一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法

摘要

本发明提供了一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法，该选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法通过在利用SLM技术制造含内孔的金属零件的同时，在内孔对应成形出超声波振动棒，在金属零件成形后，继续成形出与内孔超声波振动棒相连的振动棒安装座，后续将振动棒安装座与超声波设备换能器相连，即可采用超声波振动抛光(加入磨料辅助)；本发明省去了超声波抛光工具制作的时间，可同时抛光多个内孔，成本低，效率高，并且对孔的适应性好，定位简单准确。

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种选择性激光熔化成形金属零 件的内孔抛光方法。

背景技术

选择性激光熔化成形(Selective Laser Melting，SLM)技术是利用金属 粉末在激光束的热作用下完全熔化、经散热冷却实现与固体金属冶金熔覆 成形的一种技术。SLM成形件的应用范围比较广，如机械领域的工具及模 具(微制造零件、微器件、工具插件、模具)、生物医疗领域的生物植入零件 或替代零件(齿、脊椎骨)、电子领域的散热器件、航空航天领域的超轻结构 件、梯度功能复合材料零件等。典型的利用SLM技术直接成形金属零件的 过程为：根据成形件的三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统控制激光 束作用于待成形区域内的粉末，一层扫描完毕后，活塞缸内的活塞下降一 个层厚距离；接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统铺展一层一定厚 度的粉末沉积于已成形层之上。然后，重复上述两个成形过程，直至所有 三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。这样三维CAD模型经逐层累积方 式直接成形金属零件。最后，活塞上推，清除多余的金属粉末，从成形装 备中取出零件，至此，SLM金属粉末直接成形金属零件的全部过程结束。

就当前的技术水平而言，采用SLM技术直接成形的金属零件，其内孔 表面粗糙度一般在20μm以上(取决于激光扫描参数和粉末粒度等工艺因 素)。然而，零件的表面质量对零件的使用性能、寿命和可靠性均有很大的 影响，与产品整机的性能及寿命也有非常大的关系。抛光是对零件及制品 表面进行光饰加工，其主要目的是去除前道工序的加工痕迹，改变零件表 面粗糙度，使产品获得光亮、光滑的表面。由于加工对象的材质各有不同、 形状多种多样，对表面粗糙度的要求也各不相同，因而，对抛光技术的要 求复杂多变。目前，国内广泛使用的抛光方法有数控滚压刀具抛光、射流 抛光、电火花抛光和超声波抛光等。

超声波抛光是利用抛光工具端面做超声频震动，迫使磨料悬浮液对硬 脆材料表面进行机械加工的一种方法；磨粒在超声震动下，以很多的速度 和加速度不断撞击加工表面，对加工表面的微凸部分进行微切削加工，从 而达到抛光的目的。超声波抛光的特点是抛光效率高，如果抛光时间足够 长，表面粗糙度可达0.03μm，但其要求有与被抛光孔壁面配合的抛光工具 (即振动棒)。目前超声波抛光时，针对不同尺寸和形状的内孔，都需要先 单独采用机械加工方法制作抛光工具，这样费时费力，成本高，延长了零 件加工的时间，限制了其大规模的工业应用；同时振动棒需要与通用超声 波换能器部件进行装配，并准确插到金属零件内孔中，对于有较多数量内 孔的金属零件而言，要么单独采用机械加工方法制作振动棒安装盘，要么 一次只能抛光一个孔，轮流抛光，因此振动棒的装夹、定位很难做到精确， 抛光效率很低。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种选择性激光熔化成形金 属零件的内孔抛光方法；该选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法 通过在利用SLM技术制造含内孔的金属零件的同时，在内孔对应成形出超 声波振动棒，在金属零件成形后，继续成形出与内孔超声波振动棒相连的 振动棒安装座，后续将振动棒安装座与超声波设备换能器相连，即可采用 超声波振动抛光(加入磨料辅助)；本发明省去了超声波抛光工具制作的时 间，可同时抛光多个内孔，成本低，效率高，并且对孔的适应性好，定位 简单准确。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法，其特征在于，包 括以下步骤：

