CN114713854A - 一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，喷淋头装置的进液口连接抛光液供给装置，抛光液供给装置提供抛光液，同时对抛光液进行加热，使抛光液保持在最佳的工作温度，待处理零件连接电源阳极，抛光液连接电源阴极，采用喷淋头装置控制喷淋头喷淋方向，使抛光液能够作用至待处理零件表面，利用旋转装置带动待处理零件转动，本发明通过喷淋头装置与变位旋转装置组成相对转动的喷流结构，将抛光液喷出形成液体射流与工件相接触来进行抛光，不仅能实现对中小型金属工件抛光处理，而且还能对大尺寸且具有常规形状、细长形状及其他大型复杂形状的工件的进行抛光，本装置能够实现持续高速抛光，大大提高了抛光效率。

Description

一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置
技术领域
本发明属于粉末床熔融成形技术领域，具体涉及一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置。
背景技术
电解质等离子抛光是一种针对金属工件的“绿色”抛光方法，既可以高效地抛光形状复杂的工件，抛光过程中也不会产生难于处理的废液，可以取代机械抛光、化学抛光和电解抛光等传统的抛光方法，解决机械抛光难于处理形状复杂的工件和化学抛光、电解抛光常常要面对的废液处理困难的问题，同时抛光过程中不存在宏观力，不会在工件表面留下微裂纹和残余应力而影响工件寿命。可以使用电解质等离子抛光技术加工不锈钢、低碳钢、大部分铜合金、一部分铝合金和少部分钛合金。
电解质等离子抛光基本原理：抛光工件作为阳极，电解质溶液和电解槽作为阴极。在抛光的过程中保持合适的电压值，此时抛光表面可形成完全隔离抛光液和抛光工件的气体层，气体层被击穿时放电通道会更多地在工件表面微观凸起的位置形成，从而使凸起位置的材料去除量大于其他位置，实现工件表面的抛光。
而目前抛光主要针对小工件表面进行电解质等离子抛光，针对大型的零件抛光采用的辅助电解质等离子抛光装置，效率低，对于复杂且孔径小、深度长的内孔工件无法进行抛光处理，并且在抛光过程中存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，以克服现有技术的不足。
一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，包括变位旋转装置、喷淋头装置和抛光液供给装置，喷淋头装置用于控制喷淋头喷淋方向，使抛光液能够作用至待处理零件表面，待处理零件固定于变位旋转装置上，利用旋转装置带动待处理零件转动，喷淋头装置固定于变位旋转装置上方，喷淋头装置的进液口连接抛光液供给装置，抛光液供给装置提供抛光液，同时对抛光液进行加热，使抛光液保持在最佳的工作温度，抛光过程中，待处理零件连接电源阳极，抛光液连接电源阴极。
优选的，变位旋转装置包括变位支架，变位支架底部固定有驱动电机，驱动电机的输出端连接有转动工作台，转动工作台上设置有用于装夹待处理零件的装夹部。
优选的，转动工作台与变位支架之间设置有绝缘板层。
优选的，驱动电机的输出端通过变速器连接转动工作台，转动工作台与绝缘板层之间设置有滑动滚珠。
优选的，转动工作台上设置集水槽，转动工作台的一侧设置集水口，集水口连通集水槽。
优选的，喷淋头装置上设有用于测定喷淋头装置和待处理零件距离的位置传感器。
优选的，转动工作台通过导电装置连接电源阳极，导电装置固定于变位支架上。
优选的，喷淋头装置通过机械臂固定于机械臂桁架上，机械臂桁架的上端和侧壁分别设置一个喷淋头装置。
优选的，机械臂采用六自由度机械臂。
优选的，抛光液供给装置包括抛光液槽和输送泵，输送泵的输送进液管伸入抛光液槽内，输送泵连接喷淋头装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，采用喷淋头装置控制喷淋头喷淋方向，使抛光液能够作用至待处理零件表面，待处理零件固定于变位旋转装置上，利用旋转装置带动待处理零件转动，喷淋头装置固定于变位旋转装置上方，喷淋头装置的进液口连接抛光液供给装置，抛光液供给装置提供抛光液，同时对抛光液进行加热，使抛光液保持在最佳的工作温度，待处理零件连接电源阳极，抛光液连接电源阴极，本发明通过喷淋头装置与变位旋转装置组成相对转动的喷流结构，将抛光液喷出形成液体射流与工件相接触来进行抛光，不仅能实现对中小型金属工件抛光处理，而且还能对大尺寸且具有常规形状、细长形状及其他大型复杂形状的工件的进行抛光，本装置能够实现持续高速抛光，大大提高了抛光效率。
优选的，变位旋转装置包括变位支架，变位支架底部固定有驱动电机，驱动电机的输出端连接有转动工作台，转动工作台上设置有用于装夹待处理零件的装夹部。
优选的，转动工作台与变位支架之间设置有绝缘板层，提高了转动工作台工作安全性。
优选的，驱动电机的输出端通过变速器连接转动工作台，转动工作台与绝缘板层之间设置有滑动滚珠，结构简单，传输稳定。
