CN111618729A

CN111618729A - 振动光饰机、振动光饰处理方法、表面处理系统以及零件

Info

Publication number: CN111618729A
Application number: CN201910141017.1A
Authority: CN
Inventors: 周新民; 雷力明; 王威; 付俊
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-09-04

Abstract

本发明涉及振动光饰机、振动光饰处理方法、激光选区熔化成形零件的表面处理系统以及零件，其中，上述振动光饰机包括磨料缸，提供进行光饰处理的作业空间；工装，固定设置于所述作业空间内，用于将工件固定于所述作业空间，包括工装本体，与所述磨料缸相连；以及保护部，设置于所述工装本体，用于将工件的非加工面遮盖，使所述非加工面与光饰处理的磨料隔离，以保护工件，并露出工件的加工面。上述振动光饰机、振动光饰处理方法以及表面处理系统具有表面处理高精度、高效率的优点，经过所述振动光饰处理的零件具有表面质量好的优点。

Description

振动光饰机、振动光饰处理方法、表面处理系统以及零件

技术领域

本发明属于机械加工领域，尤其涉及一种振动光饰机、振动光饰处理方法以及零件。

背景技术

零件的在加工过程中，完成零件的成型后，需要对零件进行表面处理。例如对于激光选取熔化成型技术，其是3D打印工艺的一种，通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。作为近年来发展较快的快速制造工艺，具有材料利用率高、适用材料范围广、生产周期短、可制造复杂形状零件等优点，成形过程中为保证制件成形顺利，在对成形零件进行三维模型处理时，一般需在其某些悬空或倾斜结构的下部使用模型处理软件(例如Magics软件)生成支撑结构。在金属零件激光选区熔化成形过程中添加支撑结构主要目的为：防止在打印过程中成形零件的材料下坠，影响零件打印的成功率；支撑起到散热作用，可避免悬空面或倾斜面下部成形时散热速度太慢而导致金属粉末的球化、性能降低和表面缺陷的产生；支撑作为成形零件与金属基板的连接体，可提供给零件一定程度的拉力，避免成形过程中因零件自身应力过大导致的较大变形。为避免后续支撑与成形零件连接处强度过高，导致支撑难以去除或去除时对零件本体产生损伤，支撑上部一般设计成齿状结构，该设计可以弱化支撑与零件的连接，便于去除，但同时也使得支撑与零件的接触面积减小。在激光烧结零件下表面前几层时，由于该层烧结物下的网格支撑齿形成的实体接触面积有限，因此该处零件实体散热速度慢，在表皮几层粉末烧结后的球化现象明显，从而在成形件的支撑连接面表皮上会存在表皮裂纹、疏松、未熔粉末等缺陷。在零件使用过程中，表面缺陷是裂纹易萌生区，会影响零件性能和使用寿命，目前该类较规则平面上的缺陷，如圆环面、平面等可使用机械加工方法去除，而对于非规则自由曲面上缺陷的去除仍以手工去除为主，手工去除量一般为0.1～0.5mm。发明人在实践中发现，手工去除非规则自由曲面的表面缺陷以进行表面处理的方法，存在以下缺点：

1.人工去除容易对零件表面造成损伤，若操作不当会在零件表面留下较深的打磨痕；

2.人工打磨不同位置去除量难控制，特别是对于增材制造中一些薄壁类零件结构，例如非规则自由曲面的薄壁类零件结构，若操作不当易出现打磨量不够或者打磨后壁厚过薄；

3.人工去除工艺难以固化，或工艺固化后执行因人而异，导致加工过程稳定性较差。

另外，发明人还发现，采用振动光饰机进行表面处理，例如采用专利文献US3877178A振动光饰机进行零件的表面处理，易造成对零件的整体损伤，尤其对于薄壁零件而言，其非加工面的易受到破坏，导致零件的报废。

因此，本领域需要一种振动光饰机以及振动光饰处理方法对零件进行表面处理。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种振动光饰机。

本发明的一个目的是提供一种激光选区熔化成形零件的表面处理系统。

本发明的一个目的是提供一种振动光饰处理方法。

本发明的一个目的是提供一种零件。

根据本发明一个方面的一种振动光饰机，包括磨料缸，提供进行光饰处理的作业空间。该振动光饰机还包括工装，固定设置于所述作业空间内，用于将工件固定于所述作业空间，包括工装本体，与所述磨料缸相连；以及保护部，设置于所述工装本体，用于将工件的非加工面遮盖，使所述非加工面与光饰处理的磨料隔离，以保护工件，并露出工件的加工面。

