CN110496964B - 一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备 - Google Patents

一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备 Download PDF

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Abstract

本发明属于增材制造后处理技术领域，具体涉及一种激光选区熔化成形中空点阵翼舵类产品内腔震动清粉及内表面精整设备。该设备通过使用震动旋转系统、粉末清理动力及回收系统和内表面精整系统，能够有效解决目前激光选区熔化成形翼面产品手工敲击清理内腔残余清粉以及内表面质量差的问题，可以实现翼面类中空点阵复杂结构内腔残余粉末的高效快速清理，大大提高清粉效率和保证内腔残余粉末的清粉质量。本发明将电化学工作站集成到设备中，能够实现翼面内表面电化学抛光，提升整个翼面内腔表面质量。

Description

一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整 的设备
技术领域
本发明属于增材制造后处理技术领域，具体涉及一种用于激光选区熔化成形中空点阵翼舵类产品内腔震动清粉及内表面精整的设备。
背景技术
激光选区熔化成形技术通过聚焦精细激光光源选择性照射预先铺展好的金属粉末，逐层堆积成三维金属零件。相对于传统铸锻技术，激光选区熔化成形技术具有能够获得快速凝固的非平衡组织，内部晶粒细小，综合力学性能优异、可成形任意结构复杂的零部件等诸多优点，为飞行器结构轻量化、拓扑优化设计和制造提供了新的思路，成为航空航天领域先进制造的重要发展方向。
飞行器翼面类结构的传统制备工艺为骨架蒙皮铸造+机加+蒙皮焊接，存在材料利用率低，批次稳定性差，生产周期长等问题。基于轻量化和结构功能一体化理念，利用激光选区熔化成形技术实现了含中空点阵飞行器翼面一体化结构设计与制造。但是，激光选区熔化成形过程中激光选择性熔化预先铺展好的金属粉末，在未被激光照射的内腔区域粉末会滞留在内腔腔体中。因此，翼面内腔中会存留金属粉末，这些成形过程中的残留粉末影响产品质量，并且由于内表面无法喷砂打磨，表面质量较差。因此，需要通过后处理工艺清理粉末、提升内表面质量。目前，国内外尚没有针对全封闭复杂内腔结构内腔粉末清理的有效办法，这种中空点阵翼面类复杂构件成形后的内腔粉末目前采用人工敲击方式清除粉末且内表面无法处理，不仅耗费大量的人力物力，同时无法保证清粉及内表面质量，限制了激光选区熔化成形增材制造技术在一体化成形翼面类产品的应用。
基于目前采用人工方法清理中空内腔粉末存在的效率低、清粉质量无法保证的问题，本发明提出一种激光选区熔化成形中空点阵翼舵类产品内腔震动清粉及内表面精整设备，以实现翼面类中空点阵复杂结构内腔残余粉末快速清理以及内表面质量提升。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备，以解决如何实现翼面类中空点阵复杂结构内腔残余粉末快速清理以及内表面质量提升的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备，该设备包括工作台、震动旋转台、震动电机、旋转电机、压缩空气发生器、工件支撑架、压紧工装、收粉缸、电化学抛光工作站、进气管、出气管、阳极管路、阴极管路和三通开关；其中，
工作台是震动清粉及内表面精整设备的主框架，在工作台下方中心安装有旋转电机，在工作台下方两侧安装有两个对称的震动电机；在工作台上方安装有震动旋转台；
震动旋转台与震动电机、旋转电机构成震动旋转系统，在粉末清理过程中，通过震动电机、旋转电机带动震动旋转台进行无规则上下以及回转运动，保证翼面产品内腔粉末清理干净；
