一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，该装置的结构包括高能脉冲激光、约束层、激光冲击波、吸收层、带微凹槽刚性接触膜。其具体过程是：高能脉冲激光透过约束层辐照在吸收层上，吸收层迅速汽化产生等离子体爆炸并诱导高压冲击波，在该冲击波的作用下，带有微凹槽的刚性接触膜将碾压微凸起，由于接触膜上开设有微凹槽，接触膜具有良好的柔性，更易于贴合在曲面上，并在抛光中保证抛光区域表面粗糙度的一致性，同时微凹槽的存在使接触膜底部在激光冲击波作用后能够恢复初始形状，不但能够在大面积抛光时保证工件表面抛光后的面型精度，并使接触膜可重复使用。本发明专利技术可应用于金属表面大面积自由曲面的抛光处理。

A laser shock wave polishing device with microgrooves with a contact film

The invention discloses a laser shock wave polishing device with a micro groove for contact film. The structure of the device includes high-energy pulsed laser, confining layer, laser shock wave, absorbing layer and rigid contact film with micro groove. The specific process is: high energy pulsed laser irradiation in the constrained layer through the absorbing layer, absorbing layer and rapid vaporization plasma produced by explosion induced shock wave, the shock wave under the action of rigid contact with film micro groove rolling microprotrusion, because the contact film is provided with micro grooves, contact film has good flexible, easy to fit on the surface, and in the polishing polishing area to ensure consistency of surface roughness and micro groove exists to make contact with the membrane at the bottom after the effect of laser shock wave to restore the initial shape, can not only ensure the workpiece surface after polishing the surface precision in large area when polishing and make contact film repeated use. The invention can be applied to the polishing treatment of large surface free surface of metal surface.