优选的，转动工作台上设置集水槽，转动工作台的一侧设置集水口，集水口连通集水槽，有利于抛光液的回收再利用。
优选的，喷淋头装置上设有用于测定喷淋头装置和待处理零件距离的位置传感器，提高抛光控制精度。
优选的，喷淋头装置通过机械臂固定于机械臂桁架上，机械臂桁架的上端和侧壁分别设置一个喷淋头装置，可实现多方位的抛光。
附图说明
图1为本发明实施例中后处理装置主视图。
图2为本发明实施例中后处理装置侧视图。
图3为本发明实施例中后处理装置俯视图。
图4为本发明实施例中变位旋转装置结构示意图。
图5为本发明实施例中处理零件对比图。
图中，1、变位旋转装置；2、喷淋头装置；3、抛光液供给装置；4、待处理零件；5、变位支架；6、驱动电机；7、转动工作台；8、装夹部；9、绝缘板层；10、变速器；11、集水槽；12、导电装置；13、机械臂；14、机械臂桁架；15、抛光液槽；16、输送泵；17、控制柜；18、流量计。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，包括变位旋转装置1、喷淋头装置2和抛光液供给装置3，喷淋头装置2用于控制喷淋头喷淋方向，使抛光液能够作用至待处理零件4表面，待处理零件4固定于变位旋转装置1上，利用旋转装置1带动待处理零件4转动，喷淋头装置2固定于变位旋转装置1上方，喷淋头装置2的进液口连接抛光液供给装置3，抛光液供给装置3提供抛光液，同时对抛光液进行加热，使抛光液保持在最佳的工作温度，抛光过程中，待处理零件4连接电源阳极，抛光液连接电源阴极。
如图2至图4所示，变位旋转装置1包括变位支架5，变位支架5底部固定有驱动电机6，驱动电机6的输出端连接有转动工作台7，转动工作台7上设置有装夹部8，通过装夹部8将待处理零件4装夹于转动工作台7上，利用转动工作台7上带动待处理零件4转动，喷淋头装置2的喷淋头喷出的抛光液能够直接作用于待处理零件4表面。
具体的，为了提高待处理零件4抛光过程中的稳定性，避免漏电情况，在转动工作台7下端设置有绝缘板层9，绝缘板层9设置于转动工作台7与变位支架5之间。
如图2所示，本申请变位支架5采用双层结构，变位支架5的下层固定有驱动电机6，驱动电机6的输出端通过变速器10连接转动工作台7，变速器10设置于变位支架5的双层结构中间，变速器10的输出端连接转动工作台7，转动工作台7底部设置有绝缘板层9，转动工作台7与绝缘板层9之间设置有滑动滚珠，减小转动工作台7转动摩擦力，同时提高转动工作台7的工作稳定性，确保工作中的安全。
转动工作台7上设置集水槽11，转动工作台7的一侧设置集水口，集水口连通集水槽11，用于导流抛光液，对抛光液进行回收重复利用。
喷淋头装置2上设有位置传感器，用于在抛光过程中实时测定喷淋头装置2和待处理零件4的距离并反馈给控制系统，控制系统控制柔性机械臂的运动，使抛光过程中喷淋头与工件保持一定工作距离，防止与工件相撞。
如图4所示，转动工作台7通过导电装置12连接电源阳极，导电装置12固定于变位支架5上，变位支架5的上端设置通孔环形槽，导电装置12的一端穿过变位支架5上端的通孔环形槽与转动工作台7接触，导电装置12的另一端连接阳极。
如图3所示，喷淋头装置2通过机械臂13固定于机械臂桁架14上，机械臂桁架14采用门型架，机械臂桁架14的上端和侧壁分别设置一个喷淋头装置2，机械臂桁架14上端的喷淋头装置2的喷淋头用于伸入待处理零件4内部对待处理零件4的避免进行抛光处理，机械臂桁架14侧壁的喷淋头装置2用于对待处理零件4的外部表面进行抛光处理。
变位旋转装置1、喷淋头装置2和抛光液供给装置3的外部设置有安全防护网，用于安全防护，安全防护网采用钢丝网/方管制作，配合门锁，组成安全护栏，有效的将设备工作区域隔离开，达到有效防护机械臂的目的；并且使安全门锁和设备达成安全互锁，当安全门被打开时设备将自动停止运行。
机械臂13采用六自由度机械臂，能够实现多自由度的转动，针对不同方位角上的表面进行抛光处理。
喷淋头装置2的喷淋头连接金属管道，通过金属管道连接于抛光液供给装置3，机械臂13带动喷淋头装置2的喷淋头在待处理零件4表面运动进行抛光作业。转动工作台7通过驱动电机6驱动，转动工作台7与变位支架5进行绝缘处理，待处理零件4放置在转动工作台7上，通过转动工作台7上的装夹部8夹紧固定,装夹部8采用卡口结构或者抓盘结构，根据不同的待处理零件，采用不同的装夹部8。
抛光液供给装置3包括抛光液槽15和输送泵16，输送泵16的输送进液管伸入抛光液槽15内，输送泵16连接喷淋头装置，实现抛光液的输送，抛光液槽15内设置有恒温加热系统，抛光液在抛光液槽15内加热到设定温度，并保持在一定的温差范围内，通过输送泵16将抛光液输送给喷淋头装置；输送泵16的输送管道上设有流量计18。
