機構的全剖主視圖；

圖5-2是圖5-1所示主軸及其底部的自鎖加緊機構的全剖側視圖；

圖5-3是圖5-1所示主軸及其底部的自鎖加緊機構的局部立體結構示意圖；

圖6-1是本發明中主軸的全剖立體結構示意圖；

圖6-2是圖6-1所示主軸另一個視角的全剖立體結構示意圖；

圖7-1是本發明中主軸底部的楔形自鎖加緊機構的立體結構示意圖；

圖7-2是圖7-1所示楔形自鎖加緊機構另一視角的立體結構示意圖；

圖中：

1-基板表面2-圓棒耗材3-耗材飛邊4-堆焊層

5-剛性軸肩6-空心主軸7-軸套8-自鎖加緊機構

9-剛性軸套10-外殼11-主動力輪12-承載角向軸承

13-圓棒耗材14-滑動鍵15-滑動鍵通槽16-滑動輪

17-銷釘螺紋孔18-楔形塊19-螺紋孔20-橢圓孔

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發明進行解釋說明，并不用以限制本發明。

圖1示出的為傳統摩擦堆焊過程，堆焊過程中圓棒耗材2在高速旋轉的同時，施加軸向壓力頂鍛擠壓基材表面1并沿基材表面1橫向移動，由于旋轉摩擦加熱和頂鍛壓力作用在摩擦界處面形成耗材飛邊3同時，耗材逐步過渡到基材表面1形成堆焊層4。在該過程中耗材摩擦面附近完全自由沒有限制約束，耗材不僅承受軸向壓力作用還承受扭矩作用，因此圓棒耗材2直徑不能過小、長度也不能太長，否則很難完成摩擦堆焊工藝過程。隨堆焊過程不斷進行，所形成的耗材飛邊3不斷增加并包裹向耗材的上部。所形成的堆焊層4寬度小于圓棒耗材2的直徑，且堆焊層4兩邊緣由于壓力降低容易產生弱連接缺陷。此外由于圓棒耗材2長度限制，很難制備較長的摩擦堆焊層4。

圖2示出了本發明帶軸肩的摩擦堆焊工藝原理示意，與圖1所示的傳統摩擦堆焊過程的根本不同是在耗材摩擦界面附近增加一個非消耗的剛性軸肩(有剛性軸套5形成)，該剛性軸肩與圓棒耗材2同軸套在摩擦界面附近。在堆焊過程中該剛性軸肩與圓棒耗材2同時高速旋轉并沿基材表面1橫向移動，但不接觸基材表面1并與基材表面1始終保持1-2mm距離。這樣剛性軸肩5的圓孔內壁與圓棒耗材2旋轉速度相同，兩者之間不會產生摩擦加熱，圓棒耗材2只是沿剛性軸肩5的圓孔軸向在頂鍛壓力作用下上下移動，有效限制摩擦界面附近由于圓棒耗材2軟化產生的側向膨脹，剛性軸肩不接觸基材表面1因而與基材之間也不會摩擦力作用；此外剛性軸肩5又向下擠壓耗材產生的耗材飛邊3，有效限制約束耗材飛邊3的產生。這樣所形成的堆焊層4的寬度近似為圓柱耗材2的直徑尺寸，且堆焊層4兩邊緣由于剛性軸肩5壓力和限制可顯著增加堆焊縫兩邊緣的連接強度，消除可能產生的弱連接缺陷，實現多道連續及大面積的摩擦堆焊過程，并有效拓寬傳統摩擦堆焊技術的應用范圍、獲得力學性能更為優異的摩擦堆焊層。

本發明是在如圖2所示的帶軸肩摩擦堆焊工藝原理的基礎上，為實現該工藝過程提出了一種實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統，其整體結構及局部構件參見下述附圖，圖3-1和圖3-2是本發明主軸系統的外觀結構圖；圖3-3、圖3-4和圖3-5分別為本發明主軸系統的主視圖、側視圖和全剖視圖；圖4-1、圖4-2和圖4-3是本發明中主軸的主視圖、側視圖和整體結構示意圖，圖4-4是去掉上軸承后的主軸結構的側視圖；圖5-1、圖5-2和圖5-3是本發明中主軸及其底部堆焊圓棒耗材自鎖加緊機構示意圖，圖6-1和圖6-2是本發明中主軸的結構示意圖；圖7-1和圖7-2是本發明中主軸底部的楔形自鎖加緊機構詳細示意圖。

