一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具的制作方法

1.本发明涉及增材制造金属材料加工技术领域，特别涉及一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具。


背景技术：

2.金属材料具有比强度高、密度低、耐腐蚀性良好等特点，被广泛应用于船舶、石油化工、航空航天及医疗领域，基于新型装备性能提升的需求，新型高性能器件的结构和形状的复杂性也越来越高。增材制造技术是一种利用高能束对金属粉末或者丝材逐点扫描熔化、逐线扫描搭接和逐层扫描堆积成形的金属材料加工技术，该技术可以实现复杂结构和形状的直接成形，对于复杂构件三维模型数据建立时，为了实现打印顺利通常会在建模时加以疏松的支撑结构，打印结束后构件内部的支撑结构去除后的残留痕迹无法通过机械加工的方式进行打磨，大大降低了构件内部结构的表面质量。因此，如何打磨构件结构内部表面，降低构件内部表面粗糙度，改善构件表面质量等问题已成为该领域迫切需要解决的问题，也因此成为限制增材制造成形技术发展与应用道路上的主要问题之一。


技术实现要素：

3.为了解决以上问题，本发明的目的是设计了一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其能够有效的打磨增材制造构件内部表面，降低构件内部表面粗糙度，提高构件表面质量，推动增材制造成形技术的发展和应用。
4.为了实现以上目的，本发明的技术方案：
5.一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，包括壳体、开关、转换器、电池、电机、风叶、传动轴、传动齿轮、转动软轴、金属软挫条，所述转换器的下端与开关相连，上端通过电源线与电池和电机的一端相连，所述的电机的另一端设置风叶，且贯穿风叶连接传动轴，所述的传动轴前端与传动齿轮相吻合，所述的传动齿轮与转动软轴相啮合，所述的转动软轴前端设置若干个金属软挫条，用于打磨构件内部表面。
6.进一步的，所述壳体内部设有部件卡槽，用于固定有效打磨增材制造构件内部表面的工具的零部件，所述壳体采用一体注塑成型。
7.进一步的，所述的电池与电机之间串联。
8.进一步的，所述电池为可替换的充电电池，电机能够发生顺时针和逆时针两个方向的旋转。
9.进一步的，所述电机的转动的开始、停止以及方向通过所述的开关进行控制。
10.进一步的，所述电机的另一端设置有风叶，用于电机的散热，且贯穿风叶连接传动轴，传动轴前端与传动齿轮相吻合，传动齿轮随着传动轴的转动发生转动。
11.进一步的，所述传动轴与传动齿轮采用金属材料。
12.进一步的，所述转动软轴与传动齿轮之间为过盈配合，转动软轴与传动齿轮成为一体，转动软轴随着传动齿轮转动实现低摩擦转动。
13.进一步的，所述的转动软轴由高强钢丝制成，最大扭曲转角为180
°
，直径为2-7mm。
14.进一步的，所述的转动软轴前端设置有金属软挫条。
15.进一步的，所述的金属软挫条为双面挫，与转动软轴之间采用电焊连接，可进行更换，长3-8cm，宽2-6mm。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果：
17.(1)本发明公开的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其结构简单、使用方便，通过合理的结构设计，弥补了现有打磨构件内部表面工具的不足，能有效打磨增材制造构件内表面，降低构件内部表面粗糙度，提高增材制造构件的质量。
18.(2)本发明公开的工具壳体，内部设有部件卡槽，可以固定有效打磨增材制造构件内部表面的工具的零部件，提高了一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具在工作过程中的稳定性。
19.(3)本发明电机功率为36w及以上，可以发生顺时针和逆时针两个方向的旋转，电机的转动的开始、停止以及方向可以通过开关进行控制，增加了工具使用的便捷性。
20.(4)本发明电池为可替换的充电电池，增加了工具的使用效率。
21.(5)本发明电机的右侧连接安置有风叶，用于电机的散热，有效降低了工作时电机的温度。
22.(6)本发明传动轴与传动齿轮之间、传动齿轮与转动软轴之间为过盈配合，保证了转动的一致性。
23.(7)本发明传动轴与传动齿轮采用金属材料，硬度hb＞350，机械加工后进行调质处理，具有较强的硬度、强韧性、耐磨性，增加工具的使用寿命。
24.(8)本发明的杆身转动软轴由高强钢丝制成，最大扭曲转角为180
°
，直径为2-7mm，通过电机转动带动转动软轴转动，转动软轴能够根据增材制造构件内部结构的形状自行调节弯度，使金属软挫条顺利达到工作部位，能够有效打磨所有异形流道内表面，解决了现有工具在打磨时无法进入构间内部的难题。
25.(9)本发明传动软轴前端的金属软挫条为双面挫，在增材制造构件流道内可弯曲旋转，实现对构件内部表面的打磨。
