[发明专利]一种减小轴类零件激光冲击强化变形的装置及方法

说明书

本发明涉及到激光冲击强化技术，特指一种减小轴类零件激光冲击强化变形的装置及方法。装置包括智能夹紧装置、激光加工系统、控制系统、夹持装置、液压系统、电机、位移传感器和底座。轴类零件装夹在夹持装置上并与夹持装置一起安装在底座上。激光加工系统包括外部光路和激光发生器。智能夹紧装置包括智能定位和智能夹紧两个模块，智能夹紧模块包括液压管，液压夹紧元件，上顶板，滑套，滑杆，下顶板，弹性部件，智能浮动夹紧爪，销联接；智能定位模块包括电机与浮动定位模块。该装置可以控制夹紧点位置，抵消或减小工件在激光冲击强化过程中工件夹紧点处的变形和反作用力，并且具有在线测量反作用力的功能。

技术领域

本发明涉及到激光智能制造领域尤其是激光冲击强化技术，特指一种减小轴类零件激光冲击强化变形的装置及方法。

背景技术

激光冲击强化技术，也称激光喷丸技术。是通过高功率密度(GW/cm量级)、短脉冲(10～30ns量级)的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温(10K)、高压(1GPa)等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。

轴类零件是重要的机械传动部件，具有传递扭矩和承受载荷的重要功能。轴类零件因其重要的使用场合，需要具备足够的耐磨性、抗振性和抗疲劳强度。应用激光冲击强化技术对轴类类型进行表面强化处理，能够显著提高耐磨性和抗疲劳性能，从而延长轴的使用寿命，具有十分良好经济效益和使用前景。

但是在轴类零件的激光冲击强化过程中，由于激光冲击波与夹具夹紧力的双重影响，使轴类零件易发生变形，造成零件的使用过程不稳定等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种减小轴类零件激光冲击强化变形的装置。

本发明采用的具体技术方案为：

一种减小轴类零件激光冲击强化变形的装置主要包括智能夹紧装置、激光加工系统、控制系统、夹持装置、液压系统、电机、位移传感器和底座。

轴类零件装夹在夹持装置上并与夹持装置一起安装在底座上。激光加工系统包括外部光路和激光发生器，外部光路的出口位于轴类零件正上方固定不动。智能夹紧装置包括智能定位和智能夹紧两种模块，智能夹紧模块包括液压管，液压夹紧元件，上顶板，滑套，滑杆，下顶板，弹性部件，智能浮动夹紧爪，销联接；智能定位模块包括电机与浮动定位模块。

所述底座上面设有滑轨，夹持装置能够沿滑轨左右移动。

所述激光加工系统包括外部光路和激光发生器，激光器为光纤激光器，CO₂激光器，YAG固体激光器中的一种。

所述位移传感器位于轴类零件的中轴线右端。

所述液压夹紧元件与上顶板通过螺纹连接，滑套与滑杆通过间隙配合。

所述智能夹紧模块可以适应不同类型和尺寸的轴类零件，液压系统通过液压管与液压夹紧元件连接，通过液压系统来控制液压管和液压夹紧元件使上顶板通过滑套在滑杆上面上下自由移动实现微调。

所述智能浮动夹紧爪包括内置载荷传感器用于监测轴类零件所受力作用。

所述智能浮动夹紧爪分别安装在上顶板左侧底端和下顶板左侧顶端。

所述浮动定位模块安装在下顶板底端，电机与浮动定位模块连接带动整个智能夹紧装置左右移动。