[发明专利]一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法

说明书

本发明属于金属材料表面精加工相关技术领域，其公开了一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法，该装置包括控制组件、表面轮廓探测仪、联动机构、等离子加工枪及零件夹具，表面轮廓探测仪及联动机构分别连接于控制组件，零件夹具设置在联动机构上；等离子加工枪连接于控制组件；当上一遍抛光完成后，控制组件根据曲面金属零件已抛光区域的表面形貌,计算覆盖上一遍抛光扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；此后，控制组件根据最佳抛光参数控制联动机构运动以对待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光，由此覆盖掉带状凸起条纹。本发明提高了曲面抛光表面的质量及抛光效率，且便于使用。

技术领域

本发明属于金属材料表面精加工相关技术领域，更具体地，涉及一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法。

背景技术

随着对抛光产品的质量、运作成本和多功能化的要求越来越高，为了获得表面粗糙度可接受的工件，在工件制备的最后步骤中，需对其表面进行抛光处理。抛光是指使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。传统的抛光方法利用抛光工具和磨料颗粒或者其他抛光介质对工件表面进行的精密加工。现有技术下，普通的抛光机可以加工平面等简单的型面，对于曲面无法加工，容易产生打磨痕迹，且打磨不均匀，抛光效果差，所以寻求新的曲面精加工方法已经迫在眉睫。

目前，等离子束已经被成功应用于金属的平面抛光上，利用高纯Ar气电离，在放电钨极和阳极材料表面之间形成等离子弧。在等离子弧高能量密度束流作用下，材料表层金属达到熔点并熔化，由于待处理表面是凹凸不平的，粗糙表面的凸起峰尖处最先受热熔化，在自身重力以及表面张力作用下，熔融液相最先向凹陷处流动填补沟壑，随后迅速凝固，最终获得平滑光亮的作用表面。

液态熔池自身重力以及表面张力的影响是实现表面平滑的关键所在，一方面若熔池自身重力方向与曲面法向存在夹角，液态熔池自身重力会引导液相往低处流动，另一方面表面张力受温度梯度的影响，若熔池两侧受热不一致将导致熔池内液相的非对称流动，因此把握好重力和温度梯度在单道轨迹两侧的平衡是实现曲面金属零件的微束等离子抛光的核心原则，直接影响着微熔凝后的金属表面形貌，而高能束作用在曲面时比作用在平面时更难保持熔池重力平衡与熔池两侧温度梯度的平衡。此外，等离子束抛光过程中，熔池内液态金属在表面张力和热毛细力的共同作用下，形成轴对称的环流，熔池中部液态金属在环流作用下到达边界并凝固，并形成熔道两侧微凸起，而且等离子弧热输入越大，凸起越明显。这样虽然熔池中部局部粗糙度很低，但是对于整个抛光面来说粗糙度不能降低到最理想状态。相应地，本领域存在着发展一种抛光质量较好的曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法，其基于曲面金属零件的抛光特点，研究及设计了一种使用简单、抛光质量较好的曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法。所述抛光装置工作时基于前一遍等离子扫描在搭接处进行下一遍扫描，且以能够覆盖前一遍抛光时搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数作为下一遍抛光的工作参数，如此下一遍抛光覆盖上一遍抛光搭接处的带状凸起条纹，直至获得所需要的表面粗糙度，提高了效率及质量，适用性较强，灵活性较好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置，该装置包括控制组件、表面轮廓探测仪、联动机构、气体保护罩、等离子加工枪、等离子枪固定基座及零件夹具，所述表面轮廓探测仪连接于所述控制组件，所述联动机构连接于所述控制组件，所述零件夹具设置在所述联动机构上，所述零件夹具用于夹持待抛光曲面金属零件；所述等离子加工枪设置在所述等离子枪固定基座上，且其连接于所述控制组件；所述气体保护罩罩设在所述等离子加工枪外部；