CN109108414A - 航空航天3d打印件异形孔内表面光整加工的设备及工艺 - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
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Abstract
本发明属于表面光整加工技术领域，尤其是涉及一种航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备及工艺，其中设备特征在于包括机架，设置在此机架上的移动夹持部分，设置在机架上的电机及超声辅助部分，设置在机架上的研磨部分，移动夹持部分包括设置在丝杠，电机，导轨，横向滑移板，纵向滑移板，虎钳夹持台，绝缘垫，电机及超声辅助部分包括直流电源、超声波发生器和蠕动泵，与超声波发生器相连接的铜棒。本发明相对于传统的对航空航天3D打印件孔内表面抛光，本装置可以降低工人的工作强度，保证工件形状精度的一致性，防止工人吸入金属粉尘；另外利用本装置对航空航天3D打印件孔内表面抛光还可以避免化境污染，其成本较为低廉。
Description
技术领域
本发明属于表面光整加工技术领域，尤其是涉及一种航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备及工艺。
背景技术
随着3D打印技术的发展，3D打印技术及其产品已经被广泛应用于工业生产中。3D打印技术具有节省材料；不需刀具、夹具、机床，且容易成型；可以利用计算机三维软件进行设计制造等优点。但是3D打印产品特别是金属类的3D打印产品其内表面会在打印结束后形成一层高硬度的熔融层残留，由于熔融层残留形成于工件内部所以较难去除，因为熔融层残留的存在导致了3D打印件内表面质量极差，也正是这个因素导致了3D打印件难以继续扩展应用领域。如飞机以及许多军用设备的某些零部件用3D打印技术制造完成后其内表面不能保证高质量的表面精度。目前，针对大多数3D打印件不规则表面的抛光，企业多数仍停留在人工使用砂纸打磨的状态，使用砂纸打磨使工人很容易将微小颗粒吸入肺中，进而对工人的身体健康产生影响，此外人工砂纸打磨很难保证产品的一致性。另一种方法是化学酸洗法，化学抛光会造成严重的污染环境，且高酸度的化学材料对人体是很有伤害的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以有效提高3D打印件内表面质量，去除内表面残留的3D打印熔融层残留，降低内表面粗糙度值的航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备及工艺。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的一种航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备，其特征在于包括机架，设置在此机架上的移动夹持部分，设置在所述机架上的电机及超声辅助部分，设置在所述机架上的研磨部分，
所述的移动夹持部分包括设置在所述机架上的丝杠，与此丝杠相连接的电机，设置在所述机架上的导轨，与此导轨滑动连接且与所述丝杠螺纹连接的横向滑移板，设置在此横向滑移板上部且与所述横向滑移板滑动连接的纵向滑移板，设置在所述机架上的虎钳夹持台，设置在此虎钳夹持台夹持面上的绝缘垫，
所述的电机及超声辅助部分包括设置在所述纵向滑板上的直流电源、超声波发生器和蠕动泵，与所述直流电源的正极相连接的导线Ⅰ，与所述直流电源的负极相连接的导线Ⅱ，与所述蠕动泵相连接的电解液输送管，与所述超声波发生器相连接的铜棒，
所述的研磨部分包括与所述的超声波发生器相连接的仿形磁极，设置在待加工件内部的磁性研磨颗粒。
所述的仿形磁极通过连接环与所述的超声波发生器相连接。
所述的绝缘垫表面设有防滑纹路。
一种利用航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备的工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）组装工序
首先将待加工的用航空航天3D打印件夹持在虎钳夹持台上，将仿形磁极通过连接环与超声波发生器连接，直流电源通过导线Ⅰ将电源正极连接到被虎钳夹持台固定的航空航天3D打印件上，电源的负极则由导线Ⅱ穿过仿形磁极上的线路孔与电解液接触，其电解液是由蠕动泵通过电解液输送管连接到仿形磁极的线路孔上，并将其输送到待加工的用航空航天3D打印件的加工区域；
（2）准备及研磨工序
移动横向滑板和纵向滑板使仿形磁极导入航空航天3D打印件异形孔内，调整横向滑板和纵向滑板的研磨位置使吸附着磁性研磨颗粒的仿形磁极与待加工面紧密贴合；开启蠕动泵将电解液输送到航空航天3D打印件加工区域，开启电机控制横向滑板移动，并将横向滑板的行程设置为略小于航空航天3D打印件异形孔深度的长度，使航空航天3D打印件异形孔内表面能够被充分磨削；电解液接触到加工表面并接入直流电源后，航空航天3D打印件的待加工表面会形成一层很薄且强度远小于工件基体的钝化膜；仿形磁极吸附磁性磨粒形成有一定强度的磁力刷，并通过仿形磁极在航空航天3D打印件异形孔中做直线运动对工件表层的钝化膜去除，如此循环往复最终达到对航空航天3D打印件3异形孔内表面精磨抛光；
