一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107475508A(43)申请公布日2017.12.15(21)申请号201710678717.5(22)申请日2017.08.10(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市学府路301号(72)发明人黄舒王作伟盛杰刘牧熙杨小乐袁广周建忠王宏宇(74)专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人瞿网兰(51)Int.Cl.C21D10/00(2006.01)C21D7/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法及装置(57)摘要一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法及装置，所述装置包括控制系统、移动平台、液压系统、滚压系统、激光器和光路系统。通过计算机控制液压系统，使得透明滚压轮以预设载荷滚压工件表面，从而使工件表面获得初始变形，同时利用光路调节系统控制短脉冲高峰值功率密度激光束出光方向，使其透过透明滚压轮垂直辐照贴有铝箔的工件表面，诱导瞬时等离子体冲击波作用于表层材料，产生超高应变率塑性变形，从而实现对工件的激光喷丸及滚压复合强化。本发明无缝结合了激光喷丸和滚压强化的增益效果，同时保证了较好的表面质量和均匀的残余应力分布。CN107475508ACN107475508A权利要求书1/2页1.一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法，其特征在于：通过计算机控制液压系统，使得透明滚压轮以200～300MPa的预设载荷滚压工件表面，从而工件表面获得一定的初始变形;同时，利用光路调节系统控制短脉冲（ns量级）高峰值功率密度（GW/cm2)激光束出光方向，使其透过透明滚压轮垂直辐照贴有铝箔的工件表面，诱导瞬时等离子体冲击波作用于表层材料，产生超高应变率塑性变形，配合X、Y轴移动平台，实现大面积搭接激光喷丸和滚压复合强化作用，在滚压轮的强力约束下，工件表层金属产生塑性流动，填入到激光喷丸残留的低凹波谷中，以有效降低工件表面粗糙度，获得较高的表面质量和均匀的残余应力分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于它包括以下步骤：1）将工件（3）待强化处理表面进行打磨抛光预处理，随后在表面紧密贴合厚度为50～200μm的铝箔（4）；2）打开计算机（7），设定激光喷丸参数，编译程序控制X、Y移动平台、液压缸和激光器协同工作；3）通过控制液压缸，使得透明滚压轮（5）以200～300MPa的预设载荷作用在定位于Y轴移动平台（2）上的工件（3），工件（3）表面发生初始变形；4）激光器（32）出光，对圆弧面接触区域进行激光喷丸强化，同时Y轴移动平台（2）开始以恒定速度进给，滚压轮（5）随着工件（3）的移动而从动旋转，滚压工件（3）表面，从而进行单条直线路径搭接激光喷丸和滚压复合强化；5）当单条直线路径加工结束后，激光器（32）停止出光，滚压轮（5）受控向上抬起，X轴移动平台（1）平移到相邻路径上，滚压轮（5）下压工件（3）表面至预设载荷；6）重复步骤4）和步骤5）直至完成预设区域的激光喷丸复合滚压强化表面改性；7）关闭激光器（32），抬升滚压轮（5），取出工件（3），揭开铝箔（4），清洗工件（3）。3.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述的激光喷丸参数为：激光功率密度为2～10GW/cm2，光斑直径为1～3mm，搭接率为50%～75%，其中以铝箔（4）和透明滚压轮（5）分别作为能量吸收层和约束层。4.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述的滚压轮（5）与工件（3）表面以圆弧面接触。5.一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的装置，其特征在于包括控制系统及受控于控制系统的移动平台、液压系统、滚压系统、激光器（32）和光路系统，滚压系统在液压系统的作用下压紧在工件表面产生预设载荷，并使工件表面产生塑性变形，移动平台带动工件作X方向和Y方向的移动以实现整个强化区域的激光喷丸强化和滚压强化，激光器（32）产生激光通过光路系统引入滚压系统的主轴中并通过固定在主轴上的聚光镜（9）穿过透明的滚压轮照射在工件表面对工件进行激光喷丸强化。6.根据权利要求书5所述的激光喷丸复合滚压强化表面改性的装置，其特征在于所述的移动平台由Y轴移动平台（2）于X轴移动平台（1）组成，工件（3）通过定位块（47，48）装夹于Y轴移动平台（2）上，X轴移动平台（1）安装于基座（46）并位于Y轴移动平台（2）下方。7.根据权利要求书5所述的激光喷丸复合滚压强化表面改性的装置，其特征是所述的液压系统由两个液压缸（14，26）组成，两个液压缸（14，26）安装在横梁（17）上，其对应的液压杆（13，35）分别通过两组上、下压紧轴套夹持在主轴（31）上，对实现对主轴两端加载。2CN107475508A权利要求书2/2页8.根据权利要求书