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CN110877104A - 激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置 - Google Patents

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高长水
刘军志
沈理达
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Abstract

一种激光熔化沉积和射流电解组合加工的方法和装置，其特征是它包括机械手1(1)、激光熔覆头(2)、射流电解装置(3)、机械手2(4)、工作台(6)、成形样件(7)、工业级吹风机(8)；激光熔覆头(2)安装在机械手1(1)上，射流电解装置安装在机械手2(4)上，工作台(6)上设有电解液收集及排除装置，工业级吹风机(8)的运动控制通过机械手完成。加工分三个过程依次交替往复进行：(a)机械手1(1)移动激光熔覆头(2)进行金属粉末的增材成形；(b)激光熔化沉积样件后，机械手1(1)回零，机械手2(4)移动射流电解装置(3)对样件进行表面修整加工；(c)机械手2(4)回零，工业级吹风机(8)对样件进行清理干燥。这样就实现了射流电解装置对激光熔化沉积成形样件的在线原位修整加工。

Description

激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置
技术领域
本发明涉及激光熔化沉积成形和射流电解加工领域，具体地说是一种激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置。
背景技术
激光熔化沉积当前用于金属增材制造只能达到近净成形，为得到较高的表面质量和精度，通常需要后续辅助工艺进行修整加工。而传统机械加工的手段难以加工钛基、镍基等高温合金材料。当使用电解加工作为二次加工手段时，国内外现有的方法是根据零件形状设计具有特定外形的电解工具电极对激光熔化沉积样件进行加工，加工工艺较为繁琐，加工使用的电解工具电极不具有可移植性。
因此，有必要提出一种新的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置。
发明内容
本发明的目的针对现有的激光熔化沉积和电解组合加工工艺繁琐、可移植性差的问题，设计一种新的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置。射流电解装置可对激光熔化沉积成形样件进行在线原位修整加工。
本发明采用下列技术方案：
一种激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是它包括机械手1、激光熔覆头2、射流电解装置3、机械手4、电解液排出管路5、工作台6、样件7、工业级吹风机8。激光熔覆头2安装在机械手1上，跟随机械手1运动进行激光熔化沉积，射流电解装置安装在机械手4上，跟随机械手4运动进行激光熔化沉积样件的修整加工，射流电解加工工作台上设有电解液收集及排除装置，工业级吹风机8的运动控制通过机械手完成。
本发明具有如下有益效果：
本发明对激光熔化沉积成形样件进行在线原位修整加工。同时，射流电解装置可跟随机械手对任意指定位置进行修整加工，在不需要制作特定形状的工具电极的情况下可实现曲面等的加工。
附图说明
图1为激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，
一种激光熔化沉积和射流电解组合加工的方法和装置，其特征是它包括机械手1、激光熔覆头2(保护气体、激光和金属粉末的输入管路均省略未画出)、射流电解装置3(电解液输入管路及正负电极均省略未画出)、机械手4、工作台6、成形样件7、工业级吹风机8；激光熔覆头2安装在机械手1上，射流电解装置安装在机械手4上，工作台6上设有电解液收集及排除装置，工业级吹风机8的运动控制通过机械手完成。加工分三个过程依次交替往复进行：(a)机械手1移动激光熔覆头2进行金属粉末的增材成形；(b)激光熔化沉积多层或者沉积完成后，由检测装置或工艺人员判断是否需要进行射流电解加工，若需要，则机械手1回零，机械手4移动射流电解装置(3)对样件进行表面修整加工；(c)机械手4回零，工业级吹风机8对样件进行清理干燥。
激光熔化沉积过程中熔覆头喷射出金属粉末并被激光加热熔融沉积，保护气体也是通过熔覆头流出，激光熔化沉积并不是在完全封闭的环境中进行，因此，可以通过机械手移动射流电解装置进行组合加工实现近净成形样件的表面修整。引入射流电解加工时机可以是在激光熔化沉积完成后，也可以是在激光熔化沉积过程中，如果发现有成形缺陷，那么可以通过射流电解加工进行修复。在激光熔覆成形结束后，射流电解加工可以去除成形零件表面的氧化组织，提高成型件的表面质量和表面精度。射流电解装置的工具电极可以根据加工样件表面形状的不同而进行相应的更换。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种激光熔化沉积和射流电解组合加工的方法和装置，其特征是它包括机械手1(1)、激光熔覆头(2)、射流电解装置(3)、机械手2(4)、电解液排出管路(5)、工作台(6)、成形样件(7)、工业级吹风机(8)；激光熔覆头(2)安装在机械手1(1)上，射流电解装置安装在机械手2(4)上，工作台(6)上设有电解液收集及排除装置，工业级吹风机(8)的运动控制通过机械手完成。加工分三个过程依次交替往复进行：(a)机械手1(1)移动激光熔覆头(2)进行金属粉末的增材成形；(b)激光熔化沉积样件后，机械手1(1)回零，机械手2(4)移动射流电解装置(3)对样件进行表面修整加工；(c)机械手2(4)回零，工业级吹风机(8)对样件进行清理干燥。
2.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是在激光熔化沉积和射流电解加工的过程中，样件处于两相邻工作台上，其中一工作台设置有电解液排出管路(5)。
3.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是使用的电化学加工方法为射流电解加工，且工具电极的形状可根据加工样件表面形状的不同而进行相应的更换。
4.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是激光熔覆头、射流电解装置以及工业级吹风机的运动执行机构均为机械手。
5.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是激光熔化沉积使用的熔覆头采用同轴送粉方式，为激光同轴熔覆头；采用的激光器为波长900-1200nm的连续激光器，功率1000-5000kW。
6.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是采用的工业吹风机工作电压220-380V，加工功率2-10kW，风量大于1000m3/h。
7.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是射流电解XY平面扫描运行速度为5-20mm/s；射流电解采用的电源为可调直流稳压电源，电压范围0-200V。
8.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是激光熔化沉积的材料为钛基、镍基高温合金，射流电解使用的电解液为NaCl、NaNO3溶液等。
9.根据权利要求1所述的激光熔化沉积和射流电解组合加工方法和装置，其特征是机械手(1)移动激光熔覆头(2)进行金属粉末的增材成形，待激光熔化沉积多层或者沉积完成后，由检测装置或工艺人员判断是否需要进行射流电解加工，若需要，则机械手(1)回零，机械手(4)移动射流电解装置(3)对样件进行表面修整加工，射流电解加工完成后，机械手(4)回零，工业级吹风机(8)对样件进行清理干燥。
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