[发明专利]一种用于激光增材构件内壁的增材-抛光一体化加工方法

说明书

本发明一种用于激光增材构件内壁的增材‑抛光一体化加工方法。该方法可应用于各类激光增材制造零件的内壁表面抛光，在激光增材制造过程中，在完成一段增材加工之后，利用增材制造设备的激光器直接对这段增材零件的内壁表面进行抛光，利用激光处理快速获得平整光洁的内壁表面，完成抛光之后，再进行下一段的增材加工，从而实现增材‑抛光加工的一体化工艺。通过在增材过程中进行抛光加工，在待抛光内壁表面增材制造完成后进行即时的抛光，能够实现对深凹槽、深孔结构、大拐点结构、密封器件等传统抛光手段无法处理的内壁表面进行抛光处理。通过分段增材‑抛光的加工方式，能够较容易地实现大面积、复杂形状、高深宽比乃至封闭腔体的内壁抛光。

技术领域

本发明涉及一种用于激光增材构件内壁的增材-抛光一体化加工方法。可将该方法广泛应用于激光增材制造的各类金属零件的内壁表面抛光处理，利用激光抛光处理快速获得更小粗糙度的平整内壁表面。属于机械加工技术领域。

背景技术

激光增材制造技术是上世纪80年代才发展起来的一项先进制造技术。该技术基于离散/堆积成形原理，将制件三维CAD模型进行切片分层处理，使其转换成厚度很薄的二维平面模型，采用大功率激光器，通过数控系统控制工作台按照分层软件给定的路径进行逐点、逐线、逐层扫描，使材料粉末熔化并层层叠加，从而实现结构复杂零件的无模具、快速、全致密的成型。

目前采用激光增材制造技术成型的零件致密度可达99％以上，其力学性能已优于铸件。但目前增材制造零件表面粗糙度一般仍在10μm～50μm之间，而机械精加工表面粗糙度能够达到2.5μm以下。另一方面，在许多应用领域对增材制造零件表面粗糙度有较高的要求，故对增材制造零件的后续表面抛光加工不可或缺。

目前改善增材制造零件表面质量的抛光技术主要有机械抛光、电化学抛光、磨粒流抛光等。传统的机械抛光如砂轮抛光、皮带抛光和滚筒抛光等，其材料去除效率高，成本低廉，但其可加工区域受工艺所限，适用于平面等简单的外表面抛光，对内表面和复杂表面则极难加工。电化学抛光技术利用阳极氧化牺牲的原理实现对阳极工件的抛光，其优点在于对表面形状要求低，适用范围广，但它只适用于金属零件抛光，目前还存在表面平整度不够高、晶界腐蚀等问题，抛光过程使用的化学溶液可能造成的环境污染问题也尚待解决。磨粒流抛光是通过夹具配合工件形成加工通道，两个相对的磨料缸使磨料在这个通道中来回挤动，磨料均匀而渐进地对通道表面或边角进行研磨，完成抛光加工。加工过程中磨料必须构成通路，因此磨粒流工艺不适用于盲孔和磨料流道无法形成通路的工件和部位的抛光加工。

激光抛光是一种新型的获得材料表面高光洁度的热加工方法。这项工艺内在本质是激光加热引起的材料表层重熔。无论是在宏观尺度或微观尺度进行的激光抛光工艺，材料粗糙表面经激光加热融化后形成的熔池在表面张力和重力的多向作用下，熔池内熔融材料通过流动将会重新分配在初始位置周围，从而在快速凝固后使绝大多数粗糙表面的峰谷高度差减小，由此获得对粗糙表面的抛光效果。但现有激光抛光技术作为一种后处理手段，抛光范围仍受到加工表面位置和光路限制，难以实现对腔体内表面等的抛光加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于激光增材构件内壁的增材-抛光一体化加工方法，以解决现有技术中存在的问题，该方法可广泛应用于各类激光增材制造零件的表面抛光，在激光增材制造过程中，利用增材制造设备的激光器直接对增材零件表面进行抛光，利用激光处理快速获得平整光洁的零件表面，实现增材-抛光加工的一步成型。

本发明提出一种用于激光增材构件内壁的增材-抛光一体化加工方法，流程如图1所示，具体包括如下步骤：

(1)确定增材制造零件的三维建模模型：本发明中的三维建模模型是激光同轴送粉熔融沉积加工的激光加工头运动成型模型，并且在需要激光抛光加工的内表面按高度设置分段插入断点，并在各段断点之间插入激光抛光的扫描路径，最终用于增材制造机床加工的三维模型。

(2)将激光器的激光参数调至增材加工所需参数，调整送粉设备的送粉速率，启动送粉设备和激光器，进行增材制造加工，运行至预设的断点，暂停；