一种调整铜铬合金触头表面激光改性时运动轨迹的方法技术

本发明专利技术提供了一种调整铜铬合金触头表面激光改性时运动轨迹的方法，包括：步骤100，获取待加工铜铬合金触头的几何形状、尺寸和改性后的性能要求，以及激光改性时的参数；步骤200，利用上述信息，通过数值计算建立仿真模型，得到优化后的符合当前铜铬合金触头激光改性的轨迹运行模型；步骤300，根据轨迹运行模型给出的运行路线并按预定的激光加工参数，对铜铬合金触头进行表面激光改性。本发明专利技术的方法可以在激光改性时，使激光在达到改性目的的同时，提高熔池的冷却和移动速度，有效地降低热应力并且降低热应力变化幅度，使激光的能量均匀地作用于铜铬合金触头的表面，降低铜粗糙度和提高平整度，并形成均匀的高性能铜铬合金触头表面细晶层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，包括：步骤100，获取待加工铜铬合金触头的几何形状、尺寸和改性后的性能要求，以及激光改性时的参数；步骤200，利用上述信息，通过数值计算建立仿真模型，得到优化后的符合当前铜铬合金触头激光改性的轨迹运行模型；步骤300，根据轨迹运行模型给出的运行路线并按预定的激光加工参数，对铜铬合金触头进行表面激光改性。本专利技术的方法可以在激光改性时，使激光在达到改性目的的同时，提高熔池的冷却和移动速度，有效地降低热应力并且降低热应力变化幅度，使激光的能量均匀地作用于铜铬合金触头的表面，降低铜粗糙度和提高平整度，并形成均匀的高性能铜铬合金触头表面细晶层。【专利说明】
本专利技术涉及材料加工领域，特别是涉及一种利用激光对铜铬合金触头表面改性 时，规划激光改性路线以提高改性效果的方法。
技术介绍
随着电网容量不断的扩大以及电压等级的不断提高，为了满足电力系统对控制和 开关设备在保护方面的苛刻需求，真空开关由于其优良的电学特点在中压领域占据主导地 位，并且逐渐渗透到低压和高压领域。其中，真空灭弧室的发展与真空开关的发展紧密相 联，真空灭弧室的触头性质是决定灭弧室特性的重要因素之一。铜铬合金触头是现有触头 中最为理想的触头，相较其它材质的触头具有更大的分断电流能力和耐电压强度。 传统的产生铜铬合金工作层细晶粒的方法包括电弧老炼法、对铜铬合金表面的撞 击和退火等方式。这些传统方法一般是对铜铬合金的整个表面进行加工，再切割出需要的 触头，其浪费较大，而且这种整体处理的方式带有不可控性，且操作步骤复杂。且不能降低 铜铬合金触头工作层的粗糙度，形成在铜铬合金触头表面的工作层的均匀度也较差，此外， 对于铜络合金触头的形变量控制也较差。 目前，除利用电弧老炼法，以及对铜铬合金触头表面进行撞击和退火等方式，在铜 铬合金触头表面形成细晶层外，还有利用激光直接在铜铬合金触头表面直接改性的方法， 激光改性的工艺特点是高功率激光束与铜铬合金相互作用而产生熔池，通过高温使当前改 性点的铜铬合金触头表面层细晶粒化。 由于铜铬合金触头表面改性点的温度与基体温度之间存在巨大且强烈的温度梯 度，会在改性过程中产生很大的热应力，一旦熔池的熔体有回流现象，即改性点的热应力达 到材料的极限，易在改性点形成波纹或皱纹，进而在铜铬合金触头表面产生烧蚀、形变、裂 纹等缺陷，这些缺陷将严重危害铜铬合金触头的工作性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种能够提高激光对铜铬合金触头改性时效果的改性路 线规划方法。 特别地，本专利技术提供，其 特征在于，包括： 步骤100,获取待加工铜铬合金触头的几何形状、尺寸和改性后的性能要求，以及 激光改性时的参数； 步骤200,利用上述信息，通过数值计算建立仿真模型，得到优化后的符合当前铜 铬合金触头激光改性的轨迹运行模型； 步骤300,根据轨迹运行模型给出的运行路线并按预定的激光加工参数，对铜铬合 金触头进行表面激光改性。 进一步地，步骤100中，所述改性后的性能要求包括:改性后所述铜铬合金触头的 有效改性面积比、平面度、粗糙度和改性层的厚度要求。 进一步地，所述仿真模型的建立还包括速率变化条件，所述速率变化条件为激光 在对所述铜铬合金触头进行表面改性时，根据所述铜铬合金触头中铬的粒度大小而采用的 相应改性速度，其中所述铬的粒度越大改性速度越快。 进一步地，在所述仿真模型中，在所述铜铬合金触头表面分布有凹槽结构时，将所 述铜铬合金触头表面的平面和曲面根据几何和拓扑特征进行区域划分，以使不同区域采用 不同的改性速度。 