激光-超声-冷却复合表面强化装置、系统及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光‑超声‑冷却复合表面强化装置、系统及加工方法，激光‑超声‑冷却复合表面强化装置包括座体、激光辅热装置、超声表面强化装置、冷却淬火装置，激光辅热装置用于对待加工金属表面进行激光预热处理；超声表面强化装置与所述激光辅热装置对应，用于对激光预热后的金属表面进行超声强化处理；冷却淬火装置与所述超声表面强化装置对应，用于对超声强化后的金属表面进行冷却淬火处理；本装置通过激光辅热、超声滚压、冷却淬火等组合处理，可以对不同性能金属材料进行强化处理，从而提高工件的表面综合性能，使用范围较广，具有较好的使用价值。

【技术实现步骤摘要】
激光-超声-冷却复合表面强化装置、系统及加工方法
本专利技术属于金属材料表面强化
，尤其涉及一种激光辅热、超声滚压、冷却淬火复合的一体化表面强化装置、系统及加工方法。
技术介绍
当前由于机械领域失效引起的损失占有很高的比重，各种类型的机械设备都会因为磨损、腐蚀以及疲劳等原因使设备寿命缩短，能耗提高。磨损、腐蚀以及疲劳都最先发生在零件表面，因此提高零件表面的机械性能显得尤为重要。表面处理的主要方法有表面淬火、化学热处理、喷丸、滚压、表面覆层等工艺。表面强化处理的目的在于使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限，而工件心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性，即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。目前，超声表面强化技术已经成功应用于金属与合金的表面强化上，该技术利用高频电能转换为机械能，在金属表面形成高频冲击，配合滚压，能够细化金属组织，使表层金属组织结构重塑，形成致密层，有效提高表层的耐磨性和抗疲劳性能，同时也极大的改善了表面质量。但是该项技术的强化效果严重依赖于金属材料自身的材料性能，如对于硬度较高的金属材料，该项技术对硬度的提高程度较低；针对材料组织不均一的金属材料时，往往并不能很好的起到均一性的强化效果，无法保证工件的形状精度；在加工低塑性金属材料时，高频的超声波振动会使被加工工件的表面发生开裂或者产生裂纹，严重降低被加工工件的表面质量，从而降低工件表面力学性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可对不同性能金属材料起到强化效果的激光-超声-冷却复合表面强化装置、系统及加工方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：激光-超声-冷却复合表面强化装置，包括：座体，作为下述装置连接安装的基体；激光辅热装置，用于对待加工金属表面进行激光预热处理；超声表面强化装置，与所述激光辅热装置对应，用于对激光预热后的金属表面进行超声强化处理；冷却淬火装置，与所述超声表面强化装置对应，用于对超声强化后的金属表面进行冷却淬火处理；所述激光辅热装置、超声表面强化装置、冷却淬火装置均安装在所述座体的一端且在待加工金属表面所形成的加工区域对应。作为优选的技术方案，所述激光辅热装置包括安装在所述座体一端的激光头，所述激光头朝向所述座体的端部倾斜设置，所述激光头与所述座体之间安装有驱动所述激光头往复运动用于调节所述激光头与待加工金属表面之间距离的激光头平移装置，所述激光头平移装置与所述激光头之间还设置有驱动所述激光头转动用于调节所述激光头的激光光束与待加工金属表面之间夹角的激光头转位装置。作为优选的技术方案，所述激光头平移装置包括水平滑动安装在所述座体上的平移齿板，所述座体上还安装有与所述平移齿板啮合的齿轮轴，所述齿轮轴的两端转动安装在所述座体上且一端伸出所述座体外连接有调节驱动装置。作为优选的技术方案，所述激光头转位装置包括固定在所述平移齿板上的旋转座，所述激光器上安装有与所述旋转座转动配合的安装块，所述旋转座上安装有动力端与所述安装块固定连接可驱动所述安装块绕所述旋转座转动的转位驱动装置。作为优选的技术方案，所述超声表面强化装置包括安装在所述座体内的超声换能总成，所述超声换能总成的一端伸出所述座体外连接有超声工具头，所述超声换能总成与所述座体之间还设置有驱动所述超声工具头压紧待加工金属表面的驱动压紧装置。作为优选的技术方案，所述超声换能总成包括超声换能器，所述超声换能器的一端与所述驱动压紧装置连接，所述超声换能器的另一端连接有变幅杆。作为优选的技术方案，所述冷却淬火装置包括用于与待加工金属表面对应的冷却喷头，所述冷却喷头通过冷却导管连接至所述座体上，所述座体上还设置有与所述冷却导管连通的冷却管道。本专利技术的技术方案还提供了激光-超声-冷却复合表面强化系统，包括激光-超声-冷却复合表面强化装置，还包括用于安装所述复合表面强化装置的机床以及为所述复合表面强化装置提供动力源的控制柜。本专利技术的技术方案还提供了激光-超声-冷却复合表面强化装置的加工方法，包括以下方式中的任意一种；方式一步骤如下：a)对待加工金属表面的加工区域进行激光预热，提高金属表面的热塑性来改善工件表面组织均一性与可加工性；b)对激光预热后的金属表面进行超声强化处理，通过超声工具头对金属表面进行高频锻打与滚压处理，使金属表面产生强烈塑性变形，通过金属组织重塑、细化并致密，形成压应力层，起到对工件表面进行强化处理的效果；c)重复步骤a)与b)，按照预先规划的路径，依次完成对待加工零件表面进行强化处理；方式二步骤如下：a)对待加工金属表面的加工区域进行超声强化处理，通过超声工具头对金属表面进行高频锻打与滚压处理，使金属表面产生强烈塑性变形，通过金属组织重塑、细化并致密，形成压应力层，起到对工件表面进行强化处理的效果；b)对超声强化后的金属表面进行冷却淬火处理，抑制材料塑性变形的动态回复，有助于获得更高的位错密度，使工件表面金属组织进一步细化致密，从而提高了工件的表面综合性能；c)重复步骤a)与b)，按照预先规划的路径，依次完成对待加工零件表面进行强化处理；方式三步骤如下：a)对待加工金属表面的加工区域进行激光预热，提高金属表面的热塑性来改善工件表面组织均一性与可加工性；b)对激光预热后的金属表面进行超声强化处理，通过超声工具头对金属表面进行高频锻打与滚压处理，使金属表面产生强烈塑性变形，通过金属组织重塑、细化并致密，形成压应力层，起到对工件表面进行强化处理的效果；c)对超声强化后的金属表面进行冷却淬火处理，抑制材料塑性变形的动态回复，有助于获得更高的位错密度，使工件表面金属组织进一步细化致密，从而提高了工件的表面综合性能；d)重复步骤a)至c)，按照预先规划的路径，依次完成对待加工零件表面进行强化处理。由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)激光辅热解决了硬度不均一金属材料、低塑性金属材料等在高频超声冲击滚压过程中，出现的形状精度无法保证、表面开裂或产生裂纹缺陷等问题；(2)强化后的冷却淬火能够有效抑制材料塑性变形的动态回复，有助于获得更高的位错密度，使工件表面金属组织进一步细化致密，从而提高了工件的表面综合性能；(3)本装置通过激光辅热、超声滚压、冷却淬火等组合处理，可以对不同性能金属材料进行强化处理，从而提高工件的表面综合性能，使用范围较广，具有较好的使用价值。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。图1是本专利技术实施例激光-超声-冷却复合表面强化装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例激光-超声-冷却复合表面强化装置的内部示意图；图3是本专利技术实施例激光-超声-冷却复合表面强化装置的剖视图；图4是本专利技术实施例激光-超声-冷却复合表面强化系统对工件端面进行强化处理的的结构示意图；图5是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于，包括：/n座体，作为下述装置连接安装的基体；/n激光辅热装置，用于对待加工金属表面进行激光预热处理；/n超声表面强化装置，与所述激光辅热装置对应，用于对激光预热后的金属表面进行超声强化处理；/n冷却淬火装置，与所述超声表面强化装置对应，用于对超声强化后的金属表面进行冷却淬火处理；/n所述激光辅热装置、超声表面强化装置、冷却淬火装置均安装在所述座体的一端且在待加工金属表面所形成的加工区域对应。/n

