一种随动式激光冲击强化处理装置制造方法及图纸

本申请公开了一种随动式激光冲击强化处理装置，其采用了随动式的吸收带输送方式，通过喷水装置喷出一定压力的水，将吸收带紧贴工件，随着电机的转动，激光冲击强化处理的同时输送吸收带，即可完成针对工件表面的激光冲击强化处理过程。由于本申请使用的吸收带不贴附于工件表面，且处理后表面光洁、无污垢，因此不需要进行前后处理即可完成激光冲击强化处理过程，同时解决了水膜不稳定问题，可以高效率进行激光冲击强化处理。所述装置包括激光输入单元、调焦单元、保护镜片、送带单元和喷水单元。

A type of servo laser shock intensification treatment device

The invention discloses a follow-up laser shock processing device, which uses a servo type absorption band transmission, through a certain pressure sprinkler spray water, the absorption band close to the workpiece, with the rotation of the motor, at the same time to strengthen the transmission of laser shock absorption band, laser shock can be completed according to the workpiece surface the strengthening process. The application for the use of the absorption band not attached to the surface of the workpiece, and after processing, smooth surface, no dirt, therefore does not need to complete the treatment before and after laser shock processing process, and solves the problem of unstable water film, high efficiency of laser shock processing. The device includes a laser input unit, a focusing unit, a protective lens, a belt feeding unit and a water injection unit.

