[发明专利]一种针对齿轮的激光冲击组合强化装置和方法

说明书

本发明涉及表面工程技术与激光加工技术领域，具体涉及一种针对齿轮的激光冲击组合强化装置和方法。针对齿轮的特殊结构，通过红外光线发射和采集装置，在齿轮强化的转动过程中获得齿轮的轮廓数据，通过其轮廓与齿轮齿圆、节圆和分度圆的半径对比，判断其位置，并根据判断的结果将待强化位置分类为：齿顶、齿面、齿底。然后将其反馈至激光冲击装置的控制系统，控制系统根据反馈信号选择不同的激光入射角度和工艺参数对齿轮的不同区域进行强化。本有效地解决了因齿面结构特殊不易直接进行强化的问题，提高了齿轮齿顶部分的疲劳寿命，有效地解决了齿面易发生磨粒磨损失效的问题，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及表面工程技术与激光加工技术领域，具体涉及一种针对齿轮的激光冲击组合强化装置和方法，能够有效地提高齿轮在实际工业应用中的服役寿命。

背景技术

激光冲击强化(laser shock peening,LSP)是一种新型的表面强化技术，主要是采用短脉冲(几十纳秒)、高峰值功率密度(10⁹W/cm²)的激光辐照在金属表面，激光束通过约束层之后被吸收层吸收，吸收层从而获得能量形成爆炸性气化蒸发，产生高温高压的等离子体，由于外层约束层的约束，等离子体形成高压冲击波从而向材料内部传播，利用冲击波的力效应在材料表层发生塑性变形，使得表层材料微观组织发生变化，同时在冲击区域产生残余压应力，提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐应力腐蚀性能。随着激光技术的发展，激光冲击强化技术已经广泛应用在机械制造工业、航空工业、汽车工业、船舶工业、核工业、医疗工业、生物工程、电器及半导体工业领域。研究内容涉及层裂研究、文物表面除污清洗、模拟高速撞击、无损检测和工程材料改性等。

专利CN105936974B提出了一种用于小齿距齿轮表面的激光冲击强化方法,其主要是采用PVC有机溶胶、丙烯酸合成树脂和有机溶剂对齿轮进行填充，使齿轮形成柱体，然后对填充后的柱体进行大面积搭接的方式进行冲击强化，从而实现对齿轮表面的强化。专利CN108441624A提出了一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，其主要是采用渗碳处理和激光冲击强化组合的方式，对风电齿轮进行强化。但是，以上针对齿轮的冲击强化工艺柔性低，且工艺步骤复杂，强化效率低，且未涉及针对齿轮的冲击强化装置。

本方法根据齿轮的形状特征，对齿轮的齿顶、齿根和齿面分别采用分区激光冲击强化的方法进行针对性强化，设计了针对齿轮的冲击强化装置，有效地解决了因齿面结构特殊不易直接进行强化的问题，提高了齿轮齿顶和齿底部分的疲劳寿命，提高了强化效率，有效地解决了齿面易发生磨粒磨损失效的问题，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明提出一种针对齿轮的激光冲击分区组合强化装置和方法，能够有效地提高了齿轮的整体强化效率并且提高齿轮在服役过程中，针对不同服役条件的服役寿命。

其装置主要包括：

齿轮夹具，红外信号发射器，控制系统，控制机械手，激光发射器，冲击激光头，红外信号接收器；红外信号发射器与红外信号接收器处于同一水平线上，水平线与待加工齿轮端面垂直，分别置于齿轮两侧。冲击激光头与控制机械手相连，位于待强化齿轮的正上方。控制系统分别与红外信号发射器、红外信号接收器、控制机械手和齿轮夹具连接，激光发射与冲击激光头连接，齿轮夹具夹持在待加工齿轮上。

采用上述装置针对齿轮的激光冲击组合强化的方法，其具体步骤如下：