工件支撑架与压紧工装，分别用于摆放和固定翼面产品，保证在震动旋转清粉过程中产品不发生偏移和脱落；
压缩空气发生器、进气管、出气管、收粉缸构成粉末清理动力及回收系统，在粉末清理过程中一方面通过震动旋转系统使产品进行无规则上下、回转运动，另一方面同步通过压缩空气发生器及进气管向翼面产品中空内腔吹压缩空气，使得翼面产品中空内腔粉末在压缩空气作用下通过出气管排出至收粉缸中；
电化学抛光工作站、阳极管路、阴极管路、三通开关构成内表面精整系统；当翼面产品内腔粉末清理完成后，调节三通开关，使得进气管和出气管关闭，阳极管路、阴极管路及电化学抛光工作站、翼面产品形成电化学回路，进行电化学抛光，提升翼面产品内表面的表面质量。
(三)有益效果
本发明提出的用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备，包括工作台、震动旋转台、震动电机、旋转电机、压缩空气发生器、工件支撑架、压紧工装、收粉缸、电化学抛光工作站、进气管、出气管、阳极管路、阴极管路和三通开关。
本发明通过使用震动旋转系统、粉末清理动力及回收系统和内表面精整系统，能够有效解决目前激光选区熔化成形翼面产品手工敲击清理内腔残余清粉以及内表面质量差的问题，可以实现翼面类中空点阵复杂结构内腔残余粉末的高效快速清理，大大提高清粉效率和保证内腔残余粉末的清粉质量。本发明将电化学工作站集成到设备中，能够实现翼面产品内表面电化学抛光，提升整个翼面产品内腔表面质量。
本发明为增材制造含复杂内部结构产品残余粉末及内表面质量提升提供了解决途径。
附图说明
图1为本发明实施例用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备，其结构如图1所示。该设备包括工作台1、震动旋转台2、震动电机4、旋转电机5、压缩空气发生器6、工件支撑架3、压紧工装7、收粉缸10、电化学抛光工作站12、进气管8、出气管9、阳极管路14、阴极管路15和三通开关13。
其中，工作台1是震动清粉及内表面精整设备的主框架，在其下方中心安装有旋转电机5，下方两侧安装有两个对称的震动电机4；在其上方安装有震动旋转台2及其他装备。
震动旋转台2与震动电机4、旋转电机5构成震动旋转系统，在粉末清理过程中，通过震动电机4、旋转电机5带动震动旋转台2进行无规则上下以及回转运动，保证翼面产品11内腔粉末清理干净。
工件支撑架3与压紧工装7，分别用于摆放和固定翼面产品11，保证在震动旋转清粉过程中翼面产品11不发生偏移和脱落。
压缩空气发生器6、进气管8、出气管9、收粉缸10构成粉末清理动力及回收系统，在粉末清理过程中一方面通过震动旋转系统使产品进行无规则上下、回转运动，另一方面同步通过压缩空气发生器6及进气管8向翼面产品11中空内腔吹压缩空气，使得翼面产品11中空内腔粉末在压缩空气作用下通过出气管9排出至收粉缸10中。
电化学抛光工作站12、阳极管路14、阴极管路15、三通开关13构成内表面精整系统。当翼面产品11内腔粉末清理完成后，调节三通开关13，使得进气管8和出气管9关闭，阳极管路14、阴极管路15及电化学抛光工作站12与翼面产品11形成电化学回路，进行电化学抛光，提升翼面产品内表面的表面质量。
本实施例所针对的翼面产品为通过增材制造工艺制备的一体化中空点阵复杂翼面产品，为保证激光选区熔化成形过程封闭腔粉末全部导出，在骨架上通过开工艺通粉孔；内腔添加点阵结构用于支撑蒙皮，提升整体结构刚度，同时在成形过程增加散热作用。
本实施例设备的具体工作过程如下：
1、翼面产品固定