【技术实现步骤摘要】
一种随动式激光冲击强化处理装置
本申请属于材料加工领域，涉及激光冲击强化技术，具体地说是一种新型激光冲击强化处理装置。
技术介绍
激光冲击强化技术(LaserShockingPeening，LSP)是利用高能量密度，短脉宽的脉冲激光冲击材料，在材料表面产生等离子体，其产生GPa级冲击波作用于材料表面并向内部传播，使材料表面一定区域内产生塑性变形和位错结构，形成残余压应力，进而提高零件的疲劳强度和抗腐蚀能力。目前，激光冲击强化技术已经在航空、船舶、机械工程等领域得到了广泛应用，尤其是用于航空发动机叶片的抗疲劳处理。如图1、2所示，现有的激光冲击强化处理装置包括激光发生单元，位于工件表面的吸收保护层，以及位于吸收保护层表面的约束层。约束层的功能是让激光能量穿过并作用于吸收保护层，同时提高冲击波耦合效率。目前普遍采用光学玻璃等固体材料作为约束层，或者采用水膜等柔性材料作为透明约束层。吸收保护层的主要作用是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收。目前普遍使用特种黑漆、柔性胶带或一定厚度的金属箔片等作为吸收保护层。常规激光冲击强化处理使用侧面喷水形成水膜约束层受边沿或凸起结构影响严重，难以形成稳定约束层。同时常规的激光冲击强化处理通常采用在工件表面贴上金属箔片、黑色胶带或涂覆特种黑漆等形式。涂覆黑漆的优点是对各种不规则曲面贴合性良好，缺点是在喷涂后需要等待其干燥，然后才可以施加约束层进行冲击强化处理，生产效率低下；若采用铝箔贴层，则对倒角、不规则曲面的贴合性不好，影响强化质量。工件处理后，还需要想办法去除工件表面黑漆(见图2a)、胶带(见图2b)或箔片(见图2c)，费时费力，难以实现大规模、高效率生产应用，阻碍了产业化进程。另外使用水溶性涂料，喷涂涂层后(前处理)无需干燥即可进行冲击强化处理，处理完之后使用高压水去除涂层(后处理)，存在加工效率不足及水污染等问题。综上所述，激光冲击强化处理工艺虽然效果突出，但目前的加工工艺普遍需要前处理、后处理、多次处理及个性化定制工艺，效率低下、成本偏高，因此需要发展一种更加高效的强化处理工艺方法。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种光水同轴的随动式激光冲击强化装置，其采用了随动式的吸收带输送方式，通过喷水装置喷出一定压力的水，将吸收带紧贴工件，随着电机的转动，激光冲击强化处理的同时输送吸收带，即可完成针对工件表面的激光冲击强化处理过程。由于本申请使用的吸收带不贴附于工件表面，且处理后表面光洁、无污垢，因此不需要进行前后处理即可完成激光冲击强化处理过程，同时解决了水膜不稳定问题，可以高效率进行激光冲击强化处理。所述装置包括保护镜、送带单元和喷水单元；所述送带单元包括电机和吸收带，所述电机通过传动机构带动所述吸收带移动，所述吸收带穿过所述喷水单元喷出的水柱。优选地，所述随动式激光冲击强化装置包括激光输入单元、调焦单元；所述激光输入单元的一端连接并引入光源，另一端与所述调焦单元连接且光路相通；所述聚焦单元的另一端与所述喷水单元连接。优选地，所述喷水单元包括保护镜片、进水接管和喷头。优选地，所述电机为同步电机，所述同步电机的步进频率与所述随动式激光冲击强化装置的冲击强化工作频率谐调工作。所述装置每进行一个激光脉冲，所述同步电机即带动所述吸收带移动一段距离或带子持续高速运动。所述吸收带每次冲击移动的距离，由本领域技术人员可根据待加工工件的加工需求和激光光斑尺寸确定。优选地，所述送带单元包括吸收带固定结构，所述吸收带固定结构固定连接于所述喷水单元的喷水出口处，所述吸收带固定结构将所述吸收带的移动方向固定在所述喷水单元喷出的水柱中央。进一步优选地，所述吸收带固定结构是所述喷水单元中喷头出水口的一部分。作为一个具体的实施方式，所述吸收带固定结构是所述喷水单元中喷头出水口部分的吸收带约束结构。进一步具体地，所述吸收带固定结构是所述喷水单元中喷头出水口部分侧壁相对设置的两个缝隙形成吸收带限位结构。所述吸收带从其中一个缝隙穿入并穿过所述喷水单元喷出的水柱后从另一个缝隙穿出。优选地，所述喷头出水口端部设置有突起结构以限位的方式形成吸收带的固定结构；所述吸收带固定结构将所述吸收带的移动方向固定在所述喷水单元喷出的水柱中央。请参阅图6。所述吸收带可选用颜色较深、不含粘性胶层、不易扯断的光滑柔软膜带。优选地，所述吸收带的厚度为0.01mm至0.5mm的柔性膜带。作为一个优选地实施方式，所述吸收带厚度为0.1mm。作为本申请的一种实施方式，所述吸收带为对10640nm、1064nm、800nm、532nm、517nm、355nm中至少一个波长的激光之吸收率不低于95％。作为本申请的一种实施方式，所述吸收带为对波长355nm至10640nm的激光的吸收率不低于95％。作为本申请的一种实施方式，所述吸收带为对10640nm、1064nm、800nm、532nm、517nm、355nm中至少一个波长的激光之吸收率为95％至99.99％。优选地，所述吸收带拉伸强度大于30N/cm。进一步优选地，所述吸收带拉伸强度范围30N/cm至3000N/cm。更进一步优选地，所述吸收带拉伸强度范围30N/cm至300N/cm的厚度为0.01mm至0.5mm的柔性膜带。更进一步优选地，所述吸收带拉伸强度范围30N/cm至300N/cm的柔性膜带。优选地，所述吸收带表面不含粘性胶层。优选地，所述传动机构包括至少一个输送轮和至少一个涨紧轮。进一步优选地，所述输送轮或涨紧轮可以是定轮、动轮或其它形式的光滑结构。优选地，所述调焦单元可以是旋钮方式，通过锥齿轮组机构、凸轮机构或其它形式将旋转运动转化为上下直线运动，能够保证聚焦镜精密微调作用。优选地，在不影响加工质量前提下，所述冲击头可以设置细而长，能够到达常规激光冲击加工无法到达的隐蔽部位进行表面强化处理。优选地，所述喷水单元包括喷头，所述喷头的出水端侧壁具有相对设置的两个缝隙或端部两侧突起以形成吸收带限位固定结构，所述吸收带从其中一个缝隙穿入并穿过所述喷水单元喷出的水柱后从另一个缝隙穿出；所述吸收带固定结构将所述吸收带的移动方向固定在所述喷水单元喷出的水柱中央。本申请中，所述吸收带固定结构将所述吸收带的移动方向固定在所述喷水单元喷出的水柱中央，是指激光的光斑以及同轴的水柱的中轴线能够指向所述吸收带的中央。优选地，所述喷水单元包括保护镜片、喷水套筒、进水接管、喷头；所述喷水套筒一端固定有所述保护镜片且与所述聚焦镜的光线出射方向连接，所述喷水套筒另一端与所述喷头连接；所述保护镜片将所述喷水单元与所述聚焦镜的空间分隔开；所述喷水套筒的侧壁上设有所述进水接管。优选地，所述冲击喷水有以下作用：(1)通过喷水压力使吸收层紧贴工件表面；(2)可作为约束层，能够约束等离子体的膨胀，提高冲击波的峰值和作用次数；(3)可去除工件表面污垢。进一步优选地，在冲击加工之前冲击喷水端面至工件表面距离应大于0.1mm，使柔性贴膜不因摩擦阻力加大而扯断。优选地，所述激光冲击强化处理方式有以下三种方式：(1)激光冲击头活动，对固定工件进行表面加工；(2)激光冲击头固定，工件活动进行表面加工；(3)激光冲击头与工件两者均活动。优选地，所述随动式激光冲击强化装置的激光为脉宽小于100纳秒、功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所述装置包括保护镜、送带单元和喷水单元；所述送带单元包括电机、传动机构和吸收带，所述电机通过传动机构带动所述吸收带移动，所述吸收带穿过所述喷水单元喷出的水柱。

【技术特征摘要】
1.一种随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所述装置包括保护镜、送带单元和喷水单元；所述送带单元包括电机、传动机构和吸收带，所述电机通过传动机构带动所述吸收带移动，所述吸收带穿过所述喷水单元喷出的水柱。2.根据权利要求1所述的随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所述电机为同步电机，所述同步电机的步进频率与所述随动式激光冲击强化装置的冲击强化工作频率一致。3.根据权利要求1所述的随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所述送带单元包括吸收带固定结构，所述吸收带固定结构固定连接于所述喷水单元的喷水出口处，所述吸收带固定结构将所述吸收带的移动方向固定在所述喷水模块喷出的水柱中央。4.根据权利要求1所述的随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所述吸收带的厚度为0.01mm至0.5mm。5.根据权利要求1所述的随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所述吸收带为对10640nm、1064nm、800nm、532nm、517nm、355nm中至少一个波长的激光之吸收率不低于95％。6.根据权利要求1所述的随动式激光冲击强化处理装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文武，茹浩磊，黄亿辉，王斌，
申请(专利权)人：宁波大艾激光科技有限公司，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：浙江,33