进一步地，经过几何和拓扑特征进行区域划分后的不同区域，利用边界拟合法划 分为不同的独立平面，再利用分布估计算法将不同独立平面进行优化组合而形成相应的运 行路线。 进一步地，所述轨迹运行模型给出的运行路线包括针对平整表面的水平等间距分 隔轨迹和单螺旋轨迹，以及针对带有凹槽表面的复合式轨迹。 进一步地，所述水平等间距分隔轨迹为限定所述激光在改性时，由所述铜铬合金 触头的一侧按直线方式顺序绕至相对一侧的路线进行加工； 所述单螺旋轨迹为限定所述激光在改性时，由所述铜铬合金触头的中心向外沿， 或由外沿向中心按圆周方式顺序绕至终点的路线进行加工； 所述复合式轨迹避开所述铜铬合金触头表面上的凹槽，将所述铜铬合金触头表面 分成相互独立的多个改性区域，并对每一个改性区域规划相应的运行路线。 进一步地，所述螺旋轨迹进一步分为等间距螺旋轨迹、内松外紧螺旋轨迹和外松 内紧螺旋轨迹。 进一步地，当所述铜铬合金触头的改性要求为降低粗糙度时，采用外松内紧螺旋 轨迹或水平等间距分隔轨迹；当所述铜铬合金触头的改性要求为提高有效改性面积时，采 用等间距螺旋轨迹；当所述铜铬合金触头的改性要求为减少工件平面度时，采用内松外紧 螺旋轨迹。 进一步地，所述轨迹运行模型中，相邻运行路线之间的间隔与所述铜铬合金触头 中铬的粒度大小有关，铬的粒度越大相邻运行路线之间的间隔越大。 本专利技术的方法可以在激光改性时，使激光在达到改性目的的同时，提高熔池的冷 却和移动速度，有效地降低热应力并且降低热应力变化幅度，使激光的能量均匀地作用于 铜铬合金触头的表面，大大降低铜铬合金触头改性后的表面粗糙度，保持铜铬触头工件的 平整度，并形成均匀的高性能铜铬合金触头表面细晶层。本专利技术的方法操作简单且易于实 现工业化，可大大提高生产效率，减少浪费。【附图说明】 图1是根据本专利技术一个实施例的方法流程示意图； 图2是根据本专利技术一个实施例中水平等间距分隔轨迹的结构示意图； 图3是根据本专利技术一个实施例中等间距螺旋轨迹的结构示意图； 图4是根据本专利技术一个实施例中外松内紧螺旋轨迹的结构示意图； 图5是根据本专利技术一个实施例中内松外紧螺旋轨迹的结构示意图； 图6是根据本专利技术一个实施例中复合式轨迹的结构示意图； 图7是图6中一个外部独立区域的运行路线结构示意图； 图8是图6中中间圆形区域的运行路线结构示意图。【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术一个实施例的扫描方法一般性地包括如下步骤： 步骤100,获取待加工铜铬合金触头的几何形状、尺寸和改性后的性能要求，以及 激光改性时的参数。 激光改性是利用激光束极快地加热工件表面，以改变材料表面的结构，从而使材 料表层的物理、化学、力学性能发生变化，可在减少成本的情况下，发挥出高性能材质的特 性。不同需要的铜铬合金触头其对激光表面改性的性能要求也不同，因此，可以针对不同的 改性要求，提供一个既能够实现改性目标，又可提高改性性能的改性方式。 其中，铜铬合金触头的几何形状一般为圆形，激光改性仅针对其表面层进行，该表 面层一般为平面。 改性后的铜铬合金触头的表面层性能一般涉及到如下几个参数，表明铜铬合金触 头改性面积与未改性面积的有效改性面积比，表面层的改性厚度，改性后表面层的平整度 和粗糙度，以及改性后的表面层均匀度。上述参数可以是铜铬合金触头经过激光改性后预 期达到的预定值，其影响激光改性时的加工参数，因此在仿真建模时需要提前考虑。步骤200,利用上述信息，通过数值计算建立仿真模型，得到优化后的符合当前铜 铬合金触头激光改性的轨迹运行模型。 本实施例收集铜铬合金触头的自身参数和改性要求，以及激光加工时的加工参 数，在已知条件下，引入各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调整铜铬合金触头表面激光改性时运动轨迹的方法，其特征在于，包括：步骤100，获取待加工铜铬合金触头的几何形状、尺寸和改性后的性能要求，以及激光改性时的参数；步骤200，利用上述信息，通过数值计算建立仿真模型，得到优化后的符合当前铜铬合金触头激光改性的轨迹运行模型；步骤300，根据轨迹运行模型给出的运行路线并按预定的激光加工参数，对铜铬合金触头进行表面激光改性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞钢，张犁天，郑彩云，宁伟健，何秀丽，李少霞，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11