【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合式增材制造，尤其涉及激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置及方法。
技术介绍
1、复合式增材制造技术结合增材制造技术与其他制造技术的优势，能够获得性能优异、成形精度高的零件。复合式增材制造技术可以分为增减材复合制造技术和增材复合制造技术，按照复合形式分又可以分为工序分离式、交叉协同式。金属增材制造在零件成形精度和表面质量控制方面存在局限性，可以通过减材方法进行弥补。通过增等材复合制造技术，在制造过程或后处理过程中进行等材加工，能够改善增材层晶粒形态、显微组织和应力状态，实现对零件宏观力学性能的有效控制。同时，采取交叉协同式的复合方式，能够使增材制造的零件的整体性能得到提升。
2、但是，将增材制造技术与单一的减材加工技术或者等材加工技术进行复合，难以实现制件形体一体化的有效调控。而将增材制造技术与多种减材加工技术和等材加工技术复合，能够结合多种加工的优势，减少后处理过程，获得低成本、高效率、高质量的零件。
3、在诸多增材制造技术当中，电化学增材技术利用电沉积原理在阴极沉积金属材料，具有高加工精度、表面质量好、制造成本低等优点，适用于微纳零件的制造，但是其成型速度较慢。在减材加工中，磨粒流加工具有高精度加工、加工过程自动化等特点，适用于无大量材料去除的加工场景。在等材加工中，激光冲击(激光喷丸)相比于传统机械喷丸是非接触加工，能够实现精确控制，产生较深的残余应力场，但是为了防止金属表面受到激光的烧蚀，需要在表面涂敷吸收保护层，这就增加了加工方法的复杂性和成本。
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1、本专利技术的目的是提供激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置及方法，以解决上述问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，包括：
4、阴极机构；
5、阳极机构，设置在所述阴极机构内；
6、底盘机构，设置在所述阴极机构内；
7、加工介质，设置在所述阴极机构与所述阳极机构之间且位于所述底盘机构上方；
8、扰动机构，设置在所述阴极机构内且位于所述底盘机构上方，所述扰动机构位于所述阳极机构下方，用于搅动所述加工介质；
9、激光冲击机构，设置在所述阳极机构内，所述激光冲击机构的光路穿出所述阳极机构且照射向工件的内侧；
10、电源，负极与所述阴极机构电性连接，正极与所述阳极机构电性连接。
11、优选的，所述阴极机构包括：
12、支架，固接在地面上；
13、阴极工具，通过第三轴承转动连接在所述支架上，所述阴极工具与所述电源的负极电性连接；
14、第三齿轮，同轴固接在所述阴极工具的底端外缘处；
15、第四齿轮，与所述第三齿轮啮合；
16、第二电机，固定安装在地面上，所述第四齿轮同轴固接在所述第二电机的输出轴上。
17、优选的，所述底盘机构包括：
18、底盘，同轴设置在所述阴极工具内，所述底盘的外缘与所述阴极工具的内侧壁滑动接触；
19、多个非中心升降装置，周向等间隔固接在所述阴极工具的内侧底壁上；
20、多个非中心升降装置轴，与所述非中心升降装置一一对应设置，所述非中心升降装置轴同轴固接在所述非中心升降装置的升降端，所述非中心升降装置轴的顶端与所述底盘的底面固接。
21、优选的，所述扰动机构包括：
22、中心叶片，同轴设置在所述阴极工具内且位于所述底盘的上方；
23、转筒，同轴固接在所述中心叶片的底面，所述转筒顶端贯穿所述中心叶片，所述转筒的底端穿过所述底盘，所述转筒通过第一轴承与所述底盘转动连接；
24、第一齿轮，同轴固接在所述转筒的底端外缘处；
25、第二齿轮，与所述第一齿轮啮合；
26、第一电机，固接在所述底盘的底面上，所述第二齿轮同轴固接在所述第一电机的输出轴上。
27、优选的，所述阳极机构包括：
28、阳极工具，同轴设置在所述阴极工具内；
29、中心升降装置轴，同轴固接在所述阳极工具的底端，所述中心升降装置轴的底端穿过所述转筒且穿入所述支架内，所述中心升降装置轴与所述转筒之间设置有第二轴承；
30、中心升降装置，设置在所述支架内，所述中心升降装置的升降端与所述中心升降装置轴的底端固接。
31、优选的，所述激光冲击机构包括：
32、自动聚焦激光头，设置在所述阳极工具内，所述自动聚焦激光头的光路穿出所述阳极工具；
33、第二反射镜，倾斜设置在所述阳极工具内，所述第二反射镜将光线反射至所述自动聚焦激光头的射入端；
34、第一反射镜，位于所述第二反射镜的正上方，所述第一反射镜将光线反射至所述第二反射镜的反射面；
35、扩束单元，将激光束发射到所述第一反射镜的反射面；
36、激光器，生成所述激光束并将所述激光束发射至所述扩束单元的入射端。
37、优选的，所述加工介质包括：
38、电化学溶液，填充在所述阴极工具与所述阳极工具之间且位于所述底盘的上方；
39、陶瓷磨料颗粒，位于所述电化学溶液内。
40、一种激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造方法，基于所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，包括以下步骤：
41、增材：接通电源为阴极机构以及阳极机构供电，同时阴极机构与扰动机构反向慢速旋转，金属材料在阴极机构的内侧壁上沉积，形成工件，实现电化学增材；
42、减材：电源关闭，阴极机构以及阳极机构均静止不动，扰动机构高速旋转带动加工介质对工件的内侧壁进行撞击，实现磨粒流减材；
43、强化：扰动机构停止运动，激光冲击机构射出激光，在工件的内侧壁附近产生冲击波，冲击工件的内侧壁，同时产生空化效应，实现对工件内侧壁的强化。
44、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
45、一、本专利技术将电化学增材技术、磨粒流减材技术和水下激光冲击波强化技术相结合，结合特种加工的优势，减少后处理过程。通过交叉协同的复合方式，减少误差的积累，实现低成本、高质量、高精度的一体化工件制造。
46、二、本专利技术在低速旋转流场模式下进行电化学增材制造，通过中心叶片旋转带动流场旋转，促进加工过程中电解液中金属离子的传输效率，减少加工过程中加工区边缘处的电流密度不均匀现象，提高了电化学反应的均匀性和稳定性。同时，旋转流场能够增加溶液与工件表面之间的对流传质，从而加速了电化学反应的进行，有助于提高加工速度和效率。
47、三、本专利技术在高速旋转流场模式下进行陶瓷磨料颗粒减材和撞击，对电化学增材制造表面进行抛光和初步强化。由于电化学增材已经具有相对高的表面质量和成型精度，而磨粒流加工具有更高精度、高自动化的加工特点，适用于无大量材料去除的加工场本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述阴极机构包括：
3.根据权利要求2所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述底盘机构包括：
4.根据权利要求3所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述扰动机构包括：
5.根据权利要求4所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述阳极机构包括：
6.根据权利要求5所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述激光冲击机构包括：
7.根据权利要求5所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述加工介质包括：
8.一种激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造方法，基于权利要求1-7任一项所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述阴极机构包括：
3.根据权利要求2所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述底盘机构包括：
4.根据权利要求3所述的激光冲击波协同变速磨粒流增减材一体化制造装置，其特征在于，所述扰动机构包括：
5.根据权利要求4所述的激光冲击波协同变...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，刘鑫宇，程晓勇，鲁金忠，卢海飞，王长雨，张朝阳，徐坤，朱浩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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