机械臂桁架14的一侧设置有两个控制柜17，控制柜17内设置有控制器，控制柜17设置于安全区域。具体操作过程中，人工或使用吊装工具将待处理零件4放置转动工作台7上，并使用装夹部8将待处理零件4固定，操作人员离开工作区域，并将安全防护网关闭，安全锁上锁。在操作台开启总电源，使每个工位上电，对抛光液开始加热，当抛光液温度上升到设定值并保持在一定温差范围，输送泵16开始工作，输送抛光液至喷淋头装置2的喷淋头，机械臂13开始动作，转动工作台7旋转，按照预设的运动轨迹喷淋头在工件表面运动，喷淋头喷出的抛光液因阴阳极放电作用，在工件表面形成等离子态气体层，并对零件表面的微观和宏观凸起处放电，从而达到对零件表面光洁度的处理。
本发明通过多自由度的机械臂固定的喷淋头装置将抛光液喷出形成液体射流，并与工件相接触来进行抛光，不仅能实现对中小型金属工件抛光处理，而且能对大尺寸且具有常规形状、细长形状及其他大型复杂形状的工件的进行抛光。抛光液由喷淋头定量喷出，且不需要抛光槽就能实现电解质等离子抛光，与现有的抛光设备相比，可以减少抛光液的用量，从而降低生产成本。
抛光过程通过控制系统来精确控制抛光液的流量和喷淋头的移动速度及喷淋头与工件的距离，能获得较好的表面抛光效果。本发明设置两套喷淋头装置2分别由多自由度的机械臂控制，分别对应抛光处理工件的内表面和外表面，这样可以大大的增加生产效率。
本发明的抛光液采用低浓度中性盐溶液，抛光过程中产生的废水只是含有等离子抛去的金属，污染特别小，因此，它还是一种准绿色的抛光方法，加工成本低，对于机械抛光无法加工的具有复杂形状的零件，电解质等离子抛光能够获得一致性很好的加工表面。本发明加工原理是气体放电与化学作用的复合反应，不会与零件表面发生直接接触，因此不会产生微裂纹和残余应力，延长了零件的使用寿命。本发明主要应用于对不锈钢、铜合金、铝合金、钛合金等金属零部件的抛光、去毛刺，可以解决航天领域中诸如阀体去毛刺等难题。
如图5所示，对尺寸直径4cm，长度5cm~直径75cm,长度150cm范围内，材料为304不锈钢的零件抛光，图5中右侧的为未抛光的零件图，左侧为抛光后的零件图，通过本发明的方法，能够使工件同一位置平均每分钟粗糙度降低1um（原始粗糙度Ra=5um左右），抛光粗糙度满足：Ra＜1um。

Claims (10)

1.一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，包括变位旋转装置（1）、喷淋头装置（2）和抛光液供给装置（3），待处理零件（4）固定于变位旋转装置（1）上，喷淋头装置（2）固定于变位旋转装置（1）上方，喷淋头装置（2）的进液口连接抛光液供给装置（3），抛光液供给装置（3）提供抛光液，同时对抛光液进行加热，待处理零件（4）连接电源阳极，抛光液连接电源阴极。
2.根据权利要求1所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，变位旋转装置（1）包括变位支架（5），变位支架（5）底部固定有驱动电机（6），驱动电机（6）的输出端连接有转动工作台（7），转动工作台（7）上设置有用于装夹待处理零件（4）的装夹部（8）。
3.根据权利要求2所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，转动工作台（7）与变位支架（5）之间设置有绝缘板层（9）。
4.根据权利要求3所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，驱动电机（6）的输出端通过变速器（10）连接转动工作台（7），转动工作台（7）与绝缘板层（9）之间设置有滑动滚珠。
5.根据权利要求2所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，转动工作台（7）上设置集水槽（11），转动工作台（7）的一侧设置集水口，集水口连通集水槽（11）。
6.根据权利要求1所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，喷淋头装置（2）上设有用于测定喷淋头装置（2）和待处理零件（4）距离的位置传感器。
7.根据权利要求2所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，转动工作台（7）通过导电装置（12）连接电源阳极，导电装置（12）固定于变位支架（5）上。
8.根据权利要求1所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，喷淋头装置（2）通过机械臂（13）固定于机械臂桁架（14）上，机械臂桁架（14）的上端和侧壁分别设置一个喷淋头装置（2）。
9.根据权利要求8所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，机械臂（13）采用六自由度机械臂。
10.根据权利要求1所述的一种复杂曲面激光粉末床熔融成形表面后处理装置，其特征在于，抛光液供给装置（3）包括抛光液槽（15）和输送泵（16），输送泵（16）的输送进液管伸入抛光液槽（15）内，输送泵（16）连接喷淋头装置（2）。
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