(1)根据金属零件的CAD模型，设计与金属零件上的内孔相适应的 超声波振动棒；

(2)根据步骤(1)中设计的超声波振动棒的形状类型、尺寸大小、 数量及位置分布，设计与超声波振动棒相连的振动棒安装座；

(3)根据SLM技术加工原理，叠层制造出金属零件、超声波振动棒 和振动棒安装座。

(4)连接超声波抛光设备，设置抛光工艺参数，加入磨料，进行抛光， 得到抛光后的内孔。

优选的，步骤(1)中超声波振动棒的数量为一个或多个，所述超声波 振动棒与金属零件上的内孔一一对应。

优选的，步骤(1)中超声波振动棒的数量为一个或多个，金属零件上 形状尺寸相同的多个内孔对应同一个超声波振动棒。

优选的，步骤(2)中所述振动棒安装座与振动棒为一体结构。

优选的，步骤(2)中所述振动棒安装座与振动棒为分体式结构；所述 振动棒安装座上，在与金属零件上所有内孔的对应位置均设置有振动棒安 装孔。

优选的，步骤(4)中，若超声波振动棒的数量与金属零件上内孔的数 量相等，将金属零件、所有超声波振动棒和振动棒安装座以及超声波设备 连接，进行抛光；若超声波振动棒的数量小于金属零件上内孔的数量，则 首先将所有超声波振动棒安装到振动棒安装座的对应位置上，把金属零件、 超声波振动棒和振动棒安装座以及超声波设备连接，进行一次抛光过程； 之后，再选定下一个未抛光的内孔，将与该内孔对应的超声波振动棒安装 到振动棒安装座的对应位置上，进行抛光；如此反复进行，直至所有内孔 均抛光完毕。

本发明所述的选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法具体如下 有益效果：

1、与普通超声波抛光方法相比，本发明在制造金属零件的同时，也制 造出用于超声波抛光的振动棒和振动棒安装座，工序简单，省去了传统采 用机械加工方法单独制作抛光工具(振动棒和振动棒安装座)的步骤，缩 短了抛光周期，降低了抛光成本，大大缩短了内孔制造时间和成本。

2、与普通超声波抛光方法相比，本发明可以方便的将金属零件所有内 孔都对应制造出对应的超声波抛光振动棒，超声波安装座与振动棒可采用 一体化设计和加工，多个振动棒的相对位置、形状尺寸精确，无装配工序， 从而消除了定位误差问题；并且适合于各种大小的内孔，对材料也无任何 特殊要求。

附图说明

图1为本发明所述选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法的流 程图；

图2为本发明中金属零件、振动棒和振动棒安装座的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种选择性激光熔化成形金属零件的内孔抛光方法，如 图1、2所示，包括以下步骤：

(1)根据金属零件1的CAD模型，设计与金属零件1上的内孔相适 应的超声波振动棒2；设计方法与现有超声波振动棒的设计方法相同，要求 超声波振动棒2的形状和尺寸要与金属零件1的内孔的形状和尺寸相适应， 以用于超声波抛光过程。

所述超声波振动棒2的数量可以是多个，其数量及位置分布根据金属 零件1上内孔的数量及位置分布而定，也可以同一形状类型、尺寸大小的 多个内孔仅设计一个超声波振动棒2。

(2)根据步骤(1)中设计的超声波振动棒2的形状类型、尺寸大小、 数量及位置分布，设计与超声波振动棒2相连的振动棒安装座3；

对于超声波振动棒2的数量及位置分布与金属零件1上内孔的数量及 位置分布一致的情况，所述振动棒安装座3与振动棒2可以设计成一体结 构，也可以设计成分开式的装配结构。对于同一形状类型、尺寸大小的多 个内孔仅设计了一个超声波振动棒2的情况，所述振动棒安装座3上，必 须在与金属零件1上所有内孔的对应位置，均设计与其对应超声波振动棒2 匹配的振动棒安装孔。振动棒安装座3上还需要设计有与超声波设备匹配 的连接部件4，以便于抛光时与超声波设备换能器相连。

(3)根据SLM技术加工原理，叠层制造出金属零件1、超声波振动棒 2和振动棒安装座3。此为现有技术，本发明中不再赘述。

(4)连接超声波抛光设备，设置抛光工艺参数，加入磨料5，进行抛 光，得到抛光后的内孔。

对于超声波振动棒2的数量及位置分布与金属零件1上内孔的数量及 位置分布一致的情况，只需要将金属零件1、超声波振动棒2和振动棒安装 座3以及超声波设备连接好，进行对应的抛光过程即可；

对于同一形状类型、尺寸大小的多个内孔仅设计了一个超声波振动棒2 的情况，首先在同一形状类型、尺寸大小的多个内孔中，选定某个未抛光 的内孔，将超声波振动棒2安装到振动棒安装座3的对应位置上，然后把 金属零件1、超声波振动棒2和振动棒安装座3以及超声波设备连接好，进 行一次抛光过程；完成之后，再在同一形状类型、尺寸大小的多个内孔中， 选定下一个未抛光的内孔，将超声波振动棒2安装到振动棒安装座3的对 应位置上，把金属零件1、超声波振动棒2和振动棒安装座3以及超声波设 备连接好，再进行一次抛光过程；如此反复进行，直至所有内孔均抛光完 毕。