結合上述個附圖對本發明可以實現帶軸肩的摩擦堆焊的主軸系統的結構進行如下描述，如圖3-5所示，該主軸系統包括圓棒耗材13和圓筒外殼10，所述圓筒外殼10內同軸的設有空心主軸6，所述空心主軸6的兩端均從所述圓筒外殼10的兩端穿出，所述圓棒耗材13設置在所述空心主軸6內，所述空心主軸6的下端設有耗材自鎖加緊機構8，所述耗材自鎖加緊機構8的下端固定有剛性軸套9，所述剛性軸套9形成了非消耗剛性軸肩，所述剛性軸套9設有與所述空心主軸6同軸的通孔，所述圓棒耗材13的上端從所述空心主軸6的上端穿出，所述圓棒耗材13的下端依次從穿出所述空心主軸6和所述剛性軸套9穿出；所述剛性軸套通孔的內徑比圓棒耗材13的外徑大1mm或所述剛性軸套與所述圓棒耗材13之間為滑動配合。

如圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4和圖3-5所示，所述空心主軸6的側壁上設有徑向對稱的兩個滑動鍵通槽15，所述空心主軸6的下部設有主動力輪11，所述圓筒外殼10的下部設有與圓筒外殼10貫通的開口，所述開口的位置與所述主動力輪11的軸向位置對應，所述圓筒外殼10的上端和下端均通過承載角向軸承12和法蘭盤(法蘭盤上的螺栓孔同軸剛性固定連接，圖中未畫出固定螺栓孔)支撐所述空心主軸6轉動，所述承載角向軸承12用于支撐帶滑動鍵通槽15的空心主軸6的高速旋轉運動、并施加軸向頂鍛壓力，驅動裝置將動力傳遞給主動力輪11，從而帶動所述空心主軸6旋轉。

如圖3-5和圖4-1、圖4-2、圖4-3、圖4-4、圖5-1和圖6-1所示，所述圓棒耗材13的上端固定有軸套7，所述軸套7與所述空心主軸6之間為滑動配合；所述軸套7上固定有徑向對稱的兩個滑動鍵14，兩個滑動鍵14分別嵌裝在兩個滑動鍵通槽15內。

本發明主軸系統中，空心主軸6與軸套7及耗材自鎖加緊機構8上下各部分之間可以通過法蘭盤配合高強度螺栓連接，非常方便該主軸系統的安裝拆卸與維護保養，對于易損耗的承載角向軸承12也便于更換，在外殼10上開有矩形開口，非常方便與主軸動力電機皮帶相連接，也可以在設計階段就考慮主軸動力電機安裝位置，從而將本發明主軸系統與主動力電機集成在一起形成獨立的可完成帶軸肩摩擦堆焊工藝的完整主軸頭動力系統。

本發明主軸系統中，如圖3-5所示，空心主軸6是該主軸動力系統裝置的最關鍵部件，在該主軸兩端安裝有承載角向軸承12以支撐該空心主軸6運動，空心主軸6上安裝有皮帶輪作為主動力輪11，該主動力輪11與設備主軸動力電機相聯系(圖中未畫出主動力電機與連接皮帶部件)，用于傳遞旋轉主動力源給帶有滑動鍵通槽15的空心主軸6。