26.(10)本发明一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具与工业内窥镜配合使用，能够精准找到支撑残留结构，解决了增材制造构件内部空间狭小、光线不足、使用现有工具无法确定支撑残留结构准确位置的问题。
27.本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
28.图1是本发明实施例提供的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具的示意图；
29.图2是本发明实施例的示意图，其中，(a)构件内部流道内部表面未打磨前的示意图；(b)构件流道内表面打磨后的示意图；(c)是通过传统工具打磨增材制造构件流道内表面的实际图像；(d)是通过本发明工具打磨增材制造构件流道内表面的实际图像；
30.说明书附图中的附图标记包括：
31.1-壳体，2-转换器，3-电源线，4-电机电极，5-电源线，6-电池电极，7-电池，8-电池
仓滑盖，9-传动齿轮，10-转动软轴，11-金属软挫条，12-传动轴，13-风叶，14-电机，15-开关，16-流道。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
34.实施例
35.如图1所示，一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，包括依次设置的壳体1、开关15、转换器2、电池7、电机14、风叶13、传动轴12、传动齿轮9、转动软轴10、金属软挫条11。
36.所述转换器2的下端与开关15相连，上端通过电源线3、电源线5与电池7和电机14的一端相连，所述的电机14的另一端连接安置有风叶13，且贯穿风叶13连接传动轴12，所述的传动轴12前端与传动齿轮9相吻合，所述的传动齿轮9与转动软轴10相啮合，所述转动软轴10前端设置若干个不同目数金属软挫条11，用于打磨构件内部流道16的内表面。
37.转动软轴10由高强钢丝制成，最大扭曲转角为180
°
，直径为5mm，根据增材制造构件的内部流道16的形状进行自行调节扭曲转角，通过开关15控制电机14转动，从而带动传动轴12以及传动齿轮9的转动，将转动软轴10以及金属软挫条11送入到流道16内，金属软挫条11能够对构件流道16的内表面进行打磨处理。
38.电机14功率为36w，可以发生顺时针和逆时针两个方向的旋转，转动的开始、停止以及方向通过开关15进行控制，电池7为可充电的锂电池，电机14、转换器2、电池7之间通过电源线3和电源线5进行连接，构成有效打磨增材制造构件内部表面的工具的电路系统。
39.壳体1为一体注塑成型，内部设有部件卡槽，固定提高增材制造复杂构件内表面质量工具的零部件，传动轴12与传动齿轮9采用锻钢材料进行机加工而成，机械加工后进行调质处理，具有较强的硬度、强韧性、耐磨性，增加工具的使用寿命。传动轴12与传动齿轮9之间、传动齿轮9与转动软轴10之间为过盈配合。
40.金属软挫条11为双面挫，长度为5cm，宽度为4mm，与传动轴12之间采用点焊固定，点焊位置为金属软挫条11的中间，金属软挫条11的目数为150目，通过与工业内窥镜的配合，金属软挫条11在电机14的动力下对构件流道16的内表面进行打磨。
41.本实施例中，在打磨增材制造构件内部流道16表面时，利用金属软挫条11进行打磨，壳体1为一体注塑成型，内部设有部件卡槽，固定提高增材制造复杂构件内表面质量工具的零部件，增加工作时的稳定性，使用时，与工业内窥镜配合，使金属软挫条11以残留支撑接触，通过控制开关15，使电机14进行转动，通过传动轴12带动传动齿轮9转动，传动齿轮9带动转动软轴10转动，转动软轴10带动金属软挫条11发生旋转，对构件流道16的内表面进行打磨。
42.本实施例一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具的工作原理是：
43.本发明的工具包括壳体1、开关15、转换器2、电池7、电机14、风叶13、传动轴12、转动齿轮9、转动软轴10、金属软挫条11。其中壳体1内部设有部件卡槽，采用一体注塑成型，提高了工具在工作过程中的稳定性；电机14可以发生顺时针和逆时针两个方向的旋转，电机14的转动的开始、停止以及方向通过开关15进行控制，电池7为可替换的充电电池增加了工具使用的便捷性。电机14的一侧连接安置有风叶13，用于散热，有效降低了工作时电机14的温度；传动轴12与传动齿轮9采用金属材料进行机加工而成，机械加工后进行调质处理，具有较强的硬度、强韧性、耐磨性，增加工具的使用寿命；转动软轴10由高强钢丝制成，最大扭曲转角为180
°
，根据增材制造构件的内部流道16的形状进行自行调节扭曲转角，传动轴12与传动齿轮9之间、传动齿轮9与转动软轴10之间为过盈配合，保证工具转动的一致性。根据通过开关15控制电机14转动，作为整个工具的动力结构，带动传动轴12以及传动齿轮9的转动，将转动软轴10以及金属软挫条11送入到流道16内，将动力通过传动轴12和传动齿轮9传送到转动软轴10上，然后在金属软挫条11的作用下能够对构件流道16的内表面进行打磨处理。
