增材制造金属零件表面抛光装置及方法

摘要

本发明公开了增材制造金属零件表面抛光装置及方法，包括用于放置抛光介质的工作舱；所述工作舱内设置有用于夹持待抛光金属零件的旋转平台和夹具，所述旋转平台和夹具在竖直方向平行设置，所述旋转平台与电机的动力输出轴连接；所述工作舱通过多个液压缸支承；所述工作舱内对设置有第一推板和第二推板，所述第一推板和第二推板以工作舱的竖直中线呈对称设置，所述第一推板和第二推板分别与第一电动推杆和第二电动推杆连接。本发明能够根据增材制造金属零件表面状况，驱动磨料或金属零件进行单自由度运动或多自由度复合运动，达到对表面毛刺、疵点，凸起等进行清除，达到改善增材制造金属零件表面光洁度的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及金属机械抛光技术领域，具体涉及增材制造金属零件表面抛光装置及方法。

背景技术

增材制造技术俗称3D打印技术，现随着我国国力的增强，该技术以其独有的打印速度快，成型材料广泛、应用范围广等优点，在我国各行各业被广泛采用。对于增材制造复杂结构件，其制件强度高，材料利用率高，具有非常良好的力学性能。而对增材制造金属零件进行抛光加工是这些高性能零件精密加工中一道关键工序，抛光加工质量对零件服役性能有至关重要的影响。

抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。机械抛光具有加工的零件光亮度好，平整等优点，但是劳动强度大，操作复杂，抛光后的光泽不均匀，光泽度不高并且保持时间短，发闷、容易生锈，适合加工简单件，中、小产品；化学抛光能抛光复杂件，抛光速度快，生产效率高，防腐性能优异，并且加工设备的投资成本小，但其加工件的光亮度差并有气体溢出，加工生产时需要通风设备，加温困难；电解抛光具有镜面光泽且能够长时间保持，造成的环境污染小，但其缺点是防污染性高，加工设备一次性投资大，并不完全适合增材制造零件的表面抛光。

金属零件在做无规则轨迹的过程中，运动方向在不断的改变着，采用这种轨迹，对保证具有复杂结构的金属零件表面光洁很有利。故通过驱动磨料或磨料与液体介质混合液围绕零件进行六自由度上的复杂指定运动，可使增材制造金属零件表面及内表面发生显著变化，达到改善表面粗糙度的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供增材制造金属零件表面抛光装置及方法，该装置能够驱动干磨料或磨料与液体介质混合液围绕零件进行六自由度上的复杂指定运动，从而实现对不同类型增材制造金属零件结构表面和内表面抛光的作用，使其达到表面及内表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面。

本发明通过下述技术方案实现：

增材制造金属零件表面抛光装置及方法，包括用于放置抛光介质的工作舱；

所述工作舱内设置有用于夹持待抛光金属零件的旋转平台和夹具，所述旋转平台和夹具在竖直方向平行设置，所述旋转平台与电机的动力输出轴连接；

所述工作舱通过多个液压缸支承；

所述工作舱内对设置有第一推板和第二推板，所述第一推板和第二推板以工作舱的竖直中线呈对称设置，所述第一推板和第二推板分别与第一电动推杆和第二电动推杆连接。

本发明所述工作舱采用方形腔体或圆形腔体；所述工作舱的顶部为开口结构，用于取放待抛光金属零件以及放置抛光介质；本发明可通过控制装置，加载液压缸做正弦运动、三角波运动或无规则圆环线(螺旋形)式等多种形式。

本发明通过液压缸、电机、电动推杆及推板驱动抛光介质围绕零件进行六自由度上的复杂指定运动，从而实现对增材制造金属零件结构表面和内表面抛光的作用，六自由度包括沿X、Y、Z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度；其中，所述液压缸可控制工作舱绕X轴与Y轴转动，所述液压缸可通过控制器在Z轴方方向上运动，所述电机可通过控制器驱动工作舱绕轴转动，电动推杆及推板可通过控制器驱动抛光介质在工作舱内往复运动。

本发明能够根据增材制造金属零件类型，采用不同的装夹方式：

增材制造金属零件若无内腔，则通过夹具固定于工作舱内；若增材制造金属零件存在内腔，可实现内腔充当工作舱，则先通过特定夹具封闭一端，装入磨料后，再装夹另一侧，进行固定。

