本發(fā)明涉及一種內(nèi)表面拋光方法，特別適用于增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面的拋光。

背景技術(shù)：

增材制造是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?/p>

激光選區(qū)熔化作為目前金屬增材制造常見三種方式之一，可實(shí)現(xiàn)高精度、復(fù)雜部件一體成形，特別適用于制造具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)鋁合金等零件，激光選區(qū)熔化一體成形鋁合金復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)因其具有減重、高性能(功能)、加工時(shí)間短及低成本且傳統(tǒng)加工方法無法制造等優(yōu)勢(shì)，在飛機(jī)及航天器中應(yīng)用廣泛。目前GE、空客、賽峰、中航工業(yè)、航天科工、中船重工等國內(nèi)外企業(yè)已開始甚至批量使用激光選區(qū)熔化成形鋁合金產(chǎn)品。增材制造復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)部件優(yōu)勢(shì)明顯，但也有局限，工件表面粗糙度就是其中的一個(gè)重要局限因素，特別是對(duì)于管道內(nèi)部。使用傳統(tǒng)的噴砂(丸)方法拋光管道內(nèi)部，使用的砂(丸)料進(jìn)入管道內(nèi)切削力大大減弱，或無法有效進(jìn)入內(nèi)部管道，導(dǎo)致具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)領(lǐng)獎(jiǎng)的管道內(nèi)部拋光效果差，甚至無拋光效果，無法達(dá)到工件的使用要求。

對(duì)于激光選區(qū)熔化增材制造鋁合金復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)部件來說，制造后其內(nèi)部表面粗糙度Ra一般在20-30μm之間，且表面有易脫落的未融合或半融合的金屬粉末顆粒，如不進(jìn)行拋光，則嚴(yán)重影響零件的使用效果。因管件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有的內(nèi)表面拋光技術(shù)均都無法適用。增材制造零件初始內(nèi)表面粗糙度太大，若直接使用化學(xué)拋光，拋光后表面凹凸不平，拋光均勻性較難保證，且去除量較大。

由此，提出一種適用于增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面的拋光方法，使得管道內(nèi)表面更平滑從而滿足更高的工件使用要求，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種內(nèi)表面的拋光方法，可以有效降低增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面的粗糙度。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面的拋光方法，包括磨粒流粗拋光步驟和化學(xué)試劑精拋光步驟，其中：

磨粒流粗拋光步驟包括：

將待拋光鋁合金管道零件固定于磨粒流設(shè)備中；

開啟磨粒流設(shè)備，使得磨料流經(jīng)鋁合金管道零件的管道；

取出工件，去除鋁合金管道零件的管道內(nèi)殘留的磨料；

化學(xué)試劑精拋光步驟包括：

將待拋光管道連接至化學(xué)拋光試劑入口管道及出口管道并循環(huán)拋光；

清水沖洗，烘干。

在上述步驟的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以包括下列步驟：

優(yōu)選地，所述磨粒流設(shè)備為流體增壓加速機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述磨粒流設(shè)備的工作壓力為5-20MPa，磨料均勻流通5-10min。

優(yōu)選地，所述磨料的粒度為100-320目。

優(yōu)選地，所述磨料為碳化硅、氧化鋁、碳化硼或金剛石顆粒。

優(yōu)選地，在所述將待拋光管道連接至化學(xué)拋光試劑入口管道及出口管道并循環(huán)拋光之前，還包括配置化學(xué)拋光試劑的步驟。

優(yōu)選地，所述化學(xué)拋光試劑的組成為：磷酸、氫氟酸、硝酸和冰醋酸。

優(yōu)選地，所述化學(xué)拋光試劑包含40-50％磷酸，15-20％氫氟酸，15-20％硝酸，5-10％冰醋酸。

優(yōu)選地，所述循環(huán)拋光的時(shí)間為5-15min。

優(yōu)選地，所述清水沖洗的時(shí)間為3-5min。

本發(fā)明提供的內(nèi)表面拋光方法，特別適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、現(xiàn)有拋光方法無法適用的增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面的拋光程序；本發(fā)明能夠有效降低零件內(nèi)表面的粗糙度，經(jīng)磨粒流粗拋光后，將半融合的金屬粉末顆粒等大的凸起去除，零件內(nèi)表面的粗糙度Ra可達(dá)6.3μm以下，再經(jīng)過化學(xué)試劑精拋光后，拋光均勻，零件內(nèi)表面的粗糙度Ra可達(dá)3.2μm以下，借此可使得增材制造鋁合金管道零件應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域和部位，對(duì)科技的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面拋光方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例涉及的磨粒流設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面的拋光方法，綜合機(jī)械拋光和化學(xué)拋光方法，特別適用于增材制造的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、使用現(xiàn)有內(nèi)拋光技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)或者效果不佳的鋁合金管道零件內(nèi)表面的拋光工序中，大幅度降低管件內(nèi)表面的粗糙度，有效平滑管件內(nèi)表面。

適當(dāng)參考圖1，本發(fā)明公開的內(nèi)表面拋光方法，主要包括磨粒流粗拋光步驟S10和化學(xué)試劑精拋光步驟S20。其中：

磨粒流粗拋光步驟S10可以包括：

S11：將待拋光鋁合金管道零件固定于磨粒流設(shè)備中；

S12：開啟磨粒流設(shè)備，使得磨料流經(jīng)鋁合金管道零件的管道；

S13：取出工件，采用壓縮空氣氣槍吹除鋁合金管道零件的管道內(nèi)殘留的磨料；

化學(xué)試劑精拋光步驟S20包括：

S22將待拋光管道連接至化學(xué)拋光試劑入口管道及出口管道并循環(huán)拋光；

S23清水沖洗，烘干。所述清水沖洗的時(shí)間為3-5min。

具體來說，在步驟S22之前，還包括S21配置化學(xué)拋光試劑的步驟。但若操作現(xiàn)場(chǎng)有合適的化學(xué)拋光試劑來用，則本發(fā)明可以免去配置化學(xué)拋光試劑的步驟。

