[发明专利]一种面向抗疲劳制造的受控激光喷丸强化方法和装置

权利要求书

1. 一种面向抗疲劳制造的受控激光喷丸强化方法，其特征在于：首先在通用疲劳分析软件中建立疲劳分析模型，根据强化后预期达到的疲劳寿命值，对零件中的残余应力分布进行优化，得到满足疲劳性能强化要求的残余应力分布；将上述残余应力分布导入结构力学CAE分析软件，优化出作用在金属板料表面的激光冲击波压力及喷丸轨迹；根据激光冲击波压力与激光喷丸工艺参数之间的关系式，由计算机控制系统自动选择优化的激光冲击波压力对应的激光喷丸脉冲能量、脉冲宽度、脉冲形状、喷丸次数及光束变换装置；使用计算机编制NC加工程序，控制导光系统及工作台所走轨迹进行激光喷丸强化加工；激光器发出的一个高能量短脉冲激光束，通过光束变换装置可转变成若干个群脉冲，再通过光学掩模筛选所需脉冲作用方式辐照在工件表面的能量转换体上，转变成对应冲击波压力大小作用在金属零件表面；利用测量反馈系统在线检测激光喷丸强化中零件表层应力及应变的分布情况，通过基于ABAQUS软件平台编制的专用激光冲击波压力加载下的应力应变分析模块进行误差分析和参数修正，进一步指导激光喷丸强化实验，确保在零件表层产生预期的残余应力分布以实现抗疲劳性能强化要求。

2. 一种面向抗疲劳制造的受控激光喷丸强化装置，其特征在于：装置包括激光喷丸系统、工件夹具系统、测量反馈系统和控制系统，激光喷丸系统包括钕玻璃激光器、导光管、全反射镜、光束变换装置和激光喷丸头，导光管将钕玻璃激光器、全反射镜、光束变换装置连接起来，传递钕玻璃激光器产生的脉冲激光，一个高能量短脉冲激光束通过光束变换装置可转变成若干个群脉冲，群脉冲激光束透过激光喷丸头聚焦到工件表面的待喷丸区域，激光喷丸头内设有聚焦镜组和光学掩模，聚焦镜组包含聚焦镜、可旋转反射镜、三棱镜；工件夹具系统包括五轴联动数控工作台和工件夹具，表面贴有能量转换体的工件装夹在工件夹具中，工件夹具安装在数控工作台上，工作台根据机床控制器的指令实现三轴移动和两轴转动；测量反馈系统由新型残余应力测定系统、ARGUS应变测定系统组成，分别收集实时残余应力和应变信息，并反馈给计算机控制系统进行误差分析和参数修正；控制系统包括激光控制器、机床控制器和计算机控制系统，计算机控制系统中包含了通用疲劳分析软件、结构力学CAE分析软件和基于ABAQUS软件平台编制的专用激光冲击波压力加载下的应力应变分析模块；计算机控制系统与测量反馈系统、机床控制器、激光控制器相连。