[发明专利]一种用于曲面的方形光斑激光冲击均匀强化方法

摘要

本发明方法涉及激光加工领域，特指一种用于曲面的方形光斑激光多层交错冲击均匀强化方法。即在对曲面进行激光冲击时，根据曲面曲率不同调节方形光斑的尺寸，每层采用变光斑进行大面积激光冲击强化，且每一层均采用能量均匀分布的方形光斑进行紧挨不搭接，采用多层交错激光冲击强化，相邻两层之间光斑位置在横向与纵向均按一定比例均匀交错的方法来实现金属件的表面均匀强化。该方法实现了对曲面进行有效的激光冲击强化，并且能显著消除方形光斑的边界效应，使工件表层晶粒细化，提高大面积激光冲击强化的稳定性和可靠性，获得均匀强化效果并且加工效率高。

主权项

一种用于曲面的方形光斑激光冲击均匀强化方法，其特征在于：在对不同曲面进行激光冲击时，根据曲面曲率的变化调节方形光斑的大小，冲击时采用多层交错强化方法，每一层均采用能量均匀分布的方形光斑进行紧挨不搭接的激光冲击强化，每冲击一层后更换吸收层再进行下一层冲击，相邻两层之间光斑位置在横向与纵向均按一定比例均匀交错，每层激光冲击参数相同，从而实现金属件的表面均匀强化，具体步骤如下：(1)通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数，使其光斑形状为方形，边长为a，根据曲率的变化确定a的值；设定曲率k范围0＜k＜125，根据曲率半径r＝1/k，单位：m；当曲率半径k等于0和大于125时，本方法不再适用，光斑尺寸选择具体如下：当曲率k＝k1*k2，k1、k2为曲面上某点的两个主曲率；在0＜k＜42时，光斑边长a取8mm；k在42～84时，a取4mm；当84＜k＜125时，a取2mm；(2)将工件安装在五轴工作台上，并在工件待加工表面覆盖吸收层，在吸收层表面根据曲率的大小绘制相应边长a的方形网格；当曲率0＜k＜42时，光斑边长a取8mm；k在42～84时，a取4mm；当84＜k＜125时，a取2mm；(3)通过数控系统调节五轴工作台使激光束位置与网格状吸收层的单个网格拐角重合，在冲击区域起始拐角作为第一层的激光冲击强化处理起始点位置，并使网格约束层的X轴和Y轴与工作台的X轴和Y轴一致；(4)采用流水作为约束层，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动和转动实现对工件待加工表面进行第一层激光冲击强化，采用逐行冲击的方法，当曲率0＜k＜42时，调节光斑边长为8mm，对曲面进行冲击；当曲率k在42～84范围内，调节光斑边长为4mm，对曲面进行冲击；当84＜k＜125时，调节光斑边长为2mm，对曲面进行冲击，在冲击过程中相邻方形光斑紧挨不搭接；(5)更换吸收层，并在吸收层表面重新绘制网格；(6)通过数控系统调节五轴工作台使激光束位置与网格状吸收层的单个网格拐角的重合位置从上一层中的冲击区域起始拐角在横向与纵向均按一定比例均向冲击区域外偏移b，作为第二层的激光冲击强化处理起始点位置；(7)采用流水作为约束层，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统调节五轴工作台的转动和移动实现对工件待加工表面进行第二层激光冲击强化，冲击过程中相邻方形光斑紧挨不搭接；(8)重复步骤(5)(6)(7)，直至完成第N层激光冲击强化；激光强化冲击偏移量b＝8/N，mm。