一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光加工领域，指一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置及方法。所述装置包括工控机、激光发生器、光纤和光路调控装置，光路调控装置包括腔体和转动部分，腔体内部通过光纤与激光发生器相连，腔体前端伸入到渐开线内花键轴内腔，激光发生器发出的激光通过腔体内部光纤的各个转角处设置的反射镜输送到腔体内部前端的聚焦镜；腔体外设有转动轴与外部电机连接，电机带动整个腔体在渐开线内花键轴内腔内纵向移动，所述腔体内激光光线通过聚焦镜从腔体开口处射出对零件内腔进行冲击强化，所述电机和激光发生器均与工控机相连接。本发明专利技术可激光冲击强化直径较小、内腔较深的轴类零件，可以提高激光冲击强化的灵活性，提高可操作度。

A Device and Method for Laser Shock Enhancement of Involute Internal Spline Shaft Cavity

The invention belongs to the field of laser processing, and refers to a device and method for laser shock strengthening of the inner cavity of an involute spline shaft. The device comprises an industrial computer, a laser generator, an optical fiber and an optical path control device. The optical path control device comprises a cavity and a rotating part. The cavity is connected with a laser generator through an optical fiber. The front end of the cavity extends into the spline shaft cavity in the involute. The laser emitted by the laser generator is transmitted to the front end of the cavity through a mirror arranged at each corner of the optical fiber inside the cavity. Focusing mirror; a rotating shaft outside the cavity is connected with an external motor, and the motor drives the whole cavity to move longitudinally in the spline shaft inside the involute cavity. The laser light in the cavity is shot out from the opening of the cavity through the focusing mirror to strengthen the inner cavity of the part. The motor and the laser generator are connected with the industrial computer. The invention can strengthen axle parts with smaller diameter and deeper inner cavity by laser shock, and can improve the flexibility and operability of laser shock strengthening.

