[发明专利]一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合装置及其加工方法

说明书

本发明公开了一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法如下：1）：对毛坯工件外表面进行强化，即通过采用无吸收层激光冲击强化技术对毛坯工件进行激光冲击强化；2）：通过旋压设备中的旋压轮与模具的相互配合，对工件进行旋压加工，实现金属薄壁工件筒形或锥形大变形量成型。一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，采用激光热效应对材料表面加热软化材料；采用激光力冲击作用实现晶粒细化，促进零件塑性变形、抑制零件旋压后的回弹，并引入残余压应力层，抵消旋压过程中外壁拉应力，抑制材料内部微裂纹萌生和扩展；采用强力旋压技术实现激光冲击强化处理后的薄壁工件成型加工，从而显著提高材料成型精度及性能。

技术领域

本发明属于金属材料挤压成型加工制造技术领域，特别涉及复合工艺加工制造领域，具体公开了一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合装置及其加工方法。

背景技术

强力旋压技术是一种能将金属材料变形变薄的旋压成型技术，其具有高强度、高硬度、高精度和低重量等特点，在航空航天制造零部件制造领域应用广泛。同时，强力旋压加工可以保证结构部件的整体性，缩减手工校形的工作量，提升材料强度。但是在旋压过程中由于受挤压作用使得零件发生严重塑性变形，诱导材料发生起皱、破裂、底部隆起、橘皮等缺陷。挤压过程中工件外壁受旋轮挤压作用产生大量的拉应力。当旋轮压力撤销后挤压成型零件还会发生一定程度的回弹，严重影响零件成型精度和加工质量。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，采用激光热效应对材料表面加热软化材料；采用激光力冲击作用实现晶粒细化，促进零件塑性变形、抑制零件旋压后的回弹，并引入残余压应力层，抵消旋压过程中外壁拉应力，抑制材料内部微裂纹萌生和扩展；采用强力旋压技术实现激光冲击强化处理后的薄壁工件成型加工。从而显著提高材料成型精度及性能。

技术方案：为了实现上述目的，本发明中提供了一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，具体的工作方法：

1）：对毛坯工件外表面进行强化，即采用无吸收层激光冲击强化技术对毛坯工件进行激光冲击强化；

2）：通过旋压设备中的旋压轮与模具的相互配合，对工件进行旋压加工，实现金属薄壁工件筒形或锥形大变形量成型。一种薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，采用激光热效应对材料表面加热软化材料；采用激光力冲击作用实现晶粒细化，促进零件塑性变形、抑制零件旋压后的回弹，并引入残余压应力层，抵消旋压过程中外壁拉应力，抑制材料内部微裂纹萌生和扩展；采用强力旋压技术实现激光冲击强化处理后的薄壁工件成型加工。从而显著提高材料成型精度及性能。

进一步的，所述的薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，

步骤1）中，激光头工作过程中能够根据需要对激光冲击强化的光斑能量、直径大小、搭接率以及冲击路径进行调整。

进一步的，所述的薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，步骤2）中，根据激光冲击强化诱导表面残余压应力值以及微观硬度变化的数据对模具转速、旋轮进给速度以及旋轮与模具间的间隙进行调整。

进一步的，所述的薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，其特征在于：加工过程中，激光头发出的激光强化作用区域先于旋压设备中旋压轮经过工件的区域，且激光冲击强化作用区域与旋轮进给方向的进给量保持一致。

进一步的所述的薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，在加工过程中，对于工件局部曲率变化较大的位置，可以提高激光冲击强化的次数，还能够提高激光冲击能量来提高强化效果及影响层深度。

优选的，所述毛坯工件采用厚度为10 mm的TC4钛合金材料，其毛坯直径为600 –700 mm，长300 - 400 mm，减薄率为20% - 25%。

优选的，所述的薄壁件强力旋压与激光冲击强化复合加工方法，具体的加工方法如下： 1）：将TC4钛合金材料置于模具上，并通过顶架3对其进行固定；