本發明主軸系統中，設置在空心主軸6下端的耗材自鎖加緊機構8和非消耗剛性軸肩9，其中，自鎖加緊機構8用于在底部固定圓棒耗材13，而由剛性軸套5形成的非消耗剛性軸軸肩需要采用耐磨損耐高溫模具鋼制作，其中，軸肩的內孔直徑應大于圓棒耗材1mm或是兩者之間為滑動配合，以保證圓棒耗材棒13能沿軸向不受力的上下移動。空心主軸6內部是完全貫穿的不同直徑的內孔，其中上部的較大尺寸的內孔直徑稍微大于用來固定圓棒耗材棒13上端的軸套7的外徑，這樣軸套7可沿空心主軸6內孔沿軸向移動是不受力的滑動配合；空心主軸6下端連接的剛性軸套9的內孔直徑與圓棒耗材棒13的外徑一致，以保證圓棒耗材13沿空心主軸6內孔軸向上下移動、并穿過剛性軸套9內孔可以不受力的上下滑動。空心主軸6上部大部分區域(如圖4-3、圖4-4和圖5-1所示)沿直徑方向開有滑動鍵通槽15，該鍵槽的長度決定圓棒耗材13沿軸向的移動行程，是決定摩擦堆焊焊縫長度的關鍵參數；鍵槽內通過兩個滑動鍵14將固定圓圓棒耗材13上端的軸套7與空心主軸6完全剛性的相固定聯系，但固定后軸套7在空心主軸6內孔中由于滑動鍵14的剛性限制，只能沿滑動鍵通槽15不受力的上下滑動。在空心主軸6中滑動鍵14起到以下重要作用；一是將軸套7與空心主軸6剛性固定在一起；二是空心主軸6高速旋轉時將通過滑動鍵14帶動軸套7高速旋轉，而軸套7上又剛性固定有圓棒耗材13，因而帶動耗材高速旋轉；三是在保證軸套7高速旋轉的同時，滑動鍵14又能沿滑動鍵通槽15上下移動，從而實現耗材的軸向上下移動，以實現摩擦耗材的堆焊工藝過程。

如圖5-2和圖6-2所示，空心主軸6的剖視圖及局部圖中，可以看出本發明主軸系統中，固定圓棒耗材13上端的軸套7上開有安裝銷釘的螺栓孔17，用于旋進頂絲以固定圓棒耗材棒13；軸套7上沿直徑兩邊又固定有滑動鍵14，用于將軸套7與空心主軸6固定在一起，同時保證軸套7與空心主軸6同步高速旋轉。

空心主軸6的下端帶有兩個圓弧凹面滑動輪的耗材自鎖加緊裝置8和非消耗軸肩9，用于加緊耗材的同時保證耗材沿軸向能上下移動，非消耗剛性軸肩在限制約束軟化耗材13的同時，施加頂鍛壓力限制耗材飛邊的形成，并擠壓摩擦面邊緣增加摩擦壓力、提高邊緣連接強度和堆焊層寬度。空心主軸6的長度決定摩擦堆焊可實現的堆焊縫長度，并起到支撐限制圓棒耗材棒13的側向彎曲，因此本發明裝置可實現不同直徑(如10-20mm等)長度為400-1000mm圓棒耗材的摩擦堆焊工藝，極大拓寬了傳統摩擦堆焊工藝應用范圍。

如圖3-5、圖4-1、圖4-3、圖5-3、圖7-1和圖7-2所示，所述耗材自鎖加緊機構8包括一個筒體、兩個滑動輪16和四個楔形塊18，所述滑動輪16的外回轉表面為圓弧凹面，圓弧凹面的曲率半徑與所述圓棒耗材的外徑一致，所述滑動輪16的圓弧凹面在軸向斷面的中心角為70°～90°。所述筒體套在所述空心主軸6下端的軸段上，在該軸段上設有用于安裝圓弧凹面滑動輪16的安裝槽和用于安裝滑動輪旋轉軸的橢圓孔20，所述滑動輪16的圓弧凹面與所述圓棒耗材13的外表面之間為過渡配合，四個楔形塊18分別設置在所述筒體與所述滑動輪旋轉軸之間，所述筒體的底部設有與四個楔形塊18位置分別對應的螺紋孔19，每個螺紋孔19內設有頂緊螺栓(圖中未畫出)；所述頂緊螺栓鎖緊頂住楔形塊18。自鎖加緊機構8實際工作時，通過螺栓孔19的頂緊螺栓擠壓四個楔形塊18，楔形塊18橫向移動推動滑動輪16的旋轉軸沿橢圓內孔20橫向移動，整個過程完全是剛性接觸位移，以此實現對耗材底部的徑向自鎖加緊，同時允許耗材沿軸向上下移動。該加緊機構8的重要作用是加緊耗材起到支撐作用、并與軸套7配合分別在耗材的上端與下端施加旋轉扭矩，所述耗材自鎖夾緊機構使得圓棒耗材棒13在整個長度范圍內都承受比較均勻扭矩作用，同時又能保證耗材沿軸向上下移動，使得摩擦堆焊工藝過程能有效實施進行。