【技术实现步骤摘要】
一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置
本专利技术涉及表面处理领域，具体涉及一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置
技术介绍
抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。现有技术中，机械抛光只能对规则表面进行抛光处理；化学抛光和电化学抛光耗时长、效率低；中国专利“一种基于激光冲击波的抛光方法及装置201410250823.X”提出通过控制激光冲击波的的峰值压力介于金属工件的动态屈服强度和雨贡纽极限HEL之间，通过多次冲击来熨平金属工件表面的微凸起，从而降低金属工件的表面粗糙度，该专利采用仅有下表面抛光处理的接触膜，未考虑到接触膜在碾压的过程中易产生较大斜度，从而造成碾压不均匀，同时在大面积抛光过程中，接触膜会在残余应力的作用下发生较大变形，从而影响工件抛光后的表面面型精度，同时光斑边缘的抛光效果较差，因此抛光效率低，无法获得较好的抛光效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置,以改善利用激光冲击波抛光金属工件中效率低、效果差的缺点。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，高能脉冲激光透过约束层作用于吸收层的上表面；约束层、吸收层、接触膜依次覆盖在金属工件的表面上，其特征在于：所述接触膜是带有微凹槽的接触膜；接触膜的上表层的横向和纵向开设有微凹槽阵列，微凹槽使接触膜的上表层被分割成多个小块。所述接触膜的下表面经抛光处理，硬度高于金属工件的硬度。所述接触膜厚度为50～150μm。所述微凹槽深度h为接触膜厚度的60％～70％，宽度d为10～15μm，相邻微凹槽间的间距D为40～50μm。所述的高能脉冲激光的脉宽范围为10～30ns，功率密度范围为109～1010GW/cm2。本专利技术的工作原理为：在激光冲击波抛光过程中，采用带微凹槽刚性接触膜，微凹槽的深度为接触膜厚度的60％～70％，凹槽的宽度为10～15μm，相邻凹槽间的间距为40-50μm，接触膜的上表层被这些微凹槽分割成多个微型小块。凹槽的深度为接触膜厚度的60％～70％，可以使接触膜具有良好的柔性，保证接触膜可以很好地贴合在工件表面，而开设有宽度仅为10～15μm、间距为40～50μm的凹槽，又可以保证接触膜具有足够的刚性，使接触膜具有良好的抛光效果，由于凹槽的宽度很小，激光冲击波并不会直接作用在接触膜下表层材料，下表层材料变形属于弹性变形，可以很好地恢复到初始状态；在高压激光冲击波作用下，当接触膜上表层不存在这些微凹槽时，接触膜的表层材料将会产生残余压应力，从而使接触膜发生反向变形，上表层开设宽度为10～15μm、间距为40～50μm的凹槽，可以很好的释放表层残余压应力，从而使接触膜不发生反向变形，保证了接触膜可以很好的贴合在工件表面。本专利技术具有的有益效果：利用接触膜上的微凹槽特征，可以使接触膜更易于贴合在曲面上而无需减薄厚度，有利于在曲面抛光中保证面型精度；微凹槽使接触膜在激光光斑边缘部分具有足够的柔性，可以保证抛光区域表面粗糙度的一致性；微凹槽的存在可以释放激光冲击波产生的残余压应力，防止接触膜在激光冲击波作用后产生反向变形，使接触膜可以始终很好的贴合在工件表面；微凹槽的存在使接触膜底部在激光冲击波作用后能够恢复初始形状，不但能够在大面积抛光时保证工件表面抛光后的面型精度，并使接触膜可重复使用。附图说明图1是接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置。图中：1高能脉冲激光2约束层3高压冲击波4吸收层5带凹槽接触膜6微凸起7微凹坑8金属工件h微凹槽深度。图2是带凹槽接触膜的俯视图。图中：51接触膜上的微凹槽52接触膜上的小块d微凹槽宽度D微凹槽间的间距具体实施方式为更好的阐述本专利技术的实施细节，下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。本专利技术的一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置如图1所示，包括高能脉冲激光1、约束层2、高压冲击波3、吸收层4、带凹槽接触膜5、微凸起6、微凹坑7和金属工件8。约束层2、吸收层4、带凹槽接触膜5依次覆盖在金属工件8的待处理表面上。实施实例一本实例中，高能脉冲激光1脉宽为10ns，激光光斑直径为3mm；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；带凹槽接触膜5的材质为60Si2CrVA弹簧钢，硬度为700HV，其厚度为100μm，上表层微凹槽宽度d＝15μm，间距D为50μm，深度h＝60μm，下表面的粗糙度为100nm；金属工件8材质为LY2铝合金，其硬度为130HV，初始表面粗糙度为2.04μm，初始面型误差为2.9μm。通过控制金属工件8的运动，对金属工件8的20mm×20mm的区域采用功率密度为1.5×109GW/cm2的高能脉冲激光1进行6次激光冲击波抛光后，测得的平均线粗糙度为0.25μm，通过干涉仪测得处理区域面型误差为2.7μm。实施实例二本实例中，高能脉冲激光1脉宽为10ns，激光光斑直径为3mm；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；带凹槽接触膜5的材质为60Si2CrVA弹簧钢，硬度为700HV，其厚度为80μm，上表层微凹槽宽度d＝12μm，间距D为45μm，深度h＝48μm，下表面的粗糙度为100nm；金属工件8材质为LY2铝合金，其硬度为130HV，初始表面粗糙度为1.78μm，初始面型误差为2.3μm。通过控制金属工件8的运动，对金属工件8的20mm×20mm的区域采用功率密度为1.5×109GW/cm2的高能脉冲激光1进行6次激光冲击波抛光后，测得的平均线粗糙度为0.175μm，通过干涉仪测得处理区域面型误差为2.2μm。实施实例三：本实例中，高能脉冲激光1脉宽为20ns，激光光斑直径为3mm；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；带凹槽接触膜5的材质为60Si2CrVA弹簧钢，硬度为700HV，其厚度为50μm，上表层微凹槽宽度d＝10μm，间距D为40μm，深度h为30μm，下表面的粗糙度为100nm；金属工件8材质为LY2铝合金，其硬度为130HV，初始表面粗糙度为1.12μm，初始面型误差为5.6μm。通过控制金属工件8的运动，对金属工件8的20mm×20mm的区域采用功率密度为3.9×109GW/cm2的高能脉冲激光1进行5次激光冲击波抛光后，测得的平均线粗糙度为0.135μm，通过干涉仪测得处理区域面型误差为5.4μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，高能脉冲激光透过约束层作用于吸收层的上表面；约束层、吸收层、接触膜依次覆盖在金属工件的表面上，其特征在于：所述接触膜是带有微凹槽的接触膜；接触膜的上表层的横向和纵向开设有微凹槽阵列，微凹槽使接触膜的上表层被分割成多个小块。

【技术特征摘要】
1.一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，高能脉冲激光透过约束层作用于吸收层的上表面；约束层、吸收层、接触膜依次覆盖在金属工件的表面上，其特征在于：所述接触膜是带有微凹槽的接触膜；接触膜的上表层的横向和纵向开设有微凹槽阵列，微凹槽使接触膜的上表层被分割成多个小块。2.如权利要求1所述的一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，其特征在于：所述接触膜的下表面经抛光处理，硬度高于金属工件的硬度。3.如权利要求1所述的一种接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴峰泽，耿杰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32