[發明專利]一種3D打印金屬零件用手持式表面光整加工裝置

在審

• 申請號: 202110987520.6
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113770240A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 邱鵬;鄭成凱;徐玉綴;閆明;陳德成
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: B21D31/06
• 分類號: B21D31/06
• 代理公司: 南京千語知識產權代理事務所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰;祁文彥

本發明屬于光整加工技術領域，具體涉及一種3D打印金屬零件用手持式表面光整加工裝置，利用超聲波沖擊擠壓件，使擠壓件產生超聲機械振動，將超聲機械振動和超聲波沖擊強化結合，使工具頭在工件表面形成超聲滾壓動作，從而對工件表面進行擠壓塑性變形，有效降低了3D打印金屬零件表面粗糙度和改善表面性能，也大大減少了對零件本身的破壞。

技術領域

本發明屬于光整加工技術領域，具體涉及一種3D打印金屬零件用手持式表面光整加工裝置。

背景技術

3D打印技術可以彌補傳統制造業無法順利制造的復雜零件，具有不需模具和制造成本對設計的復雜性不敏感的特點，因此逐漸流行。但是制約金屬3D打印發展的瓶頸之一是表面粗糙度，表面粗糙度易引起應力集中，對零件靜態力學性能影響最大，劣化3D打印金屬零件耐磨性、耐蝕性、疲勞強度等，從而限制3D打印技術在航空航天、汽車工業和石油化工等領域的推廣，尤其是航空航天領域大型復雜金屬零件的制備與應用。造成表面粗糙度高的主要因素是表面未完全熔化的粉末顆粒和計算機模型與切片策略之間不匹配引起的臺階效應。因此，將3D打印技術與合適的表面處理技術結合，提高金屬表面精度，突破3D打印技術在汽車、航空航天領域的瓶頸。

目前，研究者通過機加工、噴丸、化學腐蝕等手段改善表面粗糙度，如ThéoPersenot(參見Persenot T，Martin G，Dendievel R，et al.Enhancing the tensileproperties of EBM as-built thin parts：effect of HIP and chemical etching[J].Materials Characterization，2018，143：82-93.)等以TC4ELI球形粉末為原料，采用EBM技術制備了標稱尺寸為Φ2×10mm的圓柱形拉伸試樣，研究了熱等靜壓(HIP)、化學腐蝕、HIP+化學腐蝕3種后處理方法對樣品性能的影響。研究表明，化學腐蝕對降低樣品表面粗糙度也有顯著作用。雖然機加工、噴丸、化學腐蝕等手段可以改善表面粗糙度，但在一定程度上損壞了零件本身或降低零件性能。

發明內容

本發明提供了一種3D打印金屬零件用手持式表面光整加工裝置，利用超聲波沖擊擠壓件，使擠壓件產生超聲機械振動，以對工件表面進行擠壓。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種3D打印金屬零件用手持式表面光整加工裝置，包括：外殼；超聲波發生器，連接外殼的一側；擠壓件，位于外殼的另一側；超聲波調節機構，位于外殼的內部，其兩端分別與超聲波發生器、擠壓件相接；其中所述超聲波發生器通過超聲波調節機構對擠壓件進行超聲波沖擊，以使擠壓件產生超聲機械振動，對工件表面進行擠壓。

進一步，所述外殼為槍式結構，包括：互相垂直設置的手持部和安裝部；其中所述安裝部內設有容納超聲波調節機構的第一空腔；所述擠壓件和所述超聲波發生器分別連接在第一空腔的兩端。

進一步，所述擠壓件包括：工具頭座，其一端可拆卸安裝在外殼上；工具頭，活動安裝在工具頭座的相對另一端；其中所述工具頭為球形，適于在工件表面滾動的同時通過超聲波的沖擊產生超聲機械振動，以在工件表面形成超聲滾壓動作。

進一步，所述工具頭座呈圓椎體狀，其大徑端通過內螺紋連接所述安裝部，其小徑端通過卡接孔安裝所述工具頭。

進一步，所述超聲波調節機構包括：超聲波換能器，位于所述第一空腔內；超聲波變幅桿，連接在超聲波換能器的一側；其中所述工具頭適于在超聲滾壓動作時與超聲波變幅桿抵觸，以通過超聲波變幅桿調整超聲波換能器與工具頭之間的負載匹配。

進一步，所述第一空腔內分布有間隔設置的若干圓環和圓片；所述超聲波換能器適于穿過所述圓環；所述超聲波換能器的一端抵在圓片上，其相對另一端與安裝部的端部齊平；以及所述超聲波換能器的一端通過超聲波輸出線穿過圓片上的圓孔與超聲波發生器連接。

進一步，所述工具頭座內開設有適于容納超聲波變幅桿的第二空腔；所述超聲波變幅桿適于穿過第二空腔，以與工具頭接觸。