[發明專利]一種用于激光增材構件內壁的增材-拋光一體化加工方法

在審

• 申請號: 201711462798.1
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108274123A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 管迎春;聶世琳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/352;B33Y10/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明一種用于激光增材構件內壁的增材?拋光一體化加工方法。該方法可應用于各類激光增材制造零件的內壁表面拋光，在激光增材制造過程中，在完成一段增材加工之后，利用增材制造設備的激光器直接對這段增材零件的內壁表面進行拋光，利用激光處理快速獲得平整光潔的內壁表面，完成拋光之后，再進行下一段的增材加工，從而實現增材?拋光加工的一體化工藝。通過在增材過程中進行拋光加工，在待拋光內壁表面增材制造完成后進行即時的拋光，能夠實現對深凹槽、深孔結構、大拐點結構、密封器件等傳統拋光手段無法處理的內壁表面進行拋光處理。通過分段增材?拋光的加工方式，能夠較容易地實現大面積、復雜形狀、高深寬比乃至封閉腔體的內壁拋光。

技術領域

本發明涉及一種用于激光增材構件內壁的增材-拋光一體化加工方法。可將該方法廣泛應用于激光增材制造的各類金屬零件的內壁表面拋光處理，利用激光拋光處理快速獲得更小粗糙度的平整內壁表面。屬于機械加工技術領域。

背景技術

激光增材制造技術是上世紀80年代才發展起來的一項先進制造技術。該技術基于離散/堆積成形原理，將制件三維CAD模型進行切片分層處理，使其轉換成厚度很薄的二維平面模型，采用大功率激光器，通過數控系統控制工作臺按照分層軟件給定的路徑進行逐點、逐線、逐層掃描，使材料粉末熔化并層層疊加，從而實現結構復雜零件的無模具、快速、全致密的成型。

目前采用激光增材制造技術成型的零件致密度可達99％以上，其力學性能已優于鑄件。但目前增材制造零件表面粗糙度一般仍在10μm～50μm之間，而機械精加工表面粗糙度能夠達到2.5μm以下。另一方面，在許多應用領域對增材制造零件表面粗糙度有較高的要求，故對增材制造零件的后續表面拋光加工不可或缺。

目前改善增材制造零件表面質量的拋光技術主要有機械拋光、電化學拋光、磨粒流拋光等。傳統的機械拋光如砂輪拋光、皮帶拋光和滾筒拋光等，其材料去除效率高，成本低廉，但其可加工區域受工藝所限，適用于平面等簡單的外表面拋光，對內表面和復雜表面則極難加工。電化學拋光技術利用陽極氧化犧牲的原理實現對陽極工件的拋光，其優點在于對表面形狀要求低，適用范圍廣，但它只適用于金屬零件拋光，目前還存在表面平整度不夠高、晶界腐蝕等問題，拋光過程使用的化學溶液可能造成的環境污染問題也尚待解決。磨粒流拋光是通過夾具配合工件形成加工通道，兩個相對的磨料缸使磨料在這個通道中來回擠動，磨料均勻而漸進地對通道表面或邊角進行研磨，完成拋光加工。加工過程中磨料必須構成通路，因此磨粒流工藝不適用于盲孔和磨料流道無法形成通路的工件和部位的拋光加工。

激光拋光是一種新型的獲得材料表面高光潔度的熱加工方法。這項工藝內在本質是激光加熱引起的材料表層重熔。無論是在宏觀尺度或微觀尺度進行的激光拋光工藝，材料粗糙表面經激光加熱融化后形成的熔池在表面張力和重力的多向作用下，熔池內熔融材料通過流動將會重新分配在初始位置周圍，從而在快速凝固后使絕大多數粗糙表面的峰谷高度差減小，由此獲得對粗糙表面的拋光效果。但現有激光拋光技術作為一種后處理手段，拋光范圍仍受到加工表面位置和光路限制，難以實現對腔體內表面等的拋光加工。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于激光增材構件內壁的增材-拋光一體化加工方法，以解決現有技術中存在的問題，該方法可廣泛應用于各類激光增材制造零件的表面拋光，在激光增材制造過程中，利用增材制造設備的激光器直接對增材零件表面進行拋光，利用激光處理快速獲得平整光潔的零件表面，實現增材-拋光加工的一步成型。

本發明提出一種用于激光增材構件內壁的增材-拋光一體化加工方法，流程如圖1所示，具體包括如下步驟：

(1)確定增材制造零件的三維建模模型：本發明中的三維建模模型是激光同軸送粉熔融沉積加工的激光加工頭運動成型模型，并且在需要激光拋光加工的內表面按高度設置分段插入斷點，并在各段斷點之間插入激光拋光的掃描路徑，最終用于增材制造機床加工的三維模型。

(2)將激光器的激光參數調至增材加工所需參數，調整送粉設備的送粉速率，啟動送粉設備和激光器，進行增材制造加工，運行至預設的斷點，暫停；