[发明专利]一种汽车轮毂的激光冲击改性装置及方法

说明书

本发明提供了一种汽车轮毂的激光冲击改性装置及方法，装置包括激光器平台、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，所述激光束在汽车轮毂的危险区域表面形成一个光斑影响区并被吸收，实现对所述汽车轮毂进行激光冲击改性操作。本发明提通过合理的局部应变改性控制，在轮毂表面中产生一定深度的高幅值残余压应力层，使轮毂可以获得较为均匀的应力分布，提高表层硬度，有效地改善轮毂的疲劳性能。

【技术领域】

本发明涉及一种改善汽车轮毂残余应力的装置和方法，具体地说，是一种汽车轮毂的激光冲击改性装置及方法。

【背景技术】

疲劳失效是汽车轮毂服役过程中的主要失效形式。轮毂的疲劳失效是指轮毂在交变载荷作用下，经过较长时间工作后在其表面会出现裂纹而后轮毂毫无征兆地断裂的现象，并且这种断裂往往是无明显变形的低应力断裂。当轮毂产生疲劳失效后，该部件就报废不能使用了，因而我们希望可以尽可能地延长轮毂的使用寿命。

残余应力在轮毂的疲劳寿命方面有着重要影响，目前汽车轮毂的成型工艺主要包括靠滚压和旋压、冲压等成型工艺三种。汽车轮毂在成型过程中往往会经过各种冷热加工工序，由于冷热加工工序会使轮毂的内部组织产生变化或对轮毂造成塑性变形，从而在轮毂中产生残余应力，从而导致加快轮毂的疲劳失效。然而目前大多数人未考虑成型过程中引入的残余应力的影响，都是按照名义应力进行校核和寿命计算，从而大大偏离了实际。

疲劳失效若不加以有效预防，则会造成重大事故，对人员生命和经济都有着巨大损失。在这种情况下，我们需要一种改善残余应力，延长轮毂使用寿命，降低使用成本的表面改性技术或方法。

【发明内容】

鉴于此，本发明要解决的技术问题，在于提供一种汽车轮毂的激光冲击改性装置及方法，通过合理的局部应变改性预置残余应力，在轮毂表面中产生高幅值和深度的残余压应力层，使轮毂可以获得较为均匀的应力分布，提高表层硬度，有效地改善轮毂的疲劳性能，大幅提高其服役寿命，降低车辆的运营和维护成本。

第一方面，本发明提供一种汽车轮毂的激光冲击改性装置，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。

第二方面，本发明提供一种汽车轮毂的激光冲击改性方法，采用第一方面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；