本发明能够根据零件(待抛光金属零件)表面选择干磨料或湿磨料进行作业：

装夹完毕的金属零件，若零件表面或内表面存在盲孔等不易抛光结构，则采用湿磨料进行作业；若零件表面较为平整，不存在明显干扰磨料工作的结构，则采用干磨料进行作业。

本发明可通过电动推杆或电机，可使磨料具有一定速度，围绕金属零件四周表面进行切削，降低表面的粗糙度；也可通过液压缸加载特定运动轨迹，例如正弦波、三角波等，驱使磨料在工作舱或金属零件内腔进行运动，进而达到降低粗糙度的目的。此外，抛光过程中，还可以根据实际抛光效果，更换磨料种类及粒度，使得金属零件表面最终具有更好的光洁度。

综上，本发明能够根据增材制造金属零件表面状况，驱动磨料或金属零件进行单自由度运动或多自由度复合运动，达到对表面毛刺、疵点，凸起等进行清除，达到改善增材制造金属零件表面光洁度的目的。

进一步地，旋转平台设置在夹具下方。

进一步地，工作舱内通过水平隔板分为上部空间和下部空间，其中，所述上部空间用于放置抛光介质，所述待抛光金属零件、旋转平台和夹具置于上部空间内，所述下部空间内用于放置电机，所述水平隔板上设置有用于穿过动力输出轴的通孔。

进一步地，还包括密封组件，所述密封组件用于密封通孔与动力输出轴之间形成的间隙。

进一步地，动力输出轴上设置有轴承。

进一步地，工作舱的侧壁向外凸出形成两个往复通道，所述第一推板和第二推板分别置于两个往复通道内。

进一步地，往复通道为水平设置的圆形通道，所述第一推板和第二推板均为圆形板。

进一步地，工作舱的底部设置有4个液压缸，所述液压缸分别置于工作舱的4个角处。

进一步地，作舱的底部设置有4个安装面，4个安装面分别与4个液压缸的端部连接，所述安装面的高度高于工作舱的底部。

所述高度实现相对于地面而言。

进一步地，抛光介质为干磨料，或为磨料与液体介质混合液。

干磨料包括铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂、金刚石、碳化硅、碳化硼和刚玉。

根据增材制造金属零件表面精度的要求，采用不同粒径的磨料。

基于上述增材制造金属零件表面抛光装置的抛光方法，包括以下步骤：

S1、装夹：如果待抛光金属零件内无内腔，则直接通过旋转平台和夹具固定；如果待抛光金属零件内有内腔，则先将待抛光金属零件的封闭端放置在旋转平台上，然后向内腔内注入抛光介质，然后通过夹具固定待抛光金属零件的另一端；

S2、向工作舱内注入抛光介质；

S3、抛光：通过驱动电机、液压缸、第一电动推杆和第二电动推杆实现抛光介质围绕待抛光金属零件进行六自由度上的运动：

其中，电机、第一电动推杆和第二电动推杆可使抛光介质具有一定速度围绕待抛光金属零件四周表面进行切削，降低表面的粗糙度；也可通过液压缸加载特定运动轨迹，例如正弦波、三角波等，驱使抛光介质在工作舱或待抛光金属零件的内腔进行运动，进而达到降低粗糙度的目的。

此外，抛光过程中，还可以根据实际抛光效果，更换磨料种类及粒度，使得金属零件表面最终具有更好的光洁度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够根据增材制造金属零件表面状况，驱动磨料或金属零件进行单自由度运动或多自由度复合运动，达到对表面毛刺、疵点，凸起等进行清除，达到改善增材制造金属零件表面光洁度的目的。

2、本发明可通过调换不同粒度的磨料，使金属零件表面达到不同程度的粗糙度，大大提高工件表面质量。

3、本发明可针对增材制造金属零件结构复杂的特点，选择不同的装夹方式，充分的对金属零件表面进行抛光。

4、本发明的抛光过程可在密封效果良好的金属零件内腔中进行，抛光过程也可在密封效果良好的工作舱中进行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明所述装置用于存在未贯通内腔且可形成封闭工作舱的金属零件的示意图；