在所述振动光饰机的实施例中，所述保护部包括仿形面，所述仿形面可与工件的非加工面贴合，以对其进行遮盖。

在所述振动光饰机的实施例中，所述工装还包括连接于所述工装本体位于第一方向的两端的第一夹持件以及第二夹持件，以夹持工件使其固定于所述工装。

在所述振动光饰机的实施例中，所述工装本体与所述第一夹持件以及第二夹持件可拆卸连接。

在所述振动光饰机的实施例中，所述工装本体与所述磨料缸之间可拆卸连接。

在所述振动光饰机的实施例中，所述磨料缸为柱形缸体，多个所述工装以所述磨料缸的中心为圆心呈圆形布置。

在所述振动光饰机的实施例中，该振动光饰机为卧式振动光饰机。

根据本发明另一方面的一种激光选区熔化成形零件的表面处理系统，包括以上任一项所述的振动光饰机。

根据本发明又一方面的一种振动光饰处理方法，包括设置工装，所述工装包括保护部，将工件的非加工面通过工装的保护部进行遮盖，使非加工面与光饰处理的磨料隔离，并露出工件的加工面；采用所述工装，将工件固定安装于振动光饰机的作业空间内。

根据本发明再一方面的一种零件，所述零件采用上述的振动光饰处理方法进行表面处理。

综上，本发明的有益效果包括通过对成形后的零件进行固定以及对非加工面的保护，实现了采用振动光饰机对零件，尤其激光选区熔化成形件的表面处理，保证了表面处理的效率以及精度，避免了采用钳工处理的各种问题，例如钳工去除时金属渣、粉尘在工作场所的扩散，从而消除了该工序对操作人员身体金属粉尘的危害，改善了车间环境以及表面的去除量是难以控制，残留过多对于零件结构属多余物，对后续表面缺陷的检测、表面粗糙度控制、零件尺寸检测都会产生影响等诸多问题。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是工装的一实施例的结构示意图。

图2是振动光饰机的一实施例的结构示意图。

图3是根据图2俯视视角的结构示意图。

图4是振动光饰处理的一实施例的流程图。

图5是进行振动光饰处理的一实施例前后的零件表面形貌对比图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

参考图1至图3，在一些实施例中，振动光饰机以卧式振动光饰机100为例，包括磨料缸101以及工装102。在磨料缸101提供进行振动光饰处理的作业空间，振动光饰机100还包括工装102，固定设置于磨料缸101提供的作业空间内，用于将工件1固定于作业空间，工件1以进行了激光选区熔化成形的零件为例，工件1的表面2存在激光选区熔化成形后的支撑连接痕或零件表面缺陷，即表面2为工件1的加工面，表面21为工件1的非加工面。工装102包括与磨料缸101相连的工装本体3以及设置于工装本体3的保护部10，保护部10用于将工件1的非加工面21遮盖，使非加工面21与光饰处理的磨料隔离，以在进行振动光饰处理过程中保护工件1，并露出工件1的加工面2。在作业空间中设置对工件1进行固定的工装102以及保护非加工面21的保护部10，其有益效果在于，使得振动光饰机内光饰磨具(磨料与流体)形成的流场对工件1的加工面2产生较强冲刷力，以达到良好的表面处理的效果，但此时形成的流场不会对非加工面21形成较大的磨损变形。实现了采用振动光饰机100对工件，尤其激光选区熔化成形件的表面处理，去除零件表面残留支撑连接痕或零件表面缺陷，保证了表面处理的效率以及精度，避免了采用现有技术的振动光饰机造成零件损坏的问题，也避免了进行钳工处理的各种问题，例如钳工去除时金属渣、粉尘在工作场所的扩散，从而消除了该工序对操作人员身体金属粉尘的危害，改善了车间环境以及表面的去除量是难以控制，残留过多对于零件结构属多余物，对后续表面缺陷的检测、表面粗糙度控制、零件尺寸检测都会产生影响等诸多问题。

继续参考图1，在一些实施例中，保护部10对非加工面21进行遮盖的具体结构可以是，保护部10包括仿形面11，仿形面11可与工件1的非加工面21贴合，以对其进行遮盖。可以理解到，还存在其它的结构对非加工面进行遮盖。例如保护部10中开设一凹槽，凹槽的长宽尺寸与工件1的长宽尺寸相同以，深度大于等于工件1的高度，将工件1容置于凹槽中，也可以起到对非加工面遮盖的作用。采用仿形面11与非加工面21贴合的保护结构的优点在于，保护效果好，且与工件1的形状完全相同，无需另外再次建模，节省了设计时间。

继续参考图1，工装102还包括连接于工装本体3位于第一方向的两端的第一夹持件6以及第二夹持件7，以夹持工件1使其固定于工装102。第一方向可以是如图1所示的工装本体3的长度方向，但不以此为限，也可以是宽度方向。本领域技术人员可以理解，还存在其它的固定工件1于工装102的结构，例如设置凹槽将工件1与工装本体3卡合连接等结构。采用夹持的结构进行固定，固定较为可靠，且易于进行工件的安装拆卸操作。具体地，工装本体3与第一夹持件6以及第二夹持件7可以采用如图1所示的一实施例中的通过螺纹连接结构可拆卸连接，第一夹持件6以及第二夹持件7设置有通孔8，使用螺钉9将第一夹持件6以及第二夹持件7分别连接于工装本体3的螺纹孔5。采用可拆卸连接的方式方便对于夹持件进行夹持厚度等参数的微调，也方便夹持件的更换以及维护。继续参考图1，在一些实施例中，工装本体3固定于磨料缸101的具体方式可以是如图1所示的一实施例中的通过螺纹孔4连接结构的可拆卸连接，但不以此为限，也可以是焊接等不可拆卸连接，采用可拆卸连接的有益效果在于可以根据不同的工件以及表面处理要求灵活调整工装102在作业空间内部的具体位置，以优化表面处理的效果。

