[发明专利]针对增材制造金属粗糙表面的多能场复合减材加工方法

说明书

本发明公开了针对增材制造金属粗糙表面的多能场复合减材加工方法，涉及特种加工技术中复合加工领域，将电火花放电加工、激光束扫描加工和电解加工三种非接触式加工方法同时作用于工件表面从而实现工件的减材加工。具体的，在工具电极内部进行激光高速扫描以去除加工区氧化层并提高电解区域温度；在工具电极外部进行高频振动的放电加工以消除增材制造低精度表面的未融化的金属颗粒和工件原始表面的氧化物；激光扫描和电火花放电加工内外结合共同为高效电解铣削加工扫除障碍，促进电解铣削加工的高效进行。本发明通过三种非接触加工方式的高效融合，互相取长补短，可实现增材制造金属粗糙表面快速减材加工。

技术领域

本发明涉及特种加工技术中复合加工领域，尤其涉及到一种针对增材制造金属粗糙表面的多能场复合减材加工方法。

背景技术

为了减轻重量的同时保证强度，很多航空航天零部件为钛合金薄壁件，比如航空发动机机匣和叶片等。这些钛合金薄壁件在生产过程中材料去除率非常高，通常在70％以上，给机械减材制造带来了巨大困难。

为了降低材料去除率、提高材料利用率和减轻后续减材加工的压力，很多国家考虑采用增材制造技术进行钛合金薄壁件的生产制造。但目前钛合金增材制造技术存在加工效率与加工精度之间的矛盾。高速增材制造后的工件表面通常精度较低且非常粗糙。为了提高工件表面精度和降低表面粗糙度，必须对增材制造后的工件表面进行进一步的减材加工，目前这一步骤采用机械切削加工完成。但是，钛合金材料本身属于难切削加工材料，机械切削加工过程中刀具磨损十分严重，频繁更换刀具降低了综合加工效率和加工精度。此外，钛合金薄壁件在机械切削加工中也容易发生轻微的变形最终导致零件的整体形状精度降低。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种针对增材制造金属粗糙表面的多能场复合减材加工方法，通过电火花放电加工、激光束扫描加工和速射流电解加工三种非接触方式同时作用于加工表面，共同实现工件粗糙表面的高效减材，本发明方法提高了工件的表面质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

针对增材制造金属粗糙表面的多能场复合减材加工方法，将电火花放电加工、激光束扫描加工和电解加工三种非接触式加工方法同时作用于工件表面从而实现工件的减材加工。

进一步的，所述工件为增材制造的工件。

进一步的，所述电火花放电加工通过如下方式实现：金属管电极外圈设有尼龙套，尼龙套外圈设置有铜合金电极或者铜电极；所述金属管电极与铜合金电极或者铜电极之间相对运动，且铜合金电极或者铜电极与工件之间连接有第一脉冲电源。

进一步的，所述金属管电极与工件之间连接有第二脉冲电源，激光束和电解液经金属管电极中心到工件加工区域。

进一步的，所述铜合金电极或者铜电极以尼龙套为滑轨沿竖直方向高频振动。

进一步的，所述金属管电极为不锈钢管电极。

进一步的，第一脉冲电源的电压高于第二脉冲电源的电压。

进一步的，由金属管电极、尼龙套和铜合金电极或者铜电极嵌套而成的复合工具电极在增材制造的工件表面扫描移动，通过多种能量场复合同时作用于增材制造的工件待加工表面以实现减材加工；具体为：

复合工具电极扫描过程中，铜合金电极或者铜电极与增材制造的工件之间接通第一脉冲电源，同时铜合金电极或者铜电极以尼龙套为滑轨沿竖直方向高频振动，对增材制造的工件待加工表面进行电火花放电加工以去除增材制造粗糙表面未融化的金属颗粒和氧化层；

复合工具电极扫描过程中，激光束穿过高速流动的电解液在增材制造的工件加工表面高速扫描，快速去除增材制造的工件加工表面因电化学反应而形成的氧化物并提升加工区的温度；