[发明专利]一种3D打印金属零件用手持式表面光整加工装置

说明书

本发明属于光整加工技术领域，具体涉及一种3D打印金属零件用手持式表面光整加工装置，利用超声波冲击挤压件，使挤压件产生超声机械振动，将超声机械振动和超声波冲击强化结合，使工具头在工件表面形成超声滚压动作，从而对工件表面进行挤压塑性变形，有效降低了3D打印金属零件表面粗糙度和改善表面性能，也大大减少了对零件本身的破坏。

技术领域

本发明属于光整加工技术领域，具体涉及一种3D打印金属零件用手持式表面光整加工装置。

背景技术

3D打印技术可以弥补传统制造业无法顺利制造的复杂零件，具有不需模具和制造成本对设计的复杂性不敏感的特点，因此逐渐流行。但是制约金属3D打印发展的瓶颈之一是表面粗糙度，表面粗糙度易引起应力集中，对零件静态力学性能影响最大，劣化3D打印金属零件耐磨性、耐蚀性、疲劳强度等，从而限制3D打印技术在航空航天、汽车工业和石油化工等领域的推广，尤其是航空航天领域大型复杂金属零件的制备与应用。造成表面粗糙度高的主要因素是表面未完全熔化的粉末颗粒和计算机模型与切片策略之间不匹配引起的台阶效应。因此，将3D打印技术与合适的表面处理技术结合，提高金属表面精度，突破3D打印技术在汽车、航空航天领域的瓶颈。

目前，研究者通过机加工、喷丸、化学腐蚀等手段改善表面粗糙度，如ThéoPersenot(参见Persenot T，Martin G，Dendievel R，et al.Enhancing the tensileproperties of EBM as-built thin parts：effect of HIP and chemical etching[J].Materials Characterization，2018，143：82-93.)等以TC4ELI球形粉末为原料，采用EBM技术制备了标称尺寸为Φ2×10mm的圆柱形拉伸试样，研究了热等静压(HIP)、化学腐蚀、HIP+化学腐蚀3种后处理方法对样品性能的影响。研究表明，化学腐蚀对降低样品表面粗糙度也有显著作用。虽然机加工、喷丸、化学腐蚀等手段可以改善表面粗糙度，但在一定程度上损坏了零件本身或降低零件性能。

发明内容

本发明提供了一种3D打印金属零件用手持式表面光整加工装置，利用超声波冲击挤压件，使挤压件产生超声机械振动，以对工件表面进行挤压。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D打印金属零件用手持式表面光整加工装置，包括：外壳；超声波发生器，连接外壳的一侧；挤压件，位于外壳的另一侧；超声波调节机构，位于外壳的内部，其两端分别与超声波发生器、挤压件相接；其中所述超声波发生器通过超声波调节机构对挤压件进行超声波冲击，以使挤压件产生超声机械振动，对工件表面进行挤压。

进一步，所述外壳为枪式结构，包括：互相垂直设置的手持部和安装部；其中所述安装部内设有容纳超声波调节机构的第一空腔；所述挤压件和所述超声波发生器分别连接在第一空腔的两端。

进一步，所述挤压件包括：工具头座，其一端可拆卸安装在外壳上；工具头，活动安装在工具头座的相对另一端；其中所述工具头为球形，适于在工件表面滚动的同时通过超声波的冲击产生超声机械振动，以在工件表面形成超声滚压动作。

进一步，所述工具头座呈圆椎体状，其大径端通过内螺纹连接所述安装部，其小径端通过卡接孔安装所述工具头。

进一步，所述超声波调节机构包括：超声波换能器，位于所述第一空腔内；超声波变幅杆，连接在超声波换能器的一侧；其中所述工具头适于在超声滚压动作时与超声波变幅杆抵触，以通过超声波变幅杆调整超声波换能器与工具头之间的负载匹配。

进一步，所述第一空腔内分布有间隔设置的若干圆环和圆片；所述超声波换能器适于穿过所述圆环；所述超声波换能器的一端抵在圆片上，其相对另一端与安装部的端部齐平；以及所述超声波换能器的一端通过超声波输出线穿过圆片上的圆孔与超声波发生器连接。

进一步，所述工具头座内开设有适于容纳超声波变幅杆的第二空腔；所述超声波变幅杆适于穿过第二空腔，以与工具头接触。