【技术特征摘要】
1.激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于，包括：
座体，作为下述装置连接安装的基体；
激光辅热装置，用于对待加工金属表面进行激光预热处理；
超声表面强化装置，与所述激光辅热装置对应，用于对激光预热后的金属表面进行超声强化处理；
冷却淬火装置，与所述超声表面强化装置对应，用于对超声强化后的金属表面进行冷却淬火处理；
所述激光辅热装置、超声表面强化装置、冷却淬火装置均安装在所述座体的一端且在待加工金属表面所形成的加工区域对应。


2.如权利要求1所述的激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于：所述激光辅热装置包括安装在所述座体一端的激光头，所述激光头朝向所述座体的端部倾斜设置，所述激光头与所述座体之间安装有驱动所述激光头往复运动用于调节所述激光头与待加工金属表面之间距离的激光头平移装置，所述激光头平移装置与所述激光头之间还设置有驱动所述激光头转动用于调节所述激光头的激光光束与待加工金属表面之间夹角的激光头转位装置。


3.如权利要求2所述的激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于：所述激光头平移装置包括水平滑动安装在所述座体上的平移齿板，所述座体上还安装有与所述平移齿板啮合的齿轮轴，所述齿轮轴的两端转动安装在所述座体上且一端伸出所述座体外连接有调节驱动装置。


4.如权利要求3所述的激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于：所述激光头转位装置包括固定在所述平移齿板上的旋转座，所述激光器上安装有与所述旋转座转动配合的安装块，所述旋转座上安装有动力端与所述安装块固定连接可驱动所述安装块绕所述旋转座转动的转位驱动装置。


5.如权利要求1所述的激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于：所述超声表面强化装置包括安装在所述座体内的超声换能总成，所述超声换能总成的一端伸出所述座体外连接有超声工具头，所述超声换能总成与所述座体之间还设置有驱动所述超声工具头压紧待加工金属表面的驱动压紧装置。


6.如权利要求5所述的激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征在于：所述超声换能总成包括超声换能器，所述超声换能器的一端与所述驱动压紧装置连接，所述超声换能器的另一端连接有变幅杆。


7.如权利要求1所述的激光-超声-冷却复合表面强化装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩金国，尹建华，田业冰，黄超，夏洪伟，刘俨后，
申请(专利权)人：山东聚亿能智能科技有限公司，山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37