如图2、图3所示，在一些实施例中，卧室振动光饰机的100的磨料缸101的形状为圆柱形缸体，作业空间内包括有多个工装102，可以一次同时进行多个工件的表面处理。多个工装102以柱形磨料缸101的中心为圆心呈圆形布置，包括在圆柱形的底面以及侧面均以磨料缸101的中心为圆心呈圆形布置。其有益效果在于可以保证多个工件1的每个所受到的光饰磨料冲刷环境相似，且受到的冲刷力较大，实际加工中，可根据光饰磨料缸22的空间，将工装本体3的高度进行优化，以确保振动光饰处理过程中工件1在磨料缸内的流场中受到更强的冲刷力，以提高表面处理的效率。

采用如图1至图3所示的一实施例的振动光饰机进行工件的振动光饰表面处理的一实施例如下：

工件为激光选区熔化成形的油杆下端面为加工面，振动光饰机的容积为150L，所用磨料为圆柱形棕刚玉，磨料直径4mm，长度5mm，工装本体3的高度为70～100mm，加工参数见表1所述，加工面在经过振动光饰的表面处理前后纵向端面如图5所示，其中a图为加工前样件，其下端面含较多未平整特征，在右侧有较大凹陷形缺陷，缺陷尺寸在100～600μm之间，b图为加工后纵截面图，其表面无大尺寸缺陷，不平整特征尺寸在50～200μm，表面缺陷数量和尺寸改善明显。

表1试验件加工参数

光饰时间	振动频率	注水间隔时间	注水量	换向间隔时间
					15h	50Hz	10min	40L	10min

综上，结合图4，进行振动光饰处理的方法可以包括：设置工装，其包括保护部，将工件的非加工面通过工装的保护部进行遮盖，使非加工面与光饰处理的磨料隔离，并露出工件的加工面。具体的加工步骤可以是，将待加工零件安装于工装，再将工装安装于振动光饰机内，选取加工磨料的规格，设置加工参数，进行加工。

综上，采用上述实施例的振动光饰机、振动光饰处理方法的有益效果包括通过对成形后的零件进行固定以及对非加工面的保护，实现了采用振动光饰机对零件，尤其激光选区熔化成形件的表面处理，保证了表面处理的效率以及精度，避免了采用钳工处理的各种问题，例如钳工去除时金属渣、粉尘在工作场所的扩散，从而消除了该工序对操作人员身体金属粉尘的危害，改善了车间环境以及表面的去除量是难以控制，残留过多对于零件结构属多余物，对后续表面缺陷的检测、表面粗糙度控制、零件尺寸检测都会产生影响等诸多问题。而经过上述实施例的振动光饰处理方法处理的工件，具有表面缺陷少、质量好等有点。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims

1.一种振动光饰机，包括磨料缸，提供进行光饰处理的作业空间，其特征在于，该振动光饰机还包括：

工装，固定设置于所述作业空间内，用于将工件固定于所述作业空间，包括：

工装本体，与所述磨料缸相连；以及

保护部，设置于所述工装本体，用于将工件的非加工面遮盖，使所述非加工面与光饰处理的磨料隔离，以保护工件，并露出工件的加工面。

2.如权利要求1所述的振动光饰机，其特征在于，所述保护部包括仿形面，所述仿形面可与工件的非加工面贴合，以对其进行遮盖。

3.如权利要求2所述的振动光饰机，其特征在于，所述工装还包括连接于所述工装本体位于第一方向的两端的第一夹持件以及第二夹持件，以夹持工件使其固定于所述工装。

4.如权利要求3所述的振动光饰机，其特征在于，所述工装本体与所述第一夹持件以及第二夹持件可拆卸连接。

5.如权利要求1所述的振动光饰机，其特征在于，所述工装本体与所述磨料缸之间可拆卸连接。

6.如权利要求1所述的振动光饰机，其特征在于，所述磨料缸为柱形缸体，多个所述工装以所述磨料缸的中心为圆心呈圆形布置。

7.如权利要求1所述的振动光饰机，其特征在于，该振动光饰机为卧式振动光饰机。

8.一种激光选区熔化成形零件的表面处理系统，其特征在于，包括：

包括如权利要求1至7中任一项所述的振动光饰机。

9.一种振动光饰处理方法，其特征在于，包括：

设置工装，所述工装包括保护部，将工件的非加工面通过工装的保护部进行遮盖，使非加工面与光饰处理的磨料隔离，并露出工件的加工面；

采用所述工装，将工件固定安装于振动光饰机的作业空间内。

10.一种零件，其特征在于，所述零件采用如权利要求9所述的振动光饰处理方法进行表面处理。