[实用新型]一种电流变液辅助超声抛光装置

说明书

本实用新型提供一种电流变液辅助超声抛光装置，利用电流变液辅助超声振动控制加工液中气泡和磨料颗粒运动达到高效高质量的表面抛光效果的加工方法。将介电泳动、电流变效应和超声加工复合在一起，超声加工的空化现象可以高速除去增材制造件由于粉末粘附和球化等导致的较大结构，同时在电流变效应下，分散在电流变液中的磨料颗粒以链状约束在抛光工具附近对表面进行有效抛光，大幅度提高表面光洁度。该方法操作方便，成本低，灵活度高，不仅可以用于主要针对增材制造金属件的表面抛光，也可以用于各类形状复杂、微小腔孔较多的难抛光件的表面处理。

技术领域

本实用新型涉及金属增材制造件表面处理技术领域，具体而言，尤其涉及通过电流变液辅助的超声抛光装置及加工方法。

背景技术

增材制造技术在过去的二十年里发展迅速，解决了许多现代工业高端装备制造的技术难题。然而以选区激光熔化技术为代表的金属增材制造技术虽然成型零件致密度高，力学性能优，但是其基于金属粉末熔化的成型机理决定了在此过程中会产生粉末粘附和球化现象，如图1a-1b所示。因此目前金属增材制造零件表面粗糙度一般高于10μm，不但影响美观，还会大大制约零件的疲劳寿命和摩擦性能等功能特性，需要进行后续光整加工处理来改善。但是由于增材制造件大多形状复杂，微小腔孔较多，一般无法利用机械设备直接进行表面处理，现有的技术中主要采用手工抛光、激光抛光、化学和电化学抛光、磨粒流抛光等，但是这些方法都存在各自的局限性。相对而言，超声抛光具有成本低、易操作、无热损伤与化学损伤等优点，其空化效应可以高效去除增材制造中由于粉末粘附和球化导致的较大结构。此外，该方法使用的液体磨料可以到达任何型面，更适合增材制造件复杂结构表面的精密加工。然而超声抛光过程中由于空化的随机性，磨粒的分布和运动也会受其影响，给表面抛光带来困难。掌握能够控制空化气泡和磨料颗粒运动规律的方法是超声抛光技术高效获得光滑表面的重要因素。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种金属增材制造件表面电流变液辅助超声抛光装置法。本实用新型主要利用电流变液辅助超声抛光对增材制造件表面进行改善，实现针对增材制造件表面的高效、高质量的抛光加工。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种电流变液辅助超声抛光装置，包括：超声加工机床、抛光用工具、和工作液容器；

超声加工机床包括：超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、主轴进给系统、数控工作台；

本装置还包括：置于工作液容器内的电流变液，添加在电流变液内的微细磨料颗粒以及施加电流变效应的高压直流电源；

高压直流电源正极与被加工金属增材制造件连接，负极与抛光用工具连接；

抛光用工具采用不锈钢304材质制成圆柱状电极，置于工件表面待抛光处，并且抛光用工具端部与加工表面之间间距应大于一个振幅与磨料颗粒最大径的和，并在1mm以内；

进一步的，

电流变液为以硅油为绝缘基础油的粒子型(ER粒子)电流变液；磨料颗粒为SiC，平均粒径1μm。

进一步的，

电流变液和磨料颗粒由与电流变液使用的绝缘基础油一致的硅油进行混合稀释制成加工液置于工作液容器中。

进一步的，

超声加工机床振动频率为24kHz，工具为筒套夹紧方式安装在变幅杆上，先端振幅为70μm。

上述装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一，将增材制造金属件定位安装在工作液容器中，并将工作液容器置于数控工作台上，从而使得工件得以在水平方向上X轴、Y轴移动；