CN114192802A - 一种增材制造钛合金结构表面抛光方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种增材制造钛合金结构表面抛光方法及装置，涉及钛合金增材制造技术领域，所述方法包括：S1：增材钛合金异形结构，得到异形试件；S2：对所述异形试件进行预处理，使其表面粗糙度达到预定值；S3：在搅拌、电解和微颗粒的共同作用下，对预处理后的所述异形试件进行协同抛光。本发明提供的一种增材制造钛合金结构表面抛光方法及装置，借助搅拌、电解等离子和微颗粒综合作用对经过预处理的钛合金试验件进行协同抛光，有效改善了增材制造钛合金制件表面质量。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金增材制造领域，尤其涉及一种增材制造钛合金结构表面抛光方法及装置。
背景技术
增材制造是目前最具发展潜力的快速成型技术，利用此技术可以制造以往难于机械加工或铸造的复杂合金部件。由于增材制造技术应用层叠式堆砌技术，层与层之间易于存在“沟壑”，表面易于粘附熔渣、熔球等，使增材制件表面粗糙度较大。钛合金因具有高比强度、良好的断裂韧性、抗蠕变性及优异的耐腐蚀性能而被广泛用于航天航空关键零部件。随着增材制造技术的推广，对增材制造技术应用，特别是钛合金增材制件表面质量的要求也越来越高。因此，提出一种提高增材制造钛合金制件表面质量的协同方法，具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种增材制造钛合金结构表面抛光方法及装置，借助搅拌、电解等离子和微颗粒综合作用对经过预处理的钛合金试验件进行协同抛光，有效改善了增材制造钛合金制件表面质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
根据本发明的第一方面，提供了一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，包括：
S1：增材钛合金异形结构，得到异形试件；
S2：对所述异形试件进行预处理，使其表面粗糙度达到预定值；
S3：在搅拌、电解和微颗粒的共同作用下，对预处理后的所述异形试件进行协同抛光。
进一步的，所述S2具体包括：
S21：清理异形试件表面粉末，并对其进行退火处理；
S22：对退火后的异形试件表面进行打磨或喷砂处理，使其表面粗糙度达到预定值。
进一步的，所述粗糙度的预定值为Ra3.2-Ra12.5。
进一步的，所述S3具体包括：
S31：将预处理后的异形试件浸入含有微颗粒的抛光液中；
S32：对抛光液进行搅拌，使微颗粒与异形试件摩擦，同时接通电源，使零件表面凸起位置与抛光液接触，加上高压电流作用时，形成汽化层。
进一步的，所述S32中的搅拌速度为100-3000rpm，搅拌量50L。
进一步的，所述抛光液为高氯酸与醋酐二者的混合溶液，或高氯酸溶液、甲醇与乙二醇三者的混合溶液，或高氯酸、乙醇和冰醋酸三者的混合溶液。
进一步的，所述微颗粒包括金刚石颗粒、碳化物硬质颗粒、氧化物硬质颗粒或氮化物硬质颗粒中的一种或多种。
进一步的，所述微颗粒的硬度为莫氏硬度5.5-10，粒度为500-1000μm。
进一步的，所述异形结构包括内流道结构、薄壁结构、弯管结构、支架结构和曲面结构中的一种或多种。
根据本发明的第二方面，提供了一种增材制造钛合金异形产品表面抛光装置，所述装置用于实现上述的抛光方法，包括：
抛光模块，其内部设有异形试件及含有微颗粒的抛光液；
搅拌模块，设在所述抛光模块底部；
电源模块，其负极与所述异形试件的上端连接，正极与所述抛光模块的外壁连接。
相对于现有技术，本发明所述的一种增材制造钛合金结构表面抛光方法及装置，具有如下优势：
本发明提供一种提高增材制造钛合金制件表面质量的方法及装置。充分利用搅拌+ 微颗粒+电解等离子的协同作用实现1+1+1＞3的抛光作用，能够有效降低增材制造钛合金试验件内外表面粗糙度，提升增材制造钛合金制件内外表面质量。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明的协同抛光方法流程示意图。
图2为本发明的协同抛光装置结构示意图。
其中，1-异形试件；2-抛光液；3-抛光池；4-汽化层；5-微颗粒；6-搅拌装置；7-电源。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
多个，包括两个或者两个以上。
和/或，应当理解，对于本发明中使用的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本发明提供了一种提高增材制造钛合金制件表面质量的协同方法。
利用UG三维建模软件和Magics前处理软件，打印不同的异形结构钛合金试验件。将经过预处理的钛合金试验件进行协同抛光，进一步改善增材制造钛合金制件表面质量。
本发明的技术解决方案，一种提高增材制造钛合金表面质量的协同方法，通过以下步骤实现：
步骤1：设计钛合金异形结构
异型结构可以是内流道结构、薄壁结构、弯管结构、支架结构、曲面结构。
步骤2：打印钛合金异形结构试验件
钛合金可以是TA钛合金、TB钛合金、TC钛合金。
步骤3：执行协同抛光
先将试验件进行预处理，预处理可以是自动打磨，也可以是喷砂，其目的是将试验件的内外表面粗糙度达到Ra3.2-Ra12.5，再将试验放入协同抛光设备中进行抛光。