44.如图2(a)所示，增材制造构件内部流道16内表面粗糙度较大。如图2(c)所示，采用工具锉刀、平铲等传统工具对分布在增材制造构件内部流道内表面打磨后的情况，从图中可以看出，增材制造构件内部流道表面打磨不完全，传统工具不能接触到在流道16的拐角处、流道16深处。
45.本实施中，通过控制开关15，使电机14进行转动，作为整个工具的动力结构，通过传动轴12带动传动齿轮9转动，传动齿轮9带动转动软轴10转动，将转动软轴10以及金属软挫条11送入到流道16内，转动软轴10根据增材制造构件的内部流道16的形状进行自行调节扭曲转角度，由于增材制造构件内部流道16形状复杂，因此，本发明的工具可以与工业内窥镜配合使用，将工业内窥镜的镜头从流道16另一侧进入，通过与内窥镜的配合，找到合适的接触位置。找到合适的接触位置后，使流道16内表面与金属软挫条11接触，电机14的动力通过传动轴12和传动齿轮9传送到转动软轴10上，然后金属软挫条11在构件流道16内进行打磨。在施力过程中，保持工具的位置不发生变动，提高工作效率。
46.如图2(b)和(d)所示，采用本发明的工具打磨构件流道16内表面后的情况，从图中可以看出，流道16内表面的粗糙度显著降低，流道16内表面光滑无损伤。
47.综上，通过本发明一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具能够明显解决增材制造构件结构内部打印时设计的支撑残留难以去除的问题，降低了构件流道16内表面粗糙度，改善了构件流道16内表面质量。
48.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，包括依次设置的壳体、开关、转换器、电池、电机、风叶、传动轴、传动齿轮、转动软轴、金属软挫条；所述转换器的下端与开关相连，上端通过电源线与电池和电机的一端相连，所述的电机的另一端设置风叶，且贯穿风叶连接传动轴，所述的传动轴前端与传动齿轮相吻合，所述的传动齿轮与转动软轴相啮合，所述转动软轴前端设置若干个金属软挫条。2.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述壳体内部设有部件卡槽，用于固定有效打磨增材制造构件内部表面的工具的零部件，所述壳体采用一体注塑成型。3.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述的电池与电机之间串联，所述电池为可替换的充电电池。4.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述电机功率为36w，并且能够发生顺时针和逆时针两个方向的旋转。5.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述的传动轴与传动齿轮采用锻钢材料，硬度hb＞350。6.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述的转动软轴与传动齿轮之间为过盈配合。7.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述的转动软轴由高强钢丝制成，最大扭曲转角为180
°
，直径为2-7mm。8.根据权利要求1所述的一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，其特征在于，所述的金属软挫条为双面挫，与所述的转动软轴之间采用电焊连接，长3-8cm，宽2-6mm。

技术总结
一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具，属于增材制造金属材料加工技术领域。所述一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具主要包括壳体、开关、转换器、电池、电机、风叶、传动轴、传动齿轮、转动软轴、金属软挫条，所述转换器的下端与开关相连，上端通过电源线与电池和电机相连，所述的电机的一侧连接风叶，所述的传动轴前端与传动齿轮相吻合，所述的传动齿轮与转动软轴相啮合，所述转动软轴前端设置若干个金属软挫条，用于打磨构件内部表面。所述一种提高增材制造复杂构件内表面质量的工具能够有效的打磨增材制造构件内部表面，降低构件内部表面粗糙度，提高构件质量，推动增材制造成形技术在高技术领域的应用进程。材制造成形技术在高技术领域的应用进程。材制造成形技术在高技术领域的应用进程。


技术研发人员：任德春 杨兴远 张静 吉海宾 蔡雨升 刘意 姜沐池 雷家峰 杨锐
受保护的技术使用者：北京航天动力研究所
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/13