图2为本发明液压缸运动时一种正弦运动轨迹曲线图；

图3为本发明液压缸运动时一种三角波运动轨迹曲线图；

图4为本发明所述装置用于内腔贯通的金属零件的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-待抛光金属零件；2-夹具；3-抛光介质；4-第一推板；5-第一电动推杆；6-液压缸；7-电机；8-轴承；9-旋转平台；10-第二电动推杆；11-工作舱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，增材制造金属零件表面抛光装置，包括用于放置抛光介质3的工作舱11；

所述工作舱11内设置有用于夹持待抛光金属零件1的旋转平台9和夹具2，所述旋转平台9和夹具2在竖直方向平行设置，所述旋转平台9与电机7的动力输出轴连接；

所述工作舱11通过多个液压缸6支承；

所述工作舱11内对设置有第一推板4和第二推板，所述第一推板4和第二推板以工作舱11的竖直中线呈对称设置，所述第一推板4和第二推板分别与第一电动推杆5和第二电动推杆10连接。

在本实施例中，所述旋转平台9设置在夹具2下方；所述工作舱11内通过水平隔板分为上部空间和下部空间，其中，所述上部空间用于放置抛光介质3，所述待抛光金属零件1、旋转平台9和夹具2置于上部空间内，所述下部空间内用于放置电机7，所述水平隔板上设置有用于穿过动力输出轴的通孔；还包括密封组件，所述密封组件用于密封通孔与动力输出轴之间形成的间隙；所述动力输出轴上设置有轴承8。

在本实施例中，所述工作舱11采用方形腔体，方形腔体底部的之歌四个角处分别设置一个液压缸6，所述工作舱11的顶部为开口结构，在开口结构，该开口结构可拆卸式设置有端盖，所述端盖内壁设置有限位槽，所述夹具2通过转轴插入限位槽内，所述转轴在外力作用下能够在限位槽内转动，所述端盖与工作舱11可采用螺纹或者卡扣连接。

将本实施例用于存在未贯通内腔且其可形成封闭工作舱的待抛光金属零件1，具体工作过程如下：

首先将待抛光金属零件1一端放置在旋转平台9上，向待抛光金属零件1的内腔加入抛光介质3，所述抛光介质3为磨料与液体介质混合液，用夹具2进行内腔封闭；确认整体密封固定情况良好后，根据待抛光金属零件1的构造，启动旋转平台9下部电机7，使得待抛光金属零件1开始圆周运动，待运行稳定后，可通过控制装置，加载液压缸6做正弦运动，如图2所示，将图2所示的正弦波加载在液压缸6，使液压缸6带动旋转平台9及待抛光金属零件1及内腔中抛光介质3进行正弦曲线运动；进一步地，交替启动第一电动推杆5与第二电动推杆10带动抛光介质3在工作舱11往复运动，进行待抛光金属零件1外表面抛光。

实施例2：

如图4所示，本实施例基于实施例1，

将实施例1所述装置用于内腔贯通的待抛光金属零件1，具体工作过程如下：

首先将待抛光金属零件1放置旋转平台9与夹具2之间，确认待抛光金属零件1夹持良好情况下，向工作舱11内部添加抛光介质3，所述抛光介质3为干磨料；添加抛光介质3完毕，确认工作舱11密封情况良好后，根据金属零件构造，启动旋转平台9下部电机7，使得待抛光金属零件1开始圆周运动，待运行稳定后，可通过控制装置，加载液压缸6做三角波运动，如图3所示，将如图3所示的三角波加载在液压缸6，使液压缸6带动旋转平台9及待抛光金属零件1及工作舱11中抛光介质3进行运动；进一步地，交替启动第一电动推杆5与第二电动推杆10带动抛光介质3在工作舱11往复运动，进行待抛光金属零件1外表面抛光。

实施例3：

本实施例基于实施例1或实施例2，所述工作舱11的侧壁向外凸出形成两个往复通道，所述第一推板4和第二推板分别置于两个往复通道内；所述往复通道为水平设置的圆形通道，所述第一推板4和第二推板均为圆形板；所述作舱11的底部设置有4个安装面，4个安装面分别与4个液压缸6的端部连接，所述安装面的高度高于工作舱11的底部。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。