[发明专利]一种用于硬脆材料激光喷丸强化的装置及方法

摘要

本发明公开了一种用于硬脆材料激光喷丸强化的装置及方法，涉及硬脆材料加工的机械制造和激光应用领域。本发明的装置包括激光辅助加热系统、激光喷丸强化系统、工件夹具系统、计算机数控系统、测量反馈系统和保护气体循环系统。本发明方法包括激光辅助加热阶段和激光喷丸强化阶段，先采用高功率连续激光对待强化区域进行辅助加热处理，对于大多数金属材料而言，其塑性性能会随温度的上升而改善；在加热区域温度到达预定加热温度后，然后采用高功率脉冲激光实施激光喷丸强化处理。本发明可以对硬脆材料进行激光喷丸强化，从而拓宽了激光喷丸强化技术的适用范围，同时复合了连续激光和脉冲激光的各自优势，拓宽了激光制造的应用领域和应用前景。

主权项

一种用于硬脆材料激光喷丸强化的装置，其特征在于，包括激光辅助加热系统、激光喷丸强化系统、工件夹具系统、计算机数控系统、测量反馈系统和保护气体循环系统；所述激光辅助加热系统，包括高功率连续激光器(11)、光纤A(9)和连续激光头(7)；所述连续激光器(11)产生的高功率连续激光由光纤A(9)传递到连续激光头(7)，由连续激光头(7)聚焦的光束照射到工件(2)表面；所述高功率连续激光器的工作物质为Nd:YAG晶体，高功率连续激光器的泵浦灯源为双氙灯；所述激光喷丸强化系统，包括高功率脉冲激光器(12)、光纤B(10)和脉冲激光头(8)；所述脉冲激光器(12)产生的高功率脉冲激光由光纤B(10)传递到脉冲激光头(8)，脉冲激光头(8)聚焦的光束照射到工件(2)表面；所述高功率脉冲激光器的工作物质为Nd:YAG晶体，高功率脉冲激光器的泵浦灯源为LD阵列；所述连续激光头(7)和脉冲激光头(8)固定在同一个支承板(32)上；所述脉冲激光头(22)通过轴套A(23)固定在激光头基座A(35)前端的滑动导轨A(34)上，滑动导轨A(34)另一面通过螺钉连接固定有从动齿条A(33)，从动齿条A(33)与主动齿轮(37)相啮合，主动齿轮(37)与调节旋钮A(21)相连；旋动调节旋钮(21)带动从动齿条A(33)和脉冲激光头(22)沿激光头轴线方向进行上下移动；所述激光头基座A(35)下方设一止动机构，所述止动机构包括止动齿条(43)、圆柱导杆(41)、复位弹簧(42)和调节开关(40)；所述止动齿条(43)与从动齿轮A(33)相啮合，止动齿条(43)背面卡设一复位弹簧(42)，止动齿条(43)固定在圆柱导杆(42)上，所述圆柱导杆(42)左端设一调节开关(40)；复位弹簧(42)施加的预紧力使从动齿条A(33)卡死，固定激光头(22)；所述激光头基座A(35)后端有连接轴，通过孔轴连接固定在激光头支承板(32)上，所述连接轴末端为螺纹结构，并设紧定螺母(38)，在连接轴末端面通过螺钉连接固定有角度指针盘(39)；松开紧定螺母(38)，激光基座A(35)绕连接轴轴线进行转动，旋紧紧定螺母(38)后，激光头(22)轴线与工件表面保持一定角度；支承板(32)上凸台孔上方固定有角度标尺(44)，显示激光头(22)的转动角度；所述计算机数控系统，包括中央计算机(17)、连续激光控制器(13)、脉冲激光控制器(14)和工作台控制器(19)；所述连续激光器控制器(13)控制输出连续激光参数；所述脉冲激光器控制器(14)控制输出脉冲激光参数；工作台控制器(19)控制工作台(1)的移动和转动；所述保护气体循环系统包括进气部分和排气部分，所述进气部分包括氩气瓶(18)、 橡胶导管B(53)、流量调节阀B(52)、压力表(51)和气体喷头(50)，氩气经由橡胶导管B(53)先后到达流量控制阀B(52)、压力表(51)和气体喷头(50)；所述排气部分包括排风扇(20)、橡胶导管A(45)、流量调节阀A(46)和气体吸头(47)。打开排风扇(20)后，工作气体经由橡胶导管A(45)，先后经过气体吸头(47)、流量控制阀A(46)和排气扇(20)；所述气体喷头(50)前部为长方体腔体，腔体前端面与腔体上表面成60°夹角，在腔体内距离腔体前端5～10mm处设稳流片(49)，稳流片(49)垂直于腔体上表面，单个稳流片厚度为0.2～1mm，稳流片之间距离为1～3mm，所述气体喷头(50)后部是一圆管接口(54)，圆管接口(54)外表面有1～3°的锥度；所述气体吸头(47)前部为一长方体腔体，腔体前端面与腔体上表面成60°夹角，腔体前端固定有过滤网(48)，过滤网(48)选用金属或纤维制成的初级过滤网，气体吸头(47)后部是一圆管接口，圆管接口外表面有1～3°的锥度。