步骤4：粗糙度测试
将试验件抛光后进行干燥，然后采用触针式粗糙度扫描仪测试Ra。
此外，还提供了一种增材制造钛合金异形产品表面抛光装置，所述装置用于实现上述的抛光方法，包括：
抛光模块，其内部设有异形试件及含有微颗粒的抛光液；
搅拌模块，设在所述容器模块底部；
电源模块，其负极与所述异形试件的上端连接，正极与所述抛光模块的外壁连接。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的协同抛光方法包括如下步骤：
步骤1：设计异形结构
从待打印件中提取出异形结构，利用UG三维软件建模，得到异形试件模型。
步骤2：异形结构钛合金试验件打印
打开增材制造前处理软件Magics，在Magics软件平台修复模型，摆放异形试件模型位置，准备打印程序并将其导入打印设备，采用固定参数进行打印。
步骤3：抛光前处理
用气枪吹异形试件1，清理包裹异形试件1的金属粉末。将清理后的异形试件连同基板，一起放入真空热处理炉，进行真空退火去应力。采用线切割方法分离异形试件和基板。将钛合金异形试件在自动打磨设备/喷砂设备中进行内外表面预处理。
步骤4：协同抛光
1)将预处理后的异形试件浸入协同抛光设备中，借助搅拌、电解等离子和微颗粒综合作用，将异形试件表面凸起去除；
2)搅拌速度为2000rpm，搅拌量50L；
3)抛光液是高氯酸溶液+甲醇+乙二醇；
4)微颗粒是金刚石颗粒。微颗粒硬度为莫氏硬度10，微颗粒粒度为20-100μm；
5)将预处理后的试验件浸入协同抛光设备中，进行抛光处理。抛光过程由三种作用累加，分别是搅拌作用，颗粒去除作用和等离子电解作用。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供的协同抛光装置如下：
在抛光池3底部安装高速搅拌电机6，抛光池3内部设有异形试件1和抛光液2，抛光液中含有微颗粒5。
在搅拌电机6的作用下，抛光池3中抛光液2和微颗粒5能够高速旋转，带走异形试件1表面被去除的毛刺和汽体，同时赋予微颗粒5动能。
微颗粒5在抛光液2带动下，与异形试件1凸起部位碰撞、摩擦，微颗粒5为硬质相，可实现去除异形试件1表面毛刺。
将电源7正极接至钛合金异形试件1，负极接至抛光池3，接通电源7，异形试件1 表面凸起位置与抛光液2接触，加上高压电流作用时，形成汽化层4，同时异形试件1 表面凸起位置与抛光液2也存在置换反应。当形成汽化层速度大于化学反应速度时，实现凸起被去除的效果。
以上三种作用累加后，实现零件表面被抛光。
上面结合附图对本发明的实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，包括：
S1：增材钛合金异形结构，得到异形试件；
S2：对所述异形试件进行预处理，使其表面粗糙度达到预定值；
S3：在搅拌、电解和微颗粒的共同作用下，对预处理后的所述异形试件进行协同抛光。
2.根据权利要求1所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述S2具体包括：
S21：清理异形试件表面粉末，并对其进行退火处理；
S22：对退火后的异形试件表面进行打磨或喷砂处理，使其表面粗糙度达到预定值。
3.根据权利要求1所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述粗糙度的预定值为Ra3.2-Ra12.5。
4.根据权利要求1所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31：将预处理后的异形试件浸入含有微颗粒的抛光液中；
S32：对抛光液进行搅拌，使微颗粒与异形试件摩擦，同时接通电源，使零件表面凸起位置与抛光液接触，加上高压电流作用时，形成汽化层。
5.根据权利要求4所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述S32中的搅拌速度为1000rpm-5000rpm，搅拌抛光液体积范围10L-100L。
6.根据权利要求4所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述抛光液为高氯酸与醋酐二者的混合溶液，或高氯酸溶液、甲醇与乙二醇三者的混合溶液，或高氯酸、乙醇和冰醋酸三者的混合溶液。
7.根据权利要求4所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述微颗粒包括金刚石颗粒、碳化物硬质颗粒、氧化物硬质颗粒或氮化物硬质颗粒中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述微颗粒的硬度为莫氏硬度5.5-10，粒度为10-1000μm。
9.根据权利要求1所述的一种增材制造钛合金异形结构表面抛光方法，其特征在于，所述异形结构包括内流道结构、薄壁结构、弯管结构、支架结构和曲面结构中的一种或多种。
10.一种增材制造钛合金异形产品表面抛光装置，其特征在于，所述装置用于实现如权利要求1～9任一项所述的抛光方法，包括：
抛光模块，其内部设有异形试件及含有微颗粒的抛光液；
搅拌模块，设在所述抛光模块底部；
电源模块，其负极与所述异形试件的上端连接，正极与所述抛光模块的外壁连接。
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