在本發明主軸系統中，空心主軸6、軸套7、耗材自鎖加緊機構8、非消耗剛性軸套(肩)9和圓棒耗材13是整體的固定在帶鍵槽空心主軸6上進行整體旋轉和上下移動，該整體部件帶動圓棒耗材13既進行高速旋轉又施加軸向壓力，同時隨主軸系統橫向移動，以實現摩擦堆焊過程的全部運動。

本發明裝置是建造帶軸肩摩擦堆焊設備的關鍵機構系統。采用該主軸系統替換傳統摩擦堆焊設備的主軸系統，就可以實現本發明提出的帶軸肩摩擦堆焊工藝原理。在帶有本發明主軸系統的摩擦堆焊設備工作過程中，首先，按尺寸要求加工圓棒耗材13，并在圓棒耗材13上端加工出一個小平面，以便在軸套7中通過螺栓孔17旋進頂絲螺栓以固定該圓棒耗材13；其次，將加工好的圓棒耗材13從剛性軸套(肩)9處穿進帶有滑鍵通槽15的空心主軸6中，同時將帶小平面的圓棒耗材13上端插入軸套7中，軸套7的側面采用頂絲螺栓通過螺栓孔17剛性固定圓棒耗材13上端；第三，通過本發明中的耗材自鎖加緊機構8加緊耗材的下端，通過螺栓孔19旋進四個頂緊螺栓，四個頂緊螺栓要保證均勻旋進使得四個楔形塊18對稱均勻移動，以保證兩個帶有圓弧凹面的滑動輪16對圓棒耗材13的對中加緊；最后，移動剛性軸套(肩)9使得端面距離被堆焊基材表面有1-2mm間隙，按規定旋轉速度、軸向壓力機橫向移動速度啟動主軸電機進行堆焊，即可獲得與圓棒耗材13直徑寬度基本相同、厚度為1-2mm的摩擦堆焊層。

本發明裝置具有結構比較簡單、安裝拆卸及操作維護方便，整體結構剛度大、堆焊過程可靠穩定、摩擦堆焊壽命長等突出優勢，是實現帶軸肩摩擦堆焊工藝原理和制造新型摩擦堆焊設備的關鍵主軸機構系統。采用該裝置的摩擦堆焊工藝窗口范圍主要為：旋轉速度在3000-5000rpm、軸向頂鍛壓力在800kg-3000kg、橫向移動速度在100mm/min-300mm/min范圍。根據圓棒耗材直徑不同，選擇適合堆焊參數即可獲得與耗材直徑寬度基本相同、厚度為1-2mm的摩擦堆焊層。

如在x65鋼材表面采用q235b直徑為16mm的圓棒耗材，在3500rpm旋轉速度、1200kg頂鍛壓力及100mm/min橫向移動速度下，可獲得寬度約為16mm、厚度為1.2mm的摩擦堆焊層。

如在x52鋼材表面采用x52直徑為20mm的圓棒耗材，在4500rpm旋轉速度、1800kg頂鍛壓力及200mm/min橫向移動速度下，可獲得寬度約為20mm、厚度為1.6mm的摩擦堆焊層。

綜上，本發明提出一種帶軸肩的摩擦堆焊加工方法及其實現裝置，采用非消耗軸肩對耗材摩擦界面附近進行剛性約束，限制耗材飛邊的產生；并對耗材飛邊和摩擦界面施加頂鍛壓力，使得摩擦界面面積增加、摩擦界面邊緣摩擦壓力增大，擴大摩擦堆焊層的寬度和消除堆焊層邊緣的弱連接缺陷。

盡管上面結合附圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。