修整通过增材制造制备的部件的表面制造技术

本发明专利技术公开了用于对通过增材制造制备的金属部件的表面进行修整的方法和装置。该方法包括：将部件41容纳在包括磨料颗粒48的流体43中；以及通过由超声变幅杆45将超声振动施加到流体中来生成压力波动，该压力波动在所述流体中产生声空化，从而通过空化气泡在所述表面上塌缩和因空化气泡塌缩而加速的磨料颗粒48撞击该表面的组合来从该部件的表面移除材料。

Finish the surface of the component made from the additive

【技术实现步骤摘要】
修整通过增材制造制备的部件的表面本公开涉及用于修整通过增材制造制成的金属部件的表面的装置、用于修整这种金属部件的表面的方法、具有使用该方法修整的表面的部件、以及包括这种部件的气体涡轮引擎。
技术介绍
飞行器引擎诸如气体涡轮引擎的部件可通过增材制造来制备。在制造之后，此类部件的表面需要修整(例如，平滑和/或清洁)。一些部件具有内部通道，这使得更难以修整这些内部通道的表面。该修整涉及移除材料以便减小表面粗糙度。CN203611072U公开了一种通过驱动磨料颗粒来抛光孔的设备。电泳辅助和超声加工被一起采用。在电泳的吸附作用下，磨料颗粒被紧密吸附至工具。其目的是通过磨料颗粒在溶液中相对于表面的移动来将工件抛光。CN105773318A公开了一种用于聚合物3D打印产品的浸入式超声表面处理方法。然而，针对产品表面的工业标准和要求已大大增加。上述常规修整技术未能在整个部件中获得足够高质量的表面光洁度。本公开的目的是提供用于改善通过增材制造制备的金属部件的表面的修整的装置和方法。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了对通过增材制造制备的金属部件的表面进行修整的方法，该方法包括：将部件容纳在包括磨料颗粒的流体中；以及通过由超声变幅杆将超声振动施加到流体中来生成压力波动，该压力波动在流体中产生声空化，从而通过空化气泡在表面上塌缩和因空化气泡塌缩而加速的磨料颗粒撞击表面的组合来从部件表面移除材料。可以由通过变幅杆的超声振动在流体中生成的超声波和由空化气泡塌缩生成的二次冲击波来使磨料颗粒加速。r>变幅杆的输出功率密度可为至少105W/m2。该方法还可包括使容器中的流体再循环以便保持流体的均质性。该方法还可包括将部件直接安装到超声变幅杆上，使得超声变幅杆引起部件在变幅杆振动的超声频率下振动。磨料颗粒可具有小于100μm的平均尺寸。它们可具有锋利的边缘，从而在超声激发时充当空化成核位点。该磨料颗粒可具有角部，平均角部半径小于磨料颗粒的平均最大长度的20％。该角部可具有小于磨料颗粒的平均最大长度的10％的平均半径。从中移除材料的部件的表面可以是部件的内部通道。该方法还可包括将已修整部件装配在气体涡轮引擎中。该方法还可包括将包括已修整部件的气体涡轮引擎装配到飞行器上。根据本公开的第二方面，提供了用于对通过增材制造制备的金属部件的表面进行修整的装置，该装置包括：容器，其用于将部件容纳在包括磨料颗粒的流体中；超声换能器，其被构造用于振动；和超声变幅杆，其被构造用于将振动从换能器传递到容器中的流体中以生成压力波动，该压力波动在流体中产生声空化，从而通过空化气泡在表面上塌缩和因空化气泡塌缩而加速的磨料颗粒撞击表面的组合来从部件表面移除材料。可以由通过变幅杆的超声振动在流体中生成的超声波和由空化气泡塌缩生成的二次冲击波来使磨料颗粒加速。该装置可被构造使得在使用中变幅杆的输出功率密度为至少105W/m2。该装置还可包括流体。磨料颗粒可具有小于100μm的平均尺寸。磨料颗粒可具有锋利的边缘，从而在超声激发时充当空化成核位点。磨料颗粒可具有角部，平均角部半径小于磨料颗粒的平均最大长度的20％。该角部可具有小于磨料颗粒的平均最大长度的10％的平均半径。该装置还可包括用于将容器中的流体再循环的电路以便保持流体的均质性。根据本公开的另一方面，提供了用于对通过增材制造制备的金属部件的表面进行修整的装置，该装置包括：容器，其用于将部件容纳在流体中；超声换能器，其被构造用于振动；和超声变幅杆，其被构造用于将振动从换能器传递到容器中的流体中；其中该装置被构造使得在使用中变幅杆的输出功率密度为至少105W/m2。在一种布置结构中，变幅杆相对于容器定位，使得在使用中其顶端延伸到流体中并浸没在流体中。在一种布置结构中，变幅杆被构造用于允许部件直接安装到其上。在一种布置结构中，该装置包括：用于将容器中的流体再循环的电路。在一种布置结构中，该装置包括：作为容器中的流体的浆液，其中该浆液包括磨料颗粒。在一种另选布置结构中，该装置包括：作为容器中的流体的均质液体。在一种布置结构中，该装置包括：金属部件。在一种布置结构中，该部件包括至少一个内部通道。根据本公开的另一方面，提供了用于对通过增材制造制备的金属部件的表面进行修整的方法，该方法包括：将部件容纳在流体中；以及由超声变幅杆将振动施加到流体中；其中变幅杆的输出功率密度为至少105W/m2。根据本公开的另一方面，提供了一种部件，其具有使用本公开的方法修整的表面。根据本公开的另一方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，其包括具有使用本公开的方法修整的表面的部件。在一种布置结构中，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴；风扇；以及齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度驱动风扇。其中风扇位于引擎核心的上游。在一种布置结构中，该涡轮是第一涡轮，该压缩机是第一压缩机，并且该芯轴是第一芯轴；该引擎核心还包括第二涡轮、第二压缩机和将该第二涡轮连接到该第二压缩机的第二芯轴；并且第二涡涡轮、第二压缩机和第二芯轴被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。附图说明现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；图4示出了根据本公开的装置的一种布置结构；图5示出了超声换能器；图6示出了用于对部件进行修整的机制的各阶段；图7示意性地示出了部件表面处的修整工艺；图8示出了已修整的部件的一部分；和图9和图10示出了根据本公开的装置的另选布置结构。具体实施方式如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对通过增材制造制备的金属部件(41)的表面进行修整的方法，所述方法包括：/n将所述部件(41)容纳在包括磨料颗粒(48)的流体(43)中；以及/n通过由超声变幅杆(45)将超声振动施加到所述流体中来生成压力波动，所述压力波动在所述流体中产生声空化，从而通过空化气泡在所述表面上塌缩和因空化气泡塌缩而加速的磨料颗粒(48)撞击所述表面的组合来从所述部件的所述表面移除材料。/n

