增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法

本发明属于电化学复合光整加工领域，具体涉及一种增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法。

背景技术：

1、增材制造技术具有较大的设计自由度，可以快速成型出传统机械制造方法无法加工的一体化复杂结构，如弯管结构、随形流道等。但是，由于“台阶效应”、“球化效应”、“粉末粘附”等原因，导致成型质量较差，其尺寸精度一般在±0.5mm左右，表面粗糙度ra大于10μm，因此需要进行光整加工，以满足其使用要求。

2、电解光整加工技术是利用金属在电解液中产生的阳极溶解来改善金属表面微观几何形状、降低表面粗糙度的一种非接触式抛光方法。光整加工过程中不受材料强度、硬度等限制，无应力产生，光整后能够获得表面粗糙度较低的光滑表面，由于电解光整过程中材料以离子形式被去除，理论上可以达到离子尺度级别的抛光精度。但是对于增材制造金属弯管，其材质多为铝基或钛基复合材料，电解光整加工时易产生钝化层，降低光整加工效率，并且电解光整加工技术对被抛光对象的初始表面要求较高，单一电解光整对增材制造零件表面的作用效果较差。

3、为此，如专利cn108637412b、cn112170995b等专利公开了电解机械复合光整加工方法，通过电解光整加工快速去除弯管内多余物、光整弯管内表面；通过柔性摩擦层表面的硬质磨粒、磨块等机械磨削作用进一步光整弯管内表面、去除电解作用产生的钝化层。为了进一步提高电解机械复合光整加工弯管内表面的可达性，如专利cn112170995a将摩擦层、磨块等“刚性物体”被替换成具有“柔性”的游离磨料，通过磨料高速流动时产生的冲蚀作用来完成机械磨削加工。但上述光整加工方法仍存在以下问题：

4、因为在磨料高速流经金属流道弯曲处时，由于运动惯性等作用磨料运动分布发生了变化，在弯曲处外侧即弯曲直径较大的一侧，磨料分布较多，而弯曲处内侧即弯曲直径较小的一侧，磨料分布较少，造成弯曲处外侧内表面光整质量较好，而弯曲处内侧内表面光整质量较差，故目前，如何快速高质量完成增材制造金属弯管等弯曲处内表面的光整加工仍是一大挑战。

技术实现思路

1、针对磨料电解复合光整加工增材制造金属流道弯曲处时光整质量不一致问题，本发明提供一种增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，旨在实现如增材制造金属弯管、随形流道等流道弯曲处内表面的高效高质量光整加工。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其方法包括：将工具电极作阴极置于作阳极的金属流道弯曲处内部中心，用混合有磁性磨料的电解液作为抛光液，抛光液沿金属流道延伸方向高速冲蚀金属流道内表面并电解时，用磁场控制流经弯曲处的磁性磨料向弯曲直径较小的一侧偏移，磁性磨料在抛光液中形成动态均匀分布，以此对金属流道内表面进行复合光整加工。

4、上述光整方法可以通过增材制造金属流道内表面与工具电极表面之间的电解反应快速光整金属流道内表面、去除金属流道内多余物；通过磁性磨料高速流动时产生的冲蚀作用，去除金属流道壁面产生的钝化层，加速下一步电解反应；磁性磨料在被电解液带着沿金属流道向前“推进”的同时，通过磁场控制磁性磨料向弯曲直径较小的一侧发生偏移，在不影响抛光液整体前进方向的基础下，促进磁性磨料在弯曲处抛光液中的动态均匀分布，显著提高磨料冲蚀作用对弯曲处材料去除的均匀性，进而提高光整加工尺寸精度和表面质量。

5、进一步的，所述工具电极采用形状记忆合金丝，工具电极的记忆延伸形状与金属流道的轴向中心线形状一致，更便于将工具电极通过插入如金属弯管等封闭式或延伸长度较大的金属流道，置于金属流道内部后，能凭借其特有的形状记忆功能保证工具电极与金属流道弯曲形状相同，使得金属流道壁面与工具电极表面之间的加工间隙分布一致，进一步提高电解作用下金属流道内表面材料的均匀去除。