将带有通粉孔的激光选区熔化成形翼面产品11放在工件支撑架3上，通过压紧工装7将产品固定。将进气管8同产品进气口连接，出气管9同产品出气口连接，使得压缩空气发生器6、进气管8、翼面产品11的内腔、出气管9、收粉缸10形成通路。
2、粉末清理
开启震动电机4和旋转电机5，震动旋转台2做上下震动同时伴随回转运动，震动旋转台2带动工件支撑架3同步运动，从而工件支撑架3上的翼面产品11同步运动。打开压缩空气发生器6，翼面产品11中空内腔中的残余粉末在压缩空气的吹力下通过进气管8出入翼面产品内腔，通过出气管9进入收粉缸10中。在压缩空气作用的同时附加震动旋转作用，保证翼面产品中空腔体内腔残余粉末清理彻底。
3、翼面产品清粉检测
粉末清理10min，关闭震动电机4、旋转电机5以及空气发生器6。取下翼面产品进行第一次称重；然后将翼面产品重新固定在工件支撑架3上，重复进行步骤2，执行粉末清理10min。关闭震动电机4、旋转电机5以及空气发生器6，取下翼面产品进行第二次称重。若两次重量一致，则进行X光检测，通过底片观察残留粉末情况：若发现内腔局部有残余粉末，返回重新进行步骤2；若无残余粉末则表明中空点阵翼面产品内腔残余粉末清理干净。
4、内表面抛光前处理
当翼面产品内腔残余粉末清理干净后，将翼面产品11重新固定在工件支撑架3上，通过三通开关13将原清粉管路关闭，打开电化学抛光工作站12的阳极管路14和阴极管路15，使得电化学抛光工作站12、阳极管路14、翼面产品11的内腔、阴极管路15之间形成回路。
5、内表面抛光
开启电化学抛光工作站12，向电化学回路中通入电化学抛光液，通过电化学抛光原理进行翼面产品11的内表面抛光，直至翼面产品11的内腔表面粘附凸出粉末清理干净，表面质量达到要求。
6、翼面产品内表面吹干
关闭电化学抛光工作站12，关闭三通开关13，使得空气发生器6、进气管8、翼面产品11、出气管9、收粉缸10重新形成回路。开启空气发生器6，将电化学抛光过程残留在翼面产品内腔中的残余抛光液吹入收粉缸中，保证翼面产品内腔干燥无残留抛光液。由此，完成翼面产品内腔清粉及表面处理。
通过执行步骤1～6，能够实现激光选区熔化成形中含复杂点阵内腔结构振动清粉及表面精整。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于激光选区熔化成形产品内腔震动清粉及内表面精整的设备，其特征在于，所述设备包括工作台、震动旋转台、震动电机、旋转电机、压缩空气发生器、工件支撑架、压紧工装、收粉缸、电化学抛光工作站、进气管、出气管、阳极管路、阴极管路和三通开关；其中，
所述工作台是震动清粉及内表面精整设备的主框架，在工作台下方中心安装有所述旋转电机，在工作台下方两侧安装有两个对称的所述震动电机；在工作台上方安装有所述震动旋转台；
所述震动旋转台与震动电机、旋转电机构成震动旋转系统，在粉末清理过程中，通过所述震动电机、旋转电机带动所述震动旋转台进行无规则上下以及回转运动，保证翼面产品内腔粉末清理干净；
所述工件支撑架与压紧工装，分别用于摆放和固定翼面产品，保证在震动旋转清粉过程中产品不发生偏移和脱落；
所述压缩空气发生器、进气管、出气管、收粉缸构成粉末清理动力及回收系统，在粉末清理过程中一方面通过所述震动旋转系统使产品进行无规则上下、回转运动，另一方面同步通过所述压缩空气发生器及进气管向翼面产品中空内腔吹压缩空气，使得翼面产品中空内腔粉末在压缩空气作用下通过所述出气管排出至所述收粉缸中；
所述电化学抛光工作站、阳极管路、阴极管路、三通开关构成内表面精整系统；当翼面产品内腔粉末清理完成后，调节三通开关，使得所述进气管和出气管关闭，所述阳极管路、阴极管路及电化学抛光工作站、翼面产品形成电化学回路，进行电化学抛光，提升翼面产品内表面的表面质量。
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