【技术特征摘要】
20181127 GB 1819238.51.一种对通过增材制造制备的金属部件(41)的表面进行修整的方法，所述方法包括：
将所述部件(41)容纳在包括磨料颗粒(48)的流体(43)中；以及
通过由超声变幅杆(45)将超声振动施加到所述流体中来生成压力波动，所述压力波动在所述流体中产生声空化，从而通过空化气泡在所述表面上塌缩和因空化气泡塌缩而加速的磨料颗粒(48)撞击所述表面的组合来从所述部件的所述表面移除材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述变幅杆(45)的输出功率密度为至少105W/m2。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
使所述容器中的所述流体(43)再循环以便保持所述流体(43)的均质性。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
将所述部件(41)直接安装到所述超声变幅杆(45)上，使得所述超声变幅杆(45)引起所述部件(41)在所述变幅杆振动的超声频率下振动。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述磨料颗粒(48)具有小于100μm的平均尺寸。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述磨料颗粒(48)具有锋利边缘，从而在超声激发时充当空化成核位点。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述磨料颗粒具有角部，所述角部具有小于所述磨料颗粒的平均最大长度的20％、优选地小于所述磨料颗粒的所述平均最大长度的10％的平均角半径。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从其移除所述材料的所述部件(41)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭凯良，莫伊兹·S·沃拉，谭伟伦，阿伦·普拉桑特·纳伽林加姆，斯威·霍克·杨，亚瑟·威，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB