发布时间：2024-04-27 来源：网络
对于通过增材制造（AM）制造的金属生产零件，通常需要进行后期加工，尤其是在功能性表面上。包括磨削和抛光在内的磨料加工具有对常规零件和加性零件（即3D打印零件）进行精加工的能力。与机械加工（例如铣削和其他替代的精加工工艺）相比，磨削具有在地表层中产生紧密公差，精加工和所需压缩残余应力的优势。对于通常在3D打印中使用的难加工材料，其优势将变得更为重要，因为磨粒的自锐特性使磨具的使用寿命比其他切削工具更长。可以准备复杂形状的砂轮，以精加工3D打印的Inconel 718和6-4钛零件。使用预成型砂轮进行磨削工艺是完成相对大量零件的有效方法。除精密研磨外，研磨工具还可用于手动或自动模式下的自由形状精加工。
对于小批量生产，金属3D打印用户正在研究如何灵活地对复杂的零件几何形状进行磨削。Norton│Saint-Gobain磨料磨具与英国制造技术中心（MTC）合作，研究了使用带定点砂轮的CNC磨削和使用磨具的自由形式精加工来精加工3D打印零件的方法。
电镀或陶瓷化的cBN砂轮广泛用于研磨Inconel 718（IN718）零件，其工艺范围从重切削到精密加工以达到严格的公差。在这项研究中，研究人员选择了一个固定点cBN砂轮，以演示在3D打印IN718零件上进行CNC磨削的可行性。定点砂轮是直径为6.35 mm的电镀球头砂轮，并具有100粒度的cBN磨料。
雷尼绍的一台RenAM500Q激光粉末床机器生产出具有倒角和弯曲表面的IN718零件，如图1所示。打印后，将零件在900°C下进行热处理，以消除构建后的应力，循环45分钟，然后进行氮气处理冷却至室温。经过热处理后，研究人员发现平均表面积粗糙度（Sa）约为14微米，这是通过Alicona Infinite Focus SL聚焦变化显微镜测得的。在这项研究中，Sa测量用于表征表面光洁度，因为它代表了整个表面的粗糙度并且与测量方向无关，而沿着线的测量可能会受到各向异性表面纹理的影响。
MTC进行了CNC磨削实验。表1列出了研磨条件，其中冷却液为5％乳状液（水溶性）。乳液冷却剂的选择应有助于研磨后零件的清洁。尽管cBN轮在使用直油冷却剂时性能更好，但使零件清洗困难，特别是对于复杂形状和3D打印零件通常难以访问的特征。因此，本研究不考虑使用石油。
将具有斜切和弯曲表面的IN718零件成功研磨至1.2-1.5微米Sa的表面光洁度。在研磨实验期间，安装在机床上的自动百隆工具测量系统测量了砂轮的磨损。虽然刀具测量系统最初是为铣削和车削刀具而开发的，但这项研究表明它可以适用于砂轮。此类测量与机器控制器的集成可实现自动车轮磨损补偿。
图2：此测量的砂轮磨损和磨削路径长度的曲线 mm的切削深度下，倒角和弯曲表面的刀具磨损很快，并且随着砂轮的磨损，表面光洁度变差。将切削深度减小到0.1毫米，可大大减少砂轮磨损。
图2显示了测得的砂轮磨损与磨削路径长度的关系。在0.2 mm的切削深度和150 mm / min的进给速度下，磨削倒角和弯曲表面时，刀具磨损相对较快。在大约8米的磨削距离后，当砂轮直径减小到大约45微米时，表面光洁度变差。在相同的进给速率下，将切削深度从0.2毫米减小到0.1毫米，可将砂轮磨削10米后的砂轮磨损显着降低至10微米以下。
研究人员还使用TiAlN涂层硬质合金刀具和霍夫曼集团推荐的工艺条件（174毫米/分钟的进给速度和0.2毫米的切削深度）进行了铣削实验。这些研究显示出与磨削相似的表面光洁度和工具磨损。虽然铣削可以实现更大的切削深度（0.2毫米vs. 0.1毫米），但磨削具有潜在的成本优势：研究中使用的砂轮仅约15美元，而相应的铣削工具约为50美元。
