[发明专利]一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法。

背景技术

选择性激光熔化成形(Selective Laser Melting，SLM)技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经散热冷却实现与固体金属冶金熔覆成形的一种技术。SLM成形件的应用范围比较广，如机械领域的工具及模具(微制造零件、微器件、工具插件、模具)、生物医疗领域的生物植入零件或替代零件(齿、脊椎骨)、电子领域的散热器件、航空航天领域的超轻结构件、梯度功能复合材料零件等。典型的利用SLM技术直接成形金属零件的过程为：根据成形件的三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统控制激光束作用于待成形区域内的粉末，一层扫描完毕后，活塞缸内的活塞下降一个层厚距离；接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统铺展一层一定厚度的粉末沉积于已成形层之上。然后，重复上述两个成形过程，直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。这样三维CAD模型经逐层累积方式直接成形金属零件。最后，活塞上推，清除多余的金属粉末，从成形装备中取出零件，至此，SLM金属粉末直接成形金属零件的全部过程结束。

就当前的技术水平而言，采用SLM技术直接成形的金属零件，其内孔表面粗糙度一般在20μm以上(取决于激光扫描参数和粉末粒度等工艺因素)。然而，零件的表面质量对零件的使用性能、寿命和可靠性均有很大的影响，与产品整机的性能及寿命也有非常大的关系。抛光是对零件及制品表面进行光饰加工，其主要目的是去除前道工序的加工痕迹，改变零件表面粗糙度，使产品获得光亮、光滑的表面。由于加工对象的材质各有不同、形状多种多样，对表面粗糙度的要求也各不相同，因而，对抛光技术的要求复杂多变。目前，国内广泛使用的抛光方法有数控滚压刀具抛光、射流抛光、电火花抛光和超声波抛光等。

超声波抛光是利用抛光工具端面做超声频震动，迫使磨料悬浮液对硬脆材料表面进行机械加工的一种方法；磨粒在超声震动下，以很多的速度和加速度不断撞击加工表面，对加工表面的微凸部分进行微切削加工，从而达到抛光的目的。超声波抛光的特点是抛光效率高，如果抛光时间足够长，表面粗糙度可达0.03μm，但其要求有与被抛光孔壁面配合的抛光工具(即振动棒)。目前超声波抛光时，针对不同尺寸和形状的内孔，都需要先单独采用机械加工方法制作抛光工具，这样费时费力，成本高，延长了零件加工的时间，限制了其大规模的工业应用；同时振动棒需要与通用超声波换能器部件进行装配，并准确插到金属零件内孔中，对于有较多数量内孔的金属零件而言，要么单独采用机械加工方法制作振动棒安装盘，要么一次只能抛光一个孔，轮流抛光，因此振动棒的装夹、定位很难做到精确，抛光效率很低。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法；该选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法通过在利用SLM技术制造含内孔的金属零件的同时，在内孔对应成形出超声波振动棒，在金属零件成形后，继续成形出与内孔超声波振动棒相连的振动棒安装座，后续将振动棒安装座与超声波设备换能器相连，即可采用超声波振动抛光(加入磨料辅助)；本发明省去了超声波抛光工具制作的时间，可同时抛光多个内孔，成本低，效率高，并且对孔的适应性好，定位简单准确。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据金属零件的CAD模型，设计与金属零件上的内孔相适应的超声波振动棒；

(2)根据步骤(1)中设计的超声波振动棒的形状类型、尺寸大小、数量及位置分布，设计与超声波振动棒相连的振动棒安装座；

(3)根据SLM技术加工原理，叠层制造出金属零件、超声波振动棒和振动棒安装座。

(4)连接超声波抛光设备，设置抛光工艺参数，加入磨料，进行抛光，得到抛光后的内孔。

优选的，步骤(1)中超声波振动棒的数量为一个或多个，所述超声波振动棒与金属零件上的内孔一一对应。

优选的，步骤(1)中超声波振动棒的数量为一个或多个，金属零件上形状尺寸相同的多个内孔对应同一个超声波振动棒。

优选的，步骤(2)中所述振动棒安装座与振动棒为一体结构。

优选的，步骤(2)中所述振动棒安装座与振动棒为分体式结构；所述振动棒安装座上，在与金属零件上所有内孔的对应位置均设置有振动棒安装孔。