[发明专利]一种隐藏面激光冲击强化方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特指一种隐藏面激光冲击强化的方法，以及实现这种方法的装置，适用于具有隐藏面工件的表面强化。

背景技术

激光冲击强化(LSP：又叫激光喷丸)是一种新型的材料表面强化技术，利用强激光诱导的冲击波力学效应对材料进行加工，具有高压、高能、超快和超高应变率等特点。其形成的残余压应力层能有效地消除材料内部的应力集中和抑制裂纹的萌生和扩展，能够显著提高金属零件的疲劳寿命以及抗腐蚀和抗磨损能力。

目前国内主要应用激光冲击强化处理工件的外表面，如叶片、齿轮等，而对轴承以及一些以隐藏面作为工作面的零件处理少有报道。张永康等人申报的专利号为200610096476.5的中国专利，名称为一种基于激光冲击波技术孔壁的强化方法和装置提出了采用反射冲击波对工件孔壁的处理方法。随后，姜银方等人申报的专利号为201010510712.X的中国专利，名称为一种紧固孔激光冲击强化的方法和装置也提出了类似的针对于孔壁的处理方法。但当工件隐藏面为曲面或孔径尺寸较大时，以上两种方法均不适用。因为当工件隐藏面为曲面时，很难制造出合适的反射锥使反射冲击波均匀作用于隐藏面，而当孔径尺寸较大时，反射冲击波容易扩散，从而减弱孔壁激光冲击强化的效果。解决隐藏面处理的关键在于将激光束引入工件内部，并且保证以合适的入射角作用于隐藏面待加工区域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隐藏面激光冲击强化方法和装置，以强化工件隐藏面为曲面或孔径尺寸较大时的隐藏面性能。

为了解决经上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种隐藏面激光冲击强化方法，其特征在于：采用近似分段加工的方法，控制系统根据信号采集卡的信号调节设置在工件内部的全反镜的移动和转动，使反射激光束以合适的入射角，即反射激光束与隐藏面待加工区域法线的夹角，作用于隐藏面待加工区域，从而实现隐藏面激光冲击强化；所述入射角的范围为0°-30°。

一种实施所述隐藏面激光冲击强化方法的装置，包括激光器（1）、激光器控制装置（2）、水箱（5）、吸收层（6）、夹具（7）、工作台（8）、信号采集卡Ⅰ（9）、信号采集卡Ⅱ（10）、全反镜（11）、进给装置（12）和控制机构（13）；激光器（1）位于最上方，激光器控制装置（2）与激光器（1）相连，水箱（5）位于激光器正下方，全反镜（11）、信号采集卡Ⅰ（9）和信号采集卡Ⅱ（10）安装在夹具（7）上，夹具（7）通过进给装置（12）与工作台（8）相连，控制系统（13）位于水箱（5）外，通过信号线分别于信号采集卡Ⅰ（9）、信号采集卡Ⅱ（10）以及工作台（8）相连；其特征在于：所述信号采集卡Ⅰ（9）和信号采集卡Ⅱ（10）均位于全反镜（11）所在平面内，并且信号采集卡Ⅰ（9）和信号采集卡Ⅱ（10）的连线与入射激光束共面，同时信号采集卡Ⅰ（9）与信号采集卡Ⅱ（10）之间的距离等于入射激光束在全反镜（11）上入射点与信号采集卡Ⅱ（10）之间的距离；所述进给装置（12）能实现夹具（7）的6个自由度运动。

所述的控制机构（13）能够接收信号采集卡Ⅰ（9）和信号采集卡Ⅱ（10）的信号并同时控制工作台（8）、信号采集卡Ⅰ（9）和信号采集卡Ⅱ（10）的运动。本发明的创新之处在于，将隐藏面轮廓线近似分割成许多小直线段，每两条相连的小直线段之间成一定角度，激光冲击强化过程沿着这些小直线段分段进行，每加工完一条小直线段，全反镜旋转适当的角度并移动到合适的位置开始加工下一条小直线段，保证反射激光束的入射角，即反射激光束与隐藏面待加工区域法线夹角的范围为0°-30°。

使用该装置的具体步骤为：

(1)   在工件隐藏面待加工区域涂上吸收层，再将工件放入空的水箱中；

(2)   将全反镜、信号采集卡Ⅰ和信号采集卡Ⅱ安装在夹具上，保证信号采集卡Ⅰ和信号采集卡Ⅱ均位于全反镜所在平面内，接着将夹具、进给装置和工作台连接好之后将整个工作台部分固定在工件底部；

(3)   通过激光器控制装置设定激光器输出用于指示作用的低能量激光束，打开激光器，然后通过控制系统调整全反镜的位置和角度，使反射激光束垂直于工件最上方的待加工区域A点，并且保证信号采集卡Ⅰ和信号采集卡Ⅱ与入射激光束共面，信号采集卡Ⅰ和信号采集卡Ⅱ的测量方向与反射激光束平行，同时信号采集卡Ⅰ与信号采集卡Ⅱ之间的距离和入射激光束在全反镜上入射点与信号采集卡Ⅱ之间的距离均为L，此时信号采集卡Ⅰ和信号采集卡Ⅱ所对应的分别为隐藏面上的C点和B点；