[发明专利]一种汽车轮毂的激光冲击改性装置及方法

权利要求书

1.一种汽车轮毂的激光冲击改性装置，其特征在于：包括激光器平台、控制系统、机械臂和工件固定装置；

所述激光器平台包括底座、激光发生器、聚光凸透镜和水流喷嘴，所述激光发生器和所述水流喷嘴设在所述底座上，所述聚光凸透镜位于所述激光发生器的前端，用以在汽车轮毂的危险区域表面形成一个光斑影响区；所述激光发生器发出的激光束处于水平入射状态；

所述机械臂的末端具有一法兰，所述工件固定装置连接在所述法兰上并固定汽车轮毂。

所述控制系统控制所述机械臂调整汽车轮毂的位姿，使汽车轮毂的轴线在水平面内，并使汽车轮毂当前被加工区域处于距离激光束出光口一定距离的位置，同时保证当前被加工区域的表面法线与激光束之间的夹角在预设范围内，实现对所述汽车轮毂进行激光冲击改性操作。

2.如权利要求1所述的一种汽车轮毂的激光冲击改性装置，其特征在于：

所述当前被加工区域与激光束出光口的距离为10～20cm；

所述激光冲击的吸收层的厚度为0.05～0.3mm；

所述激光束的重复频率为1～5Hz，激光束单次脉冲输出能量为1～20J,脉冲宽度为5～60ns，激光束功率密度为0.02～14.14GW/cm²；

所述光斑影响区的大小为5～20mm²；

所述机械臂调整关节转动角位移来控制相邻两个光斑影响区搭接率在30％以上。

3.如权利要求1或2所述的一种汽车轮毂的激光冲击改性装置，其特征在于：所述水流喷嘴喷射在汽车轮毂当前被加工区域的上方5～20mm处，且约束层厚度为0.5～2mm，水流喷射方向与汽车轮毂的表面法线方向所成的角度控制在10°～60°之间。

4.一种汽车轮毂的激光冲击改性方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的激光冲击改性装置来实现，具体包括如下步骤：

步骤一、根据成型工艺及方法确定汽车轮毂表面残余应力的分布规律；计算汽车轮毂正常服役工作情况下的名义应力分布情况；

步骤二、将残余应力和名义应力叠加，得到汽车轮毂实际的服役应力分布情况；

步骤三、确定汽车轮毂的危险区域，并将确定的危险区域作为轮毂的被加工区域；所述危险区域为实际的服役应力超过预设阀值的区域；

步骤四、对汽车轮毂进行发黑或者在其危险区域表面喷涂黑漆，形成激光冲击的吸收层；

步骤五、将汽车轮毂通过工件固定装置固定在机械臂的末端法兰上，并使汽车轮毂的轴线在水平面内；

步骤六、通过控制系统控制机械臂调整汽车轮毂的位姿，对汽车轮毂的危险区域进行激光冲击改性操作，并使汽车轮毂当前被加工区域处于距离激光束出光口一定距离的位置，激光束在当前被加工区域形成一个光斑影响区，同时保证当前被加工区域的表面法线与激光束之间的夹角在15°以内；通过水流喷嘴喷出水流作为当前被加工区域的激光冲击约束层。

5.如权利要求4所述的一种汽车轮毂的激光冲击改性方法，其特征在于：所述机械臂的末端法兰中心处建立工具坐标系，在激光冲击改性装置的底座上建立地面坐标系；

在进行激光冲击改性过程中，所述汽车轮毂的被加工点相对激光束的位置和姿态便可以通过所述工具坐标系和所述地面坐标系的相对关系进行描述；

所述控制系统通过所述工具坐标系和所述地面坐标系控制所述机械臂运动，使汽车轮毂的被加工点处的位置及法线满足激光冲击改性操作的需求。

6.如权利要求4所述的一种汽车轮毂的激光冲击改性方法，其特征在于：所述水流喷嘴喷射在汽车轮毂当前被加工区域的上方5～20mm处，约束层厚度为0.5～2mm，且在激光冲击改性过程中，水流喷射方向与轮毂表面法线方向所成的角度控制在10°～60°之间。

7.如权利要求4所述的一种汽车轮毂的激光冲击改性装置，其特征在于：所述激光束的重复频率为1～5Hz，激光束单次脉冲输出能量为1～20J,脉冲宽度为5～60ns，激光束功率密度为0.02～14.14GW/cm²；所述光斑影响区的大小为5～20mm²。