[发明专利]连续激光与超声复合表面微加工系统及方法

说明书

本发明公开了一种连续激光与超声复合表面微加工系统及方法，包括将连续激光器的激光束聚焦在靶材上的透镜、激光作用时间调节装置和靶材上下振幅调节装置，靶材上下振幅调节装置包括由超声波发生器控制的超声波变幅杆，变幅杆通过固定夹具安装于CNC数控平台上，靶材安装于变幅杆上；激光作用时间调节装置包括调速器控制转速的挡光转盘，挡光转盘上圆周均布开设有调节激光通过比的透光口，挡光转盘由升降机构和左右移动机构调节其在透镜与靶材之间的位置。本发明利用激光熔凝淬火原理提高靶材表面的表面性能，将靶材固定在超声波变幅杆上，加快靶材表面的对流换热，增强冷却效果，抛出熔渣、均匀化加工区域和细化晶粒的作用。

技术领域

本发明涉及激光加工技术，具体为一种连续激光与超声复合表面微加工系统及方法。

背景技术

连续激光由于其激光能量输出连续稳定的特点，常用来完成激光切割、激光焊接和激光熔覆等工作，具有比脉冲激光更高的加工效率，但利用连续激光进行连续打孔(如规则的阵列凹坑)和表面处理(如凹槽纹理)相对较难，因为连续激光不利于连续打孔操作，同时连续激光的作用会因为过度的热量输入影响加工尺寸精度和基材组织。

激光熔凝硬化技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程，获得的熔凝淬火组织非常致密。该技术不仅能改善工件表面原有的气孔、裂纹、杂质等缺陷，还能提高表面硬度等性能。激光表面织构技术是利用激光快速熔融作用，在工件表面加工一定形状和分布的微细形貌，该技术加工速度快、对环境无污染及形状尺寸可控性好，主要应用于优化表面摩擦学特性，提高零部件性能和服役寿命，激光织构往往采用脉冲激光进行加工，但在加工过程中加工区域存在的一定的不均性，主要是因为一些熔渣堆积。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种优化表面摩擦学特性、提高零部件性能和服役寿命的连续激光与超声复合表面微加工系统及方法。

能够解决上述技术问题的连续激光与超声复合表面微加工系统，其技术方案包括将连续激光器发射的激光束向下聚焦在靶材上的透镜，所不同之处在于还包括激光作用时间调节装置和靶材上下振幅调节装置，其中：

1、所述靶材上下振幅调节装置包括由超声波发生器控制的超声波变幅杆，所述超声波变幅杆通过固定夹具安装于CNC数控平台上，所述靶材安装于超声波变幅杆上。

2、所述激光作用时间调节装置包括由调速器控制转速的挡光转盘，所述挡光转盘上圆周均布开设有调节激光通过比的透光口，所述挡光转盘由升降机构和左右移动机构调节其在透镜与靶材之间的位置。

所述透光口优选采用扇形口。

所述挡光转盘的不透光部位设有由高反射率材质构成的镜面涂层，以避免激光灼烧坏盘体。

常规上，所述升降机构和左右移动机构均为滚珠丝杆螺母传动机构。

采用连续激光与超声复合表面微加工系统对靶材的表面进行激光加工的方法，其方案步骤为：

1、将超声波变幅杆固装在CNC数控平台的固定夹具上，然后将靶材装夹在超声波变幅杆上，运行CNC数控平台将靶材移送至透镜的焦点处。

2、打开连续激光器，通过升降机构和左右移动机构调节挡光转盘于透镜与靶材之间的位置，使得聚焦的激光束能够通过挡光转盘的透光口照射到靶材的表面上。

3、调节激光束到所需功率，启动调速器调节挡光转盘的转速，开启超声波发生器调节好超声波变幅杆的振幅，按照预先设置的程序运行CNC数控平台而进行激光对靶材表面的加工处理。

4、激光完成对靶材表面的加工处理后，关闭连续激光器，关闭调速器和超声波发生器，停止CNC数控平台的运行，将靶材从超声波变幅杆上取下并进行后续处理和观测。

本发明的有益效果：