本發(fā)明所述磨粒流設(shè)備，可以為任意流體增壓加速機(jī)構(gòu)，圖2是一種增壓磨粒流孔內(nèi)表面拋光裝置。該裝置包括多組單元，每一單元裝配于增材制造鋁合金管道零件的一開口端。如圖2顯示的為一組單元。每組單元包括腔體5、活塞缸4、活塞3、活塞桿2和驅(qū)動(dòng)單元1。腔體5的一端通過夾具6夾緊工件7a并與工件孔相連通，另一端與所述活塞缸4相連通；所述活塞3配合連接在所述活塞缸4內(nèi)，并通過所述活塞桿2與所述驅(qū)動(dòng)單元1連接，所述驅(qū)動(dòng)單元1可帶動(dòng)所述活塞3在所述活塞缸4內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

按照流體在增材制造鋁合金管道零件內(nèi)的流動(dòng)方向，將多組上述單元通過夾具6安裝于零件的各管口7a，開啟裝置，磨料流經(jīng)鋁合金管道零件的管道，對(duì)零件內(nèi)表面進(jìn)行拋光。

所使用的磨料的粒度一般為100-320目。當(dāng)磨料的粒度小于100目，則在單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)鋁合金管道零件的內(nèi)管道的拋光效果不明顯，不利于生產(chǎn)成本的掌控；當(dāng)磨料的粒度大于320目時(shí)，將對(duì)鋁合金管道零件的內(nèi)管道造成刮傷。

一般來說，磨料為碳化硅、氧化鋁、碳化硼或金剛石顆粒。

適當(dāng)?shù)奶岣吣チＡ髟O(shè)備的工作壓力，能有效縮短磨粒流設(shè)備的工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，一般將磨粒流設(shè)備的工作壓力設(shè)為5-20MPa。工作壓力過大，磨料流經(jīng)鋁合金管道零件的內(nèi)管道的摩擦力過大，容易對(duì)管壁造成刮傷；工作壓力過小，對(duì)磨料的工作時(shí)間延長，不利于生產(chǎn)效率的提高。當(dāng)磨粒流設(shè)備的工作壓力設(shè)為5-20MPa時(shí)，磨料均勻流通5-10min，即可滿足磨粒流粗拋光的要求，將易脫落的未融合或半融合的金屬粉末顆粒去除，并使得被磨管件的內(nèi)表面粗糙度降至6.3μm以下。

機(jī)械式磨粒流粗拋光之后，進(jìn)行化學(xué)試劑精拋光步驟，在化學(xué)試劑細(xì)拋光步驟中使用的化學(xué)拋光試劑的組成為：磷酸、氫氟酸、硝酸和冰醋酸。優(yōu)選地，所述化學(xué)拋光試劑包含40-50％磷酸，15-20％氫氟酸，15-20％硝酸，5-10％冰醋酸?；瘜W(xué)試劑在管內(nèi)循環(huán)拋光的時(shí)間為5-15min。

以對(duì)一增材制造鋁合金管道零件的內(nèi)表面進(jìn)行拋光為例，對(duì)本發(fā)明的管件內(nèi)表面拋光方法做具體說明。

第一步，通過磨粒流去除表面易脫落粉末，并使得被磨管件的內(nèi)表面粗糙度降至6.3μm以下，完成粗拋光：

首先根據(jù)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)磨粒流工裝夾具，完成夾具制造；隨后將工件及夾具固定于磨粒流設(shè)備中，采用100-320目碳化硅、氧化鋁、碳化硼或金剛石磨料，在5-20MPa壓力下，使磨料均勻流通5-10min，隨后取出工件，清理去除管道殘留磨料，完成粗拋光。

第二步，通過化學(xué)拋光進(jìn)一步降低增材制造鋁合金管道零件內(nèi)表面粗糙度Ra至3.2μm以下：

首先按如下比例40-50％磷酸、15-20％氫氟酸、15-20％硝酸、5-10％冰醋酸配置化學(xué)拋光試劑，隨后將待拋光管道連接至溶液入口管道及出口管道并循環(huán)拋光5-15min，最終取出工件用清水沖洗3-5min，烘干。

本發(fā)明通過擠壓使磨料在工件內(nèi)腔循環(huán)流動(dòng)，使磨料顆粒不斷與工件表面接觸研磨，完成易脫落粉末去除及粗拋光；隨后通過化學(xué)拋光使化學(xué)試劑在內(nèi)流道循環(huán)，對(duì)樣品表面凹凸不平區(qū)域的選擇性溶解作用消除磨痕、浸蝕整平，完成精拋光并進(jìn)一步降低內(nèi)表面粗糙度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的管件內(nèi)表面的拋光，特別是降低了增材制造鋁合金管道零件的內(nèi)表面的粗糙度，使得增材制造鋁合金管道類零件可以應(yīng)用到更廣闊的技術(shù)領(lǐng)域，推動(dòng)了科技的進(jìn)步。

本發(fā)明公開的內(nèi)容論及的是示例性實(shí)施例，在不脫離權(quán)利要求書界定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)本申請(qǐng)的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行各種改變和修改。因此，所描述的實(shí)施例旨在涵蓋落在所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)的所有此類改變、修改和變形。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分使用。