6、进一步的，采用压力泵泵送抛光液，便于使抛光液快速流经金属流道弯曲处起到冲蚀作用。

7、进一步的，以金属流道外部、靠近弯曲直径较小一侧的磁极产生吸引磁性磨料的磁场，便于借助磁极的吸引力，通过弯曲直径较小一侧的磁场对流经弯曲处的磁性磨料进行吸引，使得磁性磨料在被电解液带着沿金属流道向前“推进”的同时，被磁场“拉”近弯曲直径较小的一侧，即向弯曲处内侧发生偏移，进一步促进磁性磨料在弯曲处的动态均匀分布。

8、进一步的，所述磁极沿金属流道弯曲处径向设置，多个磁极的分布覆盖靠近弯曲直径较小一侧的整个弧段，进一步促进磁性磨料在整个弯曲处的动态均匀分布。

9、进一步的，其特征在于，所述金属流道包括铝基或钛基复合材料的流道，以便增材制造应用。

10、进一步的，所述金属流道包括金属弯管、随形流道形成的流道。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、(1)本发明采用混合有磁性磨料的电解液作为抛光液，既保证了金属流道内表面与工具电极表面之间能够发生电解反应，又具有了高速冲蚀作用，实现磨料电解复合光整加工，同时增加磁场辅助控制流经弯曲处的磁性磨料向弯曲直径较小的一侧偏移，使磁性磨料在抛光液中形成动态均匀分布，金属流道弯曲处内表面受到的磁性磨料冲蚀作用相同，有效提高弯曲处光整效果的一致性，解决了现有磨料电解复合光整加工增材制造金属流道内表面时，弯曲处光整质量不一致问题，通过磁场辅助磨料电解复合光整加工，可以实现增材制造金属流道弯曲处高效高质量光整加工。

13、(2)本发明采用形状记忆合金丝作为工具电极，使得金属流道壁面与工具电极表面之间的加工间隙分布一致，利于进一步提高电解作用下金属流道内表面材料的均匀去除。

14、(3)在整个光整加工过程中，磁性磨料是被电解液沿弯管向前“推进”的同时被磁极形成的吸引磁场“拉”近弯管内侧，不影响抛光液整体前进方向，磁场与金属流道工件无需相对运动，弯曲处曲率大小对磁极布置影响不大，因此该方法特别适合大曲率弯曲流道光整加工。

技术特征：

1.增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，其方法包括：将工具电极(3)作阴极置于作阳极的金属流道弯曲处内部中心，用混合有磁性磨料(6)的电解液(5)作为抛光液(2)，抛光液(2)沿金属流道延伸方向高速冲蚀金属流道内表面并电解时，用磁场控制流经弯曲处的磁性磨料(6)向弯曲直径较小的一侧偏移，磁性磨料(6)在抛光液(2)中形成动态均匀分布，以此对金属流道内表面进行复合光整加工。

2.根据权利要求1所述的增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，所述工具电极(3)采用形状记忆合金丝，工具电极(3)的记忆延伸形状与金属流道的轴向中心线形状一致。

3.根据权利要求1所述的增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，采用压力泵泵送抛光液(2)。

4.根据权利要求1所述的增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，以金属流道外部、靠近弯曲直径较小一侧的磁极(4)产生吸引磁性磨料(6)的磁场。

5.根据权利要求4所述的增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，所述磁极(4)沿金属流道弯曲处径向设置，多个磁极(4)的分布覆盖靠近弯曲直径较小一侧的整个弧段。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，所述金属流道包括铝基或钛基复合材料的流道。

7.根据权利要求1～5任意一项所述的增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其特征在于，所述金属流道包括金属弯管(1)、随形流道形成的流道。

技术总结
本发明涉及一种增材制造金属流道弯曲处磁场辅助磨料电解复合光整方法，其方法包括将形状记忆合金丝工具电极作阴极，置于作阳极的金属流道弯曲处内部中心，用混合有磁性磨料的电解液作为抛光液，抛光液沿金属流道延伸方向高速冲蚀金属流道内表面并电解时，用电解反应快速光整金属流道内表面、去除金属流道内多余物，用冲蚀作用去除金属流道壁面产生的钝化层，加速下一步电解反应，用磁场控制流经弯曲处的磁性磨料在向前推进的同时，向弯曲直径较小的一侧偏移，磁性磨料在抛光液中形成动态均匀分布，解决弯曲处光整质量不一致的问题，实现增材制造金属弯管、随形流道等金属流道内表面的高效高质量光整，特别适合大曲率弯曲流道光整加工。

技术研发人员：杨涛,杭雨森,吴修娟,展熠辉,王红军
受保护的技术使用者：南京工业职业技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21