（3）粗加工工序
粗加工时电解液的硝酸钠浓度为25%、电解电压20V、仿形磁极往复移动速度为3mm/s，超声波发生器超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动；目的是加快去除工件材料速度，提高研磨效率；
（4）精加工工序
精加工时电解液的硝酸钠浓度为20%、电解电压17V、仿形磁极往复移动速度为5mm/s，超声波发生器超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动；目的是使工件加工表面得到很好的表面精度。
本发明的优点：
本发明的航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备及工艺，相对于传统的对航空航天3D打印件孔内表面抛光，本装置可以降低工人的工作强度，保证工件形状精度的一致性，防止工人吸入金属粉尘；另外利用本装置对航空航天3D打印件孔内表面抛光还可以避免化境污染，其成本较为低廉。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明对钝化膜的磨削示意图。
图3为本发明绝缘垫形状特点示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2和3所示，本发明的一种航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备，其特征在于包括机架，设置在此机架上的移动夹持部分，设置在所述机架上的电机及超声辅助部分，设置在所述机架上的研磨部分，
所述的移动夹持部分包括设置在所述机架上的丝杠13，与此丝杠13相连接的电机10，设置在所述机架上的导轨9，与此导轨9滑动连接且与所述丝杠13螺纹连接的横向滑移板11，设置在此横向滑移板11上部且与所述横向滑移板11滑动连接的纵向滑移板12，设置在所述机架上的虎钳夹持台2，设置在此虎钳夹持台2夹持面上的绝缘垫1，
所述的电机及超声辅助部分包括设置在所述纵向滑板12上的直流电源6、超声波发生器7和蠕动泵8，与所述直流电源6的正极相连接的导线Ⅰ4，与所述直流电源6的负极相连接的导线Ⅱ19，与所述蠕动泵8相连接的电解液输送管5，与所述超声波发生器7相连接的铜棒15，
所述的研磨部分包括与所述的超声波发生器7相连接的仿形磁极14，设置在待加工件内部的磁性研磨颗粒16。
所述的仿形磁极14通过连接环与所述的超声波发生器7相连接。
所述的绝缘垫1表面设有防滑纹路。航空航天3D打印件3夹持在虎钳夹持台2上需要垫有绝缘垫1来防止触电，并将绝缘垫1与航空航天3D打印件3接触的面设计为有防滑纹路，以增大夹持工件时的夹持力。
一种利用航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备的工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）组装工序
首先将待加工的用航空航天3D打印件3夹持在虎钳夹持台2上，将仿形磁极14通过连接环与超声波发生器7连接，直流电源6通过导线Ⅰ4将电源正极连接到被虎钳夹持台2固定的航空航天3D打印件3上，电源的负极则由导线Ⅱ19穿过仿形磁极14上的线路孔与电解液17接触，其电解液17是由蠕动泵8通过电解液输送管5连接到仿形磁极14的线路孔上，并将其输送到待加工的用航空航天3D打印件3的加工区域；
（2）准备及研磨工序
移动横向滑板11和纵向滑板12使仿形磁极14导入航空航天3D打印件3异形孔内，调整横向滑板11和纵向滑板12的研磨位置使吸附着磁性研磨颗粒16的仿形磁极14与待加工面紧密贴合；开启蠕动泵8将电解液17输送到航空航天3D打印件3加工区域，开启电机10控制横向滑板11移动，并将横向滑板11的行程设置为略小于航空航天3D打印件3异形孔深度的长度，使航空航天3D打印件3异形孔内表面能够被充分磨削；电解液17接触到加工表面并接入直流电源6后，航空航天3D打印件3的待加工表面会形成一层很薄且强度远小于工件基体的钝化膜18；仿形磁极14吸附磁性研磨颗粒16形成有一定强度的磁力刷，并通过仿形磁极14在航空航天3D打印件3异形孔中做直线运动对工件表层的钝化膜18去除，如此循环往复最终达到对航空航天3D打印件3异形孔内表面精磨抛光；
（3）粗加工工序
粗加工时电解液17的硝酸钠浓度为25%、电解电压20V、仿形磁极14往复移动速度为3mm/s，超声波发生器7超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动；目的是加快去除工件材料速度，提高研磨效率；
（4）精加工工序
