[發明專利]針對增材制造金屬粗糙表面的多能場復合減材加工方法

在審

• 申請號: 202111116124.2
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113857596A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 劉洋;魯金忠;張朝陽;徐坤;朱浩;張新洲
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23H5/00
• 分類號: B23H5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了針對增材制造金屬粗糙表面的多能場復合減材加工方法，涉及特種加工技術中復合加工領域，將電火花放電加工、激光束掃描加工和電解加工三種非接觸式加工方法同時作用于工件表面從而實現工件的減材加工。具體的，在工具電極內部進行激光高速掃描以去除加工區氧化層并提高電解區域溫度；在工具電極外部進行高頻振動的放電加工以消除增材制造低精度表面的未融化的金屬顆粒和工件原始表面的氧化物；激光掃描和電火花放電加工內外結合共同為高效電解銑削加工掃除障礙，促進電解銑削加工的高效進行。本發明通過三種非接觸加工方式的高效融合，互相取長補短，可實現增材制造金屬粗糙表面快速減材加工。

技術領域

本發明涉及特種加工技術中復合加工領域，尤其涉及到一種針對增材制造金屬粗糙表面的多能場復合減材加工方法。

背景技術

為了減輕重量的同時保證強度，很多航空航天零部件為鈦合金薄壁件，比如航空發動機機匣和葉片等。這些鈦合金薄壁件在生產過程中材料去除率非常高，通常在70％以上，給機械減材制造帶來了巨大困難。

為了降低材料去除率、提高材料利用率和減輕后續減材加工的壓力，很多國家考慮采用增材制造技術進行鈦合金薄壁件的生產制造。但目前鈦合金增材制造技術存在加工效率與加工精度之間的矛盾。高速增材制造后的工件表面通常精度較低且非常粗糙。為了提高工件表面精度和降低表面粗糙度，必須對增材制造后的工件表面進行進一步的減材加工，目前這一步驟采用機械切削加工完成。但是，鈦合金材料本身屬于難切削加工材料，機械切削加工過程中刀具磨損十分嚴重，頻繁更換刀具降低了綜合加工效率和加工精度。此外，鈦合金薄壁件在機械切削加工中也容易發生輕微的變形最終導致零件的整體形狀精度降低。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種針對增材制造金屬粗糙表面的多能場復合減材加工方法，通過電火花放電加工、激光束掃描加工和速射流電解加工三種非接觸方式同時作用于加工表面，共同實現工件粗糙表面的高效減材，本發明方法提高了工件的表面質量。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

針對增材制造金屬粗糙表面的多能場復合減材加工方法，將電火花放電加工、激光束掃描加工和電解加工三種非接觸式加工方法同時作用于工件表面從而實現工件的減材加工。

進一步的，所述工件為增材制造的工件。

進一步的，所述電火花放電加工通過如下方式實現：金屬管電極外圈設有尼龍套，尼龍套外圈設置有銅合金電極或者銅電極；所述金屬管電極與銅合金電極或者銅電極之間相對運動，且銅合金電極或者銅電極與工件之間連接有第一脈沖電源。

進一步的，所述金屬管電極與工件之間連接有第二脈沖電源，激光束和電解液經金屬管電極中心到工件加工區域。

進一步的，所述銅合金電極或者銅電極以尼龍套為滑軌沿豎直方向高頻振動。

進一步的，所述金屬管電極為不銹鋼管電極。

進一步的，第一脈沖電源的電壓高于第二脈沖電源的電壓。

進一步的，由金屬管電極、尼龍套和銅合金電極或者銅電極嵌套而成的復合工具電極在增材制造的工件表面掃描移動，通過多種能量場復合同時作用于增材制造的工件待加工表面以實現減材加工；具體為：

復合工具電極掃描過程中，銅合金電極或者銅電極與增材制造的工件之間接通第一脈沖電源，同時銅合金電極或者銅電極以尼龍套為滑軌沿豎直方向高頻振動，對增材制造的工件待加工表面進行電火花放電加工以去除增材制造粗糙表面未融化的金屬顆粒和氧化層；

復合工具電極掃描過程中，激光束穿過高速流動的電解液在增材制造的工件加工表面高速掃描，快速去除增材制造的工件加工表面因電化學反應而形成的氧化物并提升加工區的溫度；