研究表明，电镀的cBN砂轮在研磨IN718和其他难以加工的材料时可以获得良好的表面光洁度和长寿命。与水溶性冷却液的兼容性以及原位工具磨损监测功冰球突破官方入口能使定点cBN车轮成为精加工3D打印零件的诱人选择。在硬化金属上，磨削相对于铣削或其他机加工的优势更加突出。对于具有近最终形状的3D打印零件，可以通过以下方式进行优化后处理：不对软零件进行机加工就直接对打印零件进行热处理，然后通过研磨完成热处理零件。
轮廓复杂，但没有严格的尺寸公差。为了对此进行研究，研究人员打印了两个IN718零件（如图3所示），以表示在航空航天和工具行业中常见的形状，并按照上一节中的说明对其进行了热处理。需要使用支撑件来打印肋骨/支柱。用手动工具（例如平切刀）将其除去，从而在零件表面上留下痕迹。
对于相对较大的自由曲面，研究发现，锉刀皮带是最佳工具，因为它符合表面轮廓和柔韧性。具有中等粒度（P60）的涂层锉刀传送带可实现良好的材料去除率，并在印刷表面上具有长寿命。然后使用非织造带产生良好的表面光洁度。快速更换圆盘和螺旋辊也在自由曲面上进行了测试，但性能不如锉刀带。发现纤维盘对工具接触角的依赖性较小，并且无法到达受约束的区域，从而导致材料去除的突然变化和异型表面的光洁度。螺旋辊可以进入较小的区域，但不能保持与凹面的稳定接触，从而导致工具振动和光洁度不均。
图3：圣戈班磨料磨具和制造技术中心使用了3D打印的IN718零件，这些零件代表了航空航天和工具行业中常见的形状，以磨料刀具对形状复杂但尺寸不紧的零件进行了自由形式的精加工测试公差。
对于具有轮廓的外部或易于访问的表面，统一的无纺布轮和棉纤维固定点轮能够精加工表面，而不会显着改变零件的几何形状。但是，直接在粗糙的印刷表面上使用时，这两种工具都会很快磨损。因此，建议在印刷后的表面上使用涂层的襟翼轮或螺旋辊作为第一步。然后可以使用非织造皮瓣轮修整相对较大的表面，将统一点和固定点轮用于复杂或较小的区域。
上述方法在表面光洁度方面取得了显着改善。所示的表面轮廓和粗糙度测量结果表明，Sa从印刷后的表面上的约12微米降低到精加工表面上的约2微米，Sa降低了。
图4：此肋/撑杆在打印时需要支撑，已用手动工具将其卸下。外边缘用统一的无纺布轮和棉纤维固定点轮精加工，而内表面用螺旋辊粗磨，并用无纺布组合轮精加工。
建议分两步进行，首先用粗砂纸磨料产品快速去除缺陷或其他粗糙的表面特征。然后可以用更柔顺的研磨产品对表面进行精加工。用浸渍有磨料颗粒的尼龙纤维制成的非织造磨料产品是异型表面自由形式精加工的理想选择，因为它们可以贴合零件表面并均匀地进行精加工，并且对几何形状的变形最小。
对于自由形状的精加工，有各种各样的皮带，圆盘和定心轮。表2总结了基于3D打印零件的共同特征选择合适的磨料产品的一般指南。建议将陶瓷磨料用于不锈钢和高温合金，将SiC或氧化锆磨料用于钛和铝。
表2中所示的磨料产品可与便携式电动工具配合使用，其中包括微型直角磨床，模磨机和锉刀砂带机。便携式研磨工具的重量轻，体积小和灵活性强，可实现不同的配置，例如将工具带到固定零件上，将零件带到工具上，以及同时使用工具和零件。可以在工作站上设置多种研磨工具，以完成多种复杂功能。使用上游（3D打印）过程中的CAD图和其他零件信息，可以通过CNC机器和机器人单元实现全自动的研磨工具和精加工过程的选择，借助过程中的力测量和视觉，可以确保一致的结果传感器和闭环控制机制。
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