精加工时电解液17的硝酸钠浓度为20%、电解电压17V、仿形磁极14往复移动速度为5mm/s，超声波发生器7超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动；目的是使工件加工表面得到很好的表面精度。精加工时材料去除量小，航空航天3D打印件3孔内表面的形状精度一般不会改变，磁极设计成与航空航天3D打印件2异形内孔缩小的类似形，且将电解线路、电解液管路和仿形磁极14拟合一起形成一个多功能的磁极。
本发明利用电化学和超声波来提高航空航天3D打印件3异形孔内表面的磨削效率。电化学和超声波各自提高磨削效率的原理在于：电化学的电解液17在航空航天3D打印件3异形孔内表面电解之后，会使工件研磨表面形成一层很薄且强度低于工件基体的钝化膜18，以至于在后续的研磨中很容易将钝化膜18去除；超声波振动是利用超声发生器7所产生的超声波振动对该装置有两方面功能，一是超声振动可以增加间歇性研磨压力从而提高研磨效率，二是超声振动会使仿形磁极14所吸附的磁性研磨磨粒16不断翻滚、更替，使之与工件直接接触的磁性研磨磨粒16不断更新，以防止同一层研磨粒子研磨时间过长、导致研磨粒子磨削韧钝化而影响研磨效率，另外将超声波发生器7的超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动。
本发明的航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备及工艺，相对于传统的对航空航天3D打印件孔内表面抛光，本装置可以降低工人的工作强度，保证工件形状精度的一致性，防止工人吸入金属粉尘；另外利用本装置对航空航天3D打印件3孔内表面抛光还可以避免化境污染，其成本较为低廉。
Claims (4)
1.一种航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备，其特征在于包括机架，设置在此机架上的移动夹持部分，设置在所述机架上的电机及超声辅助部分，设置在所述机架上的研磨部分，
所述的移动夹持部分包括设置在所述机架上的丝杠，与此丝杠相连接的电机，设置在所述机架上的导轨，与此导轨滑动连接且与所述丝杠螺纹连接的横向滑移板，设置在此横向滑移板上部且与所述横向滑移板滑动连接的纵向滑移板，设置在所述机架上的虎钳夹持台，设置在此虎钳夹持台夹持面上的绝缘垫，
所述的电机及超声辅助部分包括设置在所述纵向滑板上的直流电源、超声波发生器和蠕动泵，与所述直流电源的正极相连接的导线Ⅰ，与所述直流电源的负极相连接的导线Ⅱ，与所述蠕动泵相连接的电解液输送管，与所述超声波发生器相连接的铜棒，
所述的研磨部分包括与所述的超声波发生器相连接的仿形磁极，设置在待加工件内部的磁性研磨颗粒。
2.根据权利要求1所述的航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备，其特征在于所述的仿形磁极通过连接环与所述的超声波发生器相连接。
3.根据权利要求1所述的航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备，其特征在于所述的绝缘垫表面设有防滑纹路。
4.一种利用航空航天3D打印件异形孔内表面光整加工的设备的工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）组装工序
首先将待加工的用航空航天3D打印件夹持在虎钳夹持台上，将仿形磁极通过连接环与超声波发生器连接，直流电源通过导线Ⅰ将电源正极连接到被虎钳夹持台固定的航空航天3D打印件上，电源的负极则由导线Ⅱ穿过仿形磁极上的线路孔与电解液接触，其电解液是由蠕动泵通过电解液输送管连接到仿形磁极的线路孔上，并将其输送到待加工的用航空航天3D打印件的加工区域；
（2）准备及研磨工序
移动横向滑板和纵向滑板使仿形磁极导入航空航天3D打印件异形孔内，调整横向滑板和纵向滑板的研磨位置使吸附着磁性研磨颗粒的仿形磁极与待加工面紧密贴合；开启蠕动泵将电解液输送到航空航天3D打印件加工区域，开启电机控制横向滑板移动，并将横向滑板的行程设置为略小于航空航天3D打印件异形孔深度的长度，使航空航天3D打印件异形孔内表面能够被充分磨削；电解液接触到加工表面并接入直流电源后，航空航天3D打印件的待加工表面会形成一层很薄且强度远小于工件基体的钝化膜；仿形磁极吸附磁性磨粒形成有一定强度的磁力刷，并通过仿形磁极在航空航天3D打印件异形孔中做直线运动对工件表层的钝化膜去除，如此循环往复最终达到对航空航天3D打印件3异形孔内表面精磨抛光；
（3）粗加工工序
粗加工时电解液的硝酸钠浓度为25%、电解电压20V、仿形磁极往复移动速度为3mm/s，超声波发生器超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动；目的是加快去除工件材料速度，提高研磨效率；
（4）精加工工序
精加工时电解液的硝酸钠浓度为20%、电解电压17V、仿形磁极往复移动速度为5mm/s，超声波发生器超声振动方向设置为切向振动和法向振动同时振动；目的是使工件加工表面得到很好的表面精度。
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