[发明专利]一种增材制造微流道换热器芯体超声磨粒流抛光系统及方法

说明书

本发明涉及一种增材制造微流道换热器芯体超声磨粒流抛光系统及方法，具有复杂结构的微流道换热器芯体采用增材制造技术制备，在增材制造过程中，球化和粉末粘附以及层间结合造成的阶梯效应会导致微流道换热器芯体流道内孔表面粗糙度不如传统成形方法。此外，具有复杂结构的微流道换热器流道内未熔化金属粉末无法完全排出。因此，采用超声磨粒流抛光的方法实现微流道换热器芯体流道内孔表面均匀抛光，从而提高流道内孔表面粗糙度与降低换热器整体压降。磨粒流均匀抛光过程中使用超声震动装置，对换热器芯体施加一定频率的超声波，可使复杂流道内未熔化的金属粉末与磨粒流混合并随之排出芯体，同时使磨粒与流道内孔表面充分接触，提高流道内孔表面粗糙度。

技术领域

本发明属于增材制造技术和精密加工领域，具体涉及一种增材制造微流道换热器芯体及抛光加工系统和方法，超声磨粒流抛光加工技术属于超精密加工技术领域。

背景技术

增材制造技术可以直接成型结构致密、冶金结合的复杂金属零件。增材制造是基于离散/叠加原理，先将三维CAD模型进行分层切片处理，然后逐层累叠成型出实体零件。近些年来增材制造技术受到广泛关注并得到了快速发展，但是成型零件的表面粗糙度较差是这种技术的最大缺陷之一。增材制造技术所特有的“阶梯效应”、“球化效应”和“粉末粘附”是导致增材制造金属零件表面粗糙度较差的主要因素，这也成为了阻碍增材制造技术推广应用的主要障碍。

目前，成型金属件表面粗糙度还无法满足使用要求，需要采用后续的表面抛光加工。常见的增材制造表面抛光技术主要有手工抛光、砂带/砂轮抛光、喷砂加工、电化学抛光和磨粒流抛光。其中手动抛光效率低下，表面加工效果取决于操作者的技术水平，加工一致性较差。砂带/砂轮加工技术对于一些复杂内孔表面的加工无法满足要求。喷砂加工方法是比较常见的后处理加工方法，其利用高压空气吹动磨粒冲击零件表面以实现表面光整和表面强化，但对于复杂结构的微流道换热器芯体，喷砂加工无法满足使用要求。电化学抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。然而需要制作一个与工件待加工表面完全一致的阴极零件，对于复杂曲面零件及异形内曲面零件抛光具有局限性，且化学液污染环境。磨粒流加工方法是使用具有含磨粒的粘弹性磨料介质在压力作用下流过零件待加工表面从而完成零件表面光整的加工技术。磨粒流加工方法是使用具有含磨粒的粘弹性磨料介质在压力作用下流过零件待加工表面从而完成零件表面光整的加工技术。但是磨粒流加工不能适用于具有复杂结构的零件并且存在加工死角问题。

基于以上技术问题，本发明提供了一种增材制造微流道换热器芯体超声磨粒流抛光系统及方法，采用超声单元能够使得芯体流道内孔未熔化的金属粉末与磨粒流混合并随之流出流道内孔，此外超声波还能使磨粒流与流道内孔壁充分接触，增加抛光效果，提高流道内孔表面质量。

中国专利CN 201220464031公开了加载超声波激振的软性磨粒流加工装置，该装置主要将振动棒通过软固结组织相连将超声波传递至工件，在传递过程中会发生能量衰减，不一定能达到所要求的抛光效果。此外，该装置对于不同的尺寸的工件需要制作不同尺寸的约束流道底座和约束模块。本发明将超声工具头直接作用于各种尺寸的微流道换热器芯体，并且微流道换热器芯体内未清除的金属粉末在超声作用下将淤积的金属粉末发散并与磨粒流混合。

中国专利CN201810057932公开了增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削装置及方法，该装置采用铁磁性磨料磨削微通道换热器内表面并施加磁力，从而大幅降低微通道换热器内表面粗糙度。但该方法会使铁磁材料制备的微通道换热器导磁，进而使磨粒吸附在微通道换热器内表面。而且该装置主要通过调整Z向磁铁与微通道换热器的间距来施加磁力使铁磁性磨料磨削微通道换热器内表面，不能保证另一侧未施加磁力的内孔表面经抛光后达到同样的效果。本发明适用于铁磁性材料制备的微流道换热器，并且超声使磨粒与微流道换热器芯体内孔充分接触均匀抛光，抛光效果更好。