一种增材制造铝合金管道零件内表面抛光方法与流程

本发明涉及一种内表面抛光方法，特别适用于增材制造铝合金管道零件内表面的抛光。

背景技术：

增材制造是基于材料堆积法的一种高新制造技术，一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件。

激光选区熔化作为目前金属增材制造常见三种方式之一，可实现高精度、复杂部件一体成形，特别适用于制造具有复杂内腔结构铝合金等零件，激光选区熔化一体成形铝合金复杂管道结构因其具有减重、高性能(功能)、加工时间短及低成本且传统加工方法无法制造等优势，在飞机及航天器中应用广泛。目前GE、空客、赛峰、中航工业、航天科工、中船重工等国内外企业已开始甚至批量使用激光选区熔化成形铝合金产品。增材制造复杂管道结构部件优势明显，但也有局限，工件表面粗糙度就是其中的一个重要局限因素，特别是对于管道内部。使用传统的喷砂(丸)方法抛光管道内部，使用的砂(丸)料进入管道内切削力大大减弱，或无法有效进入内部管道，导致具有复杂结构领奖的管道内部抛光效果差，甚至无抛光效果，无法达到工件的使用要求。

对于激光选区熔化增材制造铝合金复杂管道结构部件来说，制造后其内部表面粗糙度Ra一般在20-30μm之间，且表面有易脱落的未融合或半融合的金属粉末颗粒，如不进行抛光，则严重影响零件的使用效果。因管件的结构复杂，现有的内表面抛光技术均都无法适用。增材制造零件初始内表面粗糙度太大，若直接使用化学抛光，抛光后表面凹凸不平，抛光均匀性较难保证，且去除量较大。

由此，提出一种适用于增材制造铝合金管道零件内表面的抛光方法，使得管道内表面更平滑从而满足更高的工件使用要求，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种内表面的抛光方法，可以有效降低增材制造铝合金管道零件内表面的粗糙度。

本发明通过如下技术方案来实现上述目的：

一种增材制造铝合金管道零件内表面的抛光方法，包括磨粒流粗抛光步骤和化学试剂精抛光步骤，其中：

磨粒流粗抛光步骤包括：

将待抛光铝合金管道零件固定于磨粒流设备中；

开启磨粒流设备，使得磨料流经铝合金管道零件的管道；

取出工件，去除铝合金管道零件的管道内残留的磨料；

化学试剂精抛光步骤包括：

将待抛光管道连接至化学抛光试剂入口管道及出口管道并循环抛光；

清水冲洗，烘干。

在上述步骤的基础上，本发明还可以包括下列步骤：

优选地，所述磨粒流设备为流体增压加速机构。

优选地，所述磨粒流设备的工作压力为5-20MPa，磨料均匀流通5-10min。

优选地，所述磨料的粒度为100-320目。

优选地，所述磨料为碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石颗粒。

优选地，在所述将待抛光管道连接至化学抛光试剂入口管道及出口管道并循环抛光之前，还包括配置化学抛光试剂的步骤。

优选地，所述化学抛光试剂的组成为：磷酸、氢氟酸、硝酸和冰醋酸。

优选地，所述化学抛光试剂包含40-50％磷酸，15-20％氢氟酸，15-20％硝酸，5-10％冰醋酸。

优选地，所述循环抛光的时间为5-15min。

优选地，所述清水冲洗的时间为3-5min。

本发明提供的内表面抛光方法，特别适用于结构复杂、现有抛光方法无法适用的增材制造铝合金管道零件内表面的抛光程序；本发明能够有效降低零件内表面的粗糙度，经磨粒流粗抛光后，将半融合的金属粉末颗粒等大的凸起去除，零件内表面的粗糙度Ra可达6.3μm以下，再经过化学试剂精抛光后，抛光均匀，零件内表面的粗糙度Ra可达3.2μm以下，借此可使得增材制造铝合金管道零件应用到更广泛的领域和部位，对科技的发展起到推动作用。

附图说明

图1为本发明用于增材制造铝合金管道零件内表面抛光方法的流程图；

图2为本发明一实施例涉及的磨粒流设备的结构简图。

具体实施方式

本发明公开增材制造铝合金管道零件内表面的抛光方法，综合机械抛光和化学抛光方法，特别适用于增材制造的结构复杂的、使用现有内抛光技术不能实现或者效果不佳的铝合金管道零件内表面的抛光工序中，大幅度降低管件内表面的粗糙度，有效平滑管件内表面。

