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：

增材制造是基于材料堆積法的一種高新制造技術，一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀。它集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數(shù)控技術、材料科學、激光技術于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(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，可實現(xiàn)高精度、復雜部件一體成形，特別適用于制造具有復雜內(nèi)腔結構鋁合金等零件，激光選區(qū)熔化一體成形鋁合金復雜管道結構因其具有減重、高性能(功能)、加工時間短及低成本且傳統(tǒng)加工方法無法制造等優(yōu)勢，在飛機及航天器中應用廣泛。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。增材制造復雜管道結構部件優(yōu)勢明顯，但也有局限，工件表面粗糙度就是其中的一個重要局限因素，特別是對于管道內(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)料進入管道內(nèi)切削力大大減弱，或無法有效進入內(nèi)部管道，導致具有復雜結構領獎的管道內(nèi)部拋光效果差，甚至無拋光效果，無法達到工件的使用要求。

對于激光選區(qū)熔化增材制造鋁合金復雜管道結構部件來說，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，如不進行拋光，則嚴重影響零件的使用效果。因管件的結構復雜，現(xiàn)有的內(nèi)表面拋光技術均都無法適用。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，是本領域技術人員亟待解決的技術難題。

技術實現(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)明通過如下技術方案來實現(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備中；

開啟磨粒流設備，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；

化學試劑精拋光步驟包括：

將待拋光管道連接至化學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。

在上述步驟的基礎上，本發(fā)明還可以包括下列步驟：

優(yōu)選地，所述磨粒流設備為流體增壓加速機構。

優(yōu)選地，所述磨粒流設備的工作壓力為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，還包括配置化學拋光試劑的步驟。

優(yōu)選地，所述化學拋光試劑的組成為：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)拋光的時間為5-15min。

優(yōu)選地，所述清水沖洗的時間為3-5min。

本發(fā)明提供的內(nèi)表面拋光方法，特別適用于結構復雜、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6.3μm以下，再經(jīng)過化學試劑精拋光后，拋光均勻，零件內(nèi)表面的粗糙度Ra可達3.2μm以下，借此可使得增材制造鋁合金管道零件應用到更廣泛的領域和部位，對科技的發(fā)展起到推動作用。

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)明一實施例涉及的磨粒流設備的結構簡圖。

具體實施方式

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，綜合機械拋光和化學拋光方法，特別適用于增材制造的結構復雜的、使用現(xiàn)有內(nèi)拋光技術不能實現(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備中；

S12：開啟磨粒流設備，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；

化學試劑精拋光步驟S20包括：

S22將待拋光管道連接至化學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。所述清水沖洗的時間為3-5min。

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

本發(fā)明所述磨粒流設備，可以為任意流體增壓加速機構，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)動單元1連接，所述驅(qū)動單元1可帶動所述活塞3在所述活塞缸4內(nèi)往復運動。

按照流體在增材制造鋁合金管道零件內(nèi)的流動方向，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，對零件內(nèi)表面進行拋光。

所使用的磨料的粒度一般為100-320目。當磨料的粒度小于100目，則在單位時間內(nèi)，對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；當磨料的粒度大于320目時，將對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?shù)奶岣吣チＡ髟O備的工作壓力，能有效縮短磨粒流設備的工作時間，提高生產(chǎn)效率，一般將磨粒流設備的工作壓力設為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，容易對管壁造成刮傷；工作壓力過小，對磨料的工作時間延長，不利于生產(chǎn)效率的提高。當磨粒流設備的工作壓力設為5-20MPa時，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。

機械式磨粒流粗拋光之后，進行化學試劑精拋光步驟，在化學試劑細拋光步驟中使用的化學拋光試劑的組成為：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試劑在管內(nèi)循環(huán)拋光的時間為5-15min。

以對一增材制造鋁合金管道零件的內(nèi)表面進行拋光為例，對本發(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)零件結構設計磨粒流工裝夾具，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，通過化學拋光進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，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；隨后通過化學拋光使化學試劑在內(nèi)流道循環(huán)，對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，完成精拋光并進一步降低內(nèi)表面粗糙度。本發(fā)明實現(xiàn)了對結構復雜的管件內(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用到更廣闊的技術領域，推動了科技的進步。

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