[发明专利]一种磨粒流精密光整加工方法及装置

说明书

本发明涉及一种磨粒流精密光整加工方法及装置，基于磨粒流技术改善增材制造复杂结构金属构件表面质量，特别用于改善复杂结构内表面或管道内壁的表面质量。本发明采用压力泵对磨粒流施加压力，使磨粒流对旋转运动的构件循环冲击，产生螺旋复合运动，通过红外测温仪触发冷却系统对磨粒流冷却降温，保证磨粒流体的粘弹性与流动性。本发明所采用的加工方法包括磨粒流对金属构件先进行粗加工，再对构件进行精加工，获得符合要求的高加工表面质量的金属构件。通过本发明提供的磨粒流精密光整加工方法及装置，解决了增材制造复杂结构金属构件表面难以光整加工的难题，实现了对磨粒流加工过程的自动化精确控制，提高加工效率和零件表面质量，减轻劳动强度，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及金属构件表面光整加工技术领域，具体涉及一种磨粒流精密光整加工方法及装置。

背景技术

随着近年来制造行业内增材制造技术的火热发展，也为内部具有复杂结构的金属构件制造提出了新型高效的加工方法。目前，采用增材制造技术成型的金属构件，其力学性能达到了相同材质的铸锻件标准，显示了激光增材制造技术对于金属构件制造的广阔前景。

然而，增材制造金属构件的表面粗糙度Ra一般仍在10μm～50μm之间，导致其表面粗糙度增加的主要因素是激光增材制造特有的球化效应和粉末黏附，并且松动的小尺寸球化和粉末粘附一旦脱落还存在安全隐患，尤其在对于零件表面质量要求极高的零部件上几乎是致命的。

为了提高增材制造金属零部件服役的可靠性与耐久性，需要进行表面处理来提高其表面质量。但对于增材制造金属构件的抛光，面临的最大的挑战还在于其复杂的型腔结构。目前，金属增材制造零件表面常见的抛光技术有手工抛光、砂轮抛光、喷砂加工、电化学抛光和激光熔覆抛光等。这些抛光方法存在的普遍问题是：(1)抛光效率低下，工作环境恶劣；(2)加工一致性差，加工表面质量无法满足使用要求；(3)污染环境；(4)对复杂曲面零件抛光具有局限性；(5)设备成本较高。因此，急需一种能实现激光增材制造零件复杂内型腔面及其外表面的抛光方法和设备。

磨粒流作为近些年一种新兴的表面光整加工技术，是指在一定压力作用下，使用具有含磨粒的粘弹性磨料介质流过零件待加工表面从而实现零件表面光整的加工技术，广泛应用于叶片、叶轮和制动盘等复杂曲面和内部结构的光整加工中。由于磨粒介质具有一定流动性，可以不受各类复杂内腔结构的限制，具有高加工可达性，并且合适的加工工艺可大幅度提高零件的表面质量，显著降低劳动成本。但是，现有的磨粒流加工装备，存在以下缺点：

1.仍然采用半机械化加工，自动化程度低，需要加工人员实时监控；

2.各个表面加工不均匀，一致性较差；

3.同一零件不同方向的多个表面无法同时加工，加工效率低；

4.磨粒流体流向单一，流速偏低。只有与流体直接接触的工件表面才会受到真正的切削。

5.无法控制磨粒流磨削过程中与工件作用导致的磨粒流体温度升高，降低了磨粒介质的粘弹性，使光整加工效率和表面质量也会随之下降。

6.磨粒流喷射出口压力与实际加压压力存在偏差，使抛光不充分，精度下降，表面质量达不到要求。

7.磨粒介质在加工过程中易发生沉降，在流体中分布不均，降低光整加工构件表面质量的一致性。

8.高压强下的磨粒流体对工件表面冲击力过大，则可能导致零件表面损伤，降低零件表面质量。基于目前常规方法和传统磨粒流设备存在的一些问题，为实现激光增材制造金属构件复杂表面及内部结构的光整加工，本发明设计开发一种基于磨粒流技术改善增材制造复杂结构金属构件表面质量的方法及装置，用于高效、高质量、大批量、低成本的多表面一体化加工。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有抛光工艺的不足，提供一种磨粒流精密光整加工方法及装置。