【技术实现步骤摘要】
一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置及方法
本专利技术属于激光加工领域，具体的说是一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置及方法。
技术介绍
激光冲击强化是一种新型的表面强化技术，激光冲击强化技术能够方便的在工件表面引入残余压应力，从而抑制工件表面产生微裂纹等疲劳破坏，大幅度延长了工件的使用寿命，它与现有的冷挤压、喷丸等表面强化方法相比，具有非接触性、柔性、可控性强以及强化效果显出等突出优点。目前，对于渐开线内花键轴内腔的表面强化通常采用的是热处理的方式，此类工件的激光冲击强化需要专项的设备才可进行冲击。并且对于小齿距的渐开线内花键零件，激光光束的直径为2-8mm，当齿距小于10mm时，激光光束先冲击到齿形的侧面，侧面上的吸收层吸收激光能量产生气化形成等离子体，屏蔽了向下部分的激光光束，导致齿槽部分不能够被强化，因此普通的激光冲击强化方法难以实现对此类工件表面的整体强化，严重削弱了激光冲击强化后工件表面的各项性能。
技术实现思路
针对上述问题，而本专利技术提供了一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置及方法，本专利技术采用的技术手段如下：一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置，所述装置包括工控机、激光发生器、光纤和光路调控装置，所述光路调控装置包括腔体和转动部分，所述腔体内部通过光纤与激光发生器相连，腔体前端伸入到渐开线内花键轴内腔，激光发生器发出的激光通过腔体内部光纤的各个转角处设置的反射镜输送到腔体内部前端的聚焦镜；所述腔体外设有转动轴与外部电机连接，电机带动整个腔体在渐开线内花键轴内腔内纵向移动，所述腔体内激光光线通过聚焦镜从腔体开口处射出对零件内腔进行冲击强化，所述电机和激光发生器均与工控机相连接。一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的方法，使用上述的一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置进行加工，具体操作步骤为：(1)将PVC有机溶胶、丙烯酸合成树脂和增稠剂混合并充分搅拌，形成一种均匀的具有粘性的透明混合物。(2)将混合物完全填充渐开线内花键轴内腔齿间空隙部分，使得齿形待加工部分形成柱体，填充物的高度高出内花键齿形的齿顶。(3)将填充完的花键轴至于真空条件下排出其中气泡。(4)铝箔粘贴在填充物圆柱体的内腔表面。(5)将激光光路调控装置的聚焦镜对应待冲击的内腔位置，在待冲击的内腔表面施加水约束层，其厚度为1-2mm。(6)打开激光发生器，通过工控机控制电机，使得电机带动转动轴实现激光光路的纵向移动，通过横向移动待加工零件来冲击不同横向位置，以此来进行激光冲击强化。(7)处理完成后，将铝箔和透明填充物同时从齿轮表面剥离，之后用丙酮清洗内花键轴内腔的残留透明填充物。进一步地，步骤(1)中，所述透明填充物各组分按重量比例配比为：PVC有机溶胶65-75％，丙烯酸合成树脂20-30％，增稠剂2-5％，所述增稠剂为氢氧化铝。进一步地，步骤(2)中，填充物的高度高出内花键齿形的齿顶，使得填充物圆柱的厚度高出花键齿形的齿顶1mm。进一步地，步骤(3)中，排气时间为8min，相对正空度为-50KPa。进一步地，步骤(4)中，铝箔厚度为100-200μm。进一步地，步骤(5)中，水约束层的厚度为1-2mm。进一步地，步骤(6)中，激光冲击参数为：光斑直径2-8mm，横向和纵向的搭接率为50-70％，脉冲能量为6-12J，脉宽为8-30ns。进一步地，步骤(7)中，将铝箔和透明填充物同时从齿面剥离的方法为：将渐开线内花键轴浸入80-100℃的热水中8-10分钟。本专利技术的增益效果为：(1)本装置可激光冲击强化直径较小内腔较深的轴类零件，可以提高激光冲击强化的灵活性，提高可操作度。(2)激光光线的移动由光路调控装置完成，光路调控装置本身不需要移动，装置整体行程短，节约了操作空间。(3)透明填充物完全填充齿间空隙，使得内花键齿形与填充物形成平滑柱面，方便对齿面进行大面积搭接激光冲击处理，改善了冲击强化的效果。附图说明图1为本专利技术实例中待冲击零件示意图。图2为已附着填充物和吸收层的待冲击零件剖面示意图；12、渐开线内花键轴；13、填充物；14、铝箔。图3为本专利技术实例中的结构示意图。1、激光发生器；2、光纤；3、腔体；4、转轴；5、电机；6、反射镜；7、聚焦镜；8、激光光线；9、工控机；10、待加工工件。具体实施方式下面结合实例对本专利技术进一步说明，但本专利技术的应用不仅限于实例。本实施例选用的零件为渐开线内花键轴，如图1所示，为渐开线内花键轴，花键轴材料为55#钢，零件由杆部和杯部组成，杯部为渐开线内花键模数为1.27、齿数为26、压力角30°、棒间距29.5mm。一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置，如图3所示，包括工控机9、激光发生器1、光纤2和光路调控装置11，所述光路调控装置11包括腔体3、转动轴4、电机5，所述腔体3外设有转动轴4与电机5相连。所述腔体3前端伸入到渐开线内花键轴10内腔，激发生器1通过腔体内部光纤2的各个转角处设置的反射镜6将激光输送到腔体内部前端的聚焦镜7并对渐开线内花键轴10内腔进行激光冲击强化。所述激光发生器1与电机5均受工控机9控制。所述腔体3内部设有能将激光光线8反射至聚焦镜7的反射镜6，在入射激光光线8与聚焦镜7的位置不对应时采用反射镜6对光线位置进行调整。一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的方法，使用所述渐开线内花键轴内腔激光冲击强化装置，包括如下步骤：(1)将PVC有机溶胶、丙烯酸合成树脂和有机溶剂增稠剂氢氧化铝混合并充分搅拌，形成一种均匀的具有粘性的透明填充物。鳍透明填充物的各组分按照重量比例配比为：PVC有机溶胶60g、丙烯酸合成树脂24g、有机溶剂增稠剂1.3g。(2)将混合物完全填充入渐开线内花键轴内腔齿间空隙部分，使得齿形待加工部分形成柱体。(3)将填充完的花键轴至于真空条件下排出其中气泡，排气时间为8min，相对正空度为-50KPa。(4)用酒精清洗上述柱体表面，之后将铝箔14粘贴在填充物13的圆柱体的内腔表面，铝箔14厚度为100-200μm。(5)待铝箔全部粘贴在上述表面后，如图2所示，将激光光路调控装置的透镜端对着待冲击的内腔位置，使用流水作为约束层，流水约束层厚度为1-2mm。(6)打开激光器1，工控机9。激光光线8通过光纤2导入腔体3，通过反射镜6反射后通过聚焦镜7聚焦到工件10待加工位置，通过电机5、转轴4可实行激光的纵向移动，通过机械手臂移动工件来冲击不同横向位置。激光冲击参数为：光斑直径3mm，横向和纵向的搭接率为50％，脉冲能量为9J，脉宽为20ns。(7)处理完成后，将渐开线内花键轴浸入80-100℃的热水中8-10分钟，使得铝箔和填充物从齿面剥离，之后用丙酮清洗内花键轴内腔的残留透明填充物，至此本方法的处理步骤全部完成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置，其特征在于，所述装置包括工控机、激光发生器、光纤和光路调控装置，所述光路调控装置包括腔体和转动部分，所述腔体内部通过光纤与激光发生器相连，腔体前端伸入到渐开线内花键轴内腔，激光发生器发出的激光通过腔体内部光纤的各个转角处设置的反射镜输送到腔体内部前端的聚焦镜；所述腔体外设有转动轴与外部电机连接，电机带动整个腔体在渐开线内花键轴内腔内纵向移动，所述腔体内激光光线通过聚焦镜从腔体开口处射出对零件内腔进行冲击强化，所述电机和激光发生器均与工控机相连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的装置，其特征在于，所述装置包括工控机、激光发生器、光纤和光路调控装置，所述光路调控装置包括腔体和转动部分，所述腔体内部通过光纤与激光发生器相连，腔体前端伸入到渐开线内花键轴内腔，激光发生器发出的激光通过腔体内部光纤的各个转角处设置的反射镜输送到腔体内部前端的聚焦镜；所述腔体外设有转动轴与外部电机连接，电机带动整个腔体在渐开线内花键轴内腔内纵向移动，所述腔体内激光光线通过聚焦镜从腔体开口处射出对零件内腔进行冲击强化，所述电机和激光发生器均与工控机相连接。2.利用如权利要求1所述装置实施渐开线内花键轴内腔激光冲击强化的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将PVC有机溶胶、丙烯酸合成树脂和增稠剂混合并充分搅拌，形成一种均匀的具有粘性的透明混合物；(2)将混合物完全填充渐开线内花键轴内腔齿间空隙部分，使得齿形待加工部分形成柱体，填充物的高度高出内花键齿形的齿顶；(3)将填充完的花键轴至于真空条件下排出其中气泡；(4)铝箔粘贴在填充物圆柱体的内腔表面；(5)将激光光路调控装置的聚焦镜对应待冲击的内腔位置，在待冲击的内腔表面施加水约束层；(6)打开激光发生器，通过工控机控制电机，使得电机带动转动轴实现激光光路的纵向移动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾成义，鲁金忠，何肖潇，沈华兵，曹俊，
申请(专利权)人：江苏海宇机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32