适当参考图1，本发明公开的内表面抛光方法，主要包括磨粒流粗抛光步骤S10和化学试剂精抛光步骤S20。其中：

磨粒流粗抛光步骤S10可以包括：

S11：将待抛光铝合金管道零件固定于磨粒流设备中；

S12：开启磨粒流设备，使得磨料流经铝合金管道零件的管道；

S13：取出工件，采用压缩空气气枪吹除铝合金管道零件的管道内残留的磨料；

化学试剂精抛光步骤S20包括：

S22将待抛光管道连接至化学抛光试剂入口管道及出口管道并循环抛光；

S23清水冲洗，烘干。所述清水冲洗的时间为3-5min。

具体来说，在步骤S22之前，还包括S21配置化学抛光试剂的步骤。但若操作现场有合适的化学抛光试剂来用，则本发明可以免去配置化学抛光试剂的步骤。

本发明所述磨粒流设备，可以为任意流体增压加速机构，图2是一种增压磨粒流孔内表面抛光装置。该装置包括多组单元，每一单元装配于增材制造铝合金管道零件的一开口端。如图2显示的为一组单元。每组单元包括腔体5、活塞缸4、活塞3、活塞杆2和驱动单元1。腔体5的一端通过夹具6夹紧工件7a并与工件孔相连通，另一端与所述活塞缸4相连通；所述活塞3配合连接在所述活塞缸4内，并通过所述活塞杆2与所述驱动单元1连接，所述驱动单元1可带动所述活塞3在所述活塞缸4内往复运动。

按照流体在增材制造铝合金管道零件内的流动方向，将多组上述单元通过夹具6安装于零件的各管口7a，开启装置，磨料流经铝合金管道零件的管道，对零件内表面进行抛光。

所使用的磨料的粒度一般为100-320目。当磨料的粒度小于100目，则在单位时间内，对铝合金管道零件的内管道的抛光效果不明显，不利于生产成本的掌控；当磨料的粒度大于320目时，将对铝合金管道零件的内管道造成刮伤。

一般来说，磨料为碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石颗粒。

适当的提高磨粒流设备的工作压力，能有效缩短磨粒流设备的工作时间，提高生产效率，一般将磨粒流设备的工作压力设为5-20MPa。工作压力过大，磨料流经铝合金管道零件的内管道的摩擦力过大，容易对管壁造成刮伤；工作压力过小，对磨料的工作时间延长，不利于生产效率的提高。当磨粒流设备的工作压力设为5-20MPa时，磨料均匀流通5-10min，即可满足磨粒流粗抛光的要求，将易脱落的未融合或半融合的金属粉末颗粒去除，并使得被磨管件的内表面粗糙度降至6.3μm以下。

机械式磨粒流粗抛光之后，进行化学试剂精抛光步骤，在化学试剂细抛光步骤中使用的化学抛光试剂的组成为：磷酸、氢氟酸、硝酸和冰醋酸。优选地，所述化学抛光试剂包含40-50％磷酸，15-20％氢氟酸，15-20％硝酸，5-10％冰醋酸。化学试剂在管内循环抛光的时间为5-15min。

以对一增材制造铝合金管道零件的内表面进行抛光为例，对本发明的管件内表面抛光方法做具体说明。

第一步，通过磨粒流去除表面易脱落粉末，并使得被磨管件的内表面粗糙度降至6.3μm以下，完成粗抛光：

首先根据零件结构设计磨粒流工装夹具，完成夹具制造；随后将工件及夹具固定于磨粒流设备中，采用100-320目碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石磨料，在5-20MPa压力下，使磨料均匀流通5-10min，随后取出工件，清理去除管道残留磨料，完成粗抛光。

第二步，通过化学抛光进一步降低增材制造铝合金管道零件内表面粗糙度Ra至3.2μm以下：

首先按如下比例40-50％磷酸、15-20％氢氟酸、15-20％硝酸、5-10％冰醋酸配置化学抛光试剂，随后将待抛光管道连接至溶液入口管道及出口管道并循环抛光5-15min，最终取出工件用清水冲洗3-5min，烘干。

本发明通过挤压使磨料在工件内腔循环流动，使磨料颗粒不断与工件表面接触研磨，完成易脱落粉末去除及粗抛光；随后通过化学抛光使化学试剂在内流道循环，对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平，完成精抛光并进一步降低内表面粗糙度。本发明实现了对结构复杂的管件内表面的抛光，特别是降低了增材制造铝合金管道零件的内表面的粗糙度，使得增材制造铝合金管道类零件可以应用到更广阔的技术领域，推动了科技的进步。

本发明公开的内容论及的是示例性实施例，在不脱离权利要求书界定的保护范围的情况下，可以对本申请的各个实施例进行各种改变和修改。因此，所描述的实施例旨在涵盖落在所附权利要求书的保护范围内的所有此类改变、修改和变形。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分使用。