一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法，包括真空室、激光加工头、传导光纤、激光发生器、超声波发生器、超声喷丸枪、撞针、固定装置。加工前，将工件固定在加工台上，顺次连接超声波发生器、超声喷丸枪、撞针，撞针底部接近金属表面加工区域，将激光加工头固定在固定装置上；加工时，打开激光发生器和超声波发生器产生激光和振动作用于工件表面，通过底部工件对超声喷丸枪和激光加工头的同步移动完成对工件的表面加工。本装置在保护气中进行，防止金属表面氧化，适用于工业领域常见结构件，可以大幅提高诸如高强度铝合金等金属的变形能力，改善材料残余压应力分布。改善材料残余压应力分布。改善材料残余压应力分布。

【技术实现步骤摘要】
一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法


[0001]本专利技术涉及材料加工
，具体涉及一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法。

技术介绍

[0002]理论研究和实践表明，在构件表面引入一个压应力场可以有效的抑制微裂纹的萌生和扩展，大幅提高构件的疲劳寿命。喷丸处理是工业中最常用的一种在工件表面获得压应力，提高工件疲劳寿命的方法，然而实际工程应用中常规喷丸设备体积巨大，处理的工件应力深度低，变形程度小，且撞击后易破碎的丸体收集困难，产生大量污染。
[0003]超声喷丸是一种新兴的表面处理技术，能使金属表面产生更深的残余压应力层，使金属零件的强度、耐腐蚀性和疲劳寿命得到明显提高。超声喷丸可以精确成形金属板料，并使成形表面具有抵抗疲劳和裂纹侵蚀的残余压应力，实现较厚板材的成形且成形曲率大。该方法具有操作简便易控制，成形的材料综合性能较其他喷丸效果好，环保无污染等优点。
[0004]激光对金属材料的表面处理，是近十年来发展起来的一项新技术，无论是对黑色金属或者有色金属，在实践的应用中都显示了独特的优越性，并在工业生产上得到了广泛的应用。用激光处理金属，一般是以一定模式的激光光束对准工件需处理的部位，由工件随工作台的移动(转动或平移)来实现激光扫描。为防止表面氧化及等离子体的生成，常采用惰性气体保护系统，一般工件的处理为空冷。该技术有如下特点：加热迅速，且有强自淬火作用；变形小，表面光洁，不用校形、精加工；可以实现形状复杂的零件的周部表面处理；激光表面处理通用性强；无污染，安全可靠；操作简单，效率高。<br/>[0005]检索现有的相关专利发现，申请号为201910185236.X公开的一种激光温喷丸装置及方法，利用装置可以将激光冲击强化部件与试件加热部件集成在一起，通过计算机辅助设计实现了温控激光喷丸加工过程的自动化。但该装置仅是为了使材料发生软化效应，并没有涉及到冲击强化过程中的动态应变时效效应，因此不能大幅提高材料的性能，同时该装置对材料的疲劳性能提高较小，并且装置复杂，不易操作，成本较高，很难推广。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，通过一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法，可以对工件表面进行强化、改善工件的表面形貌、提高工件的抗疲劳性能，能够在加工冷却后，有效排出真空室内碎屑颗粒物。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008]一种激光与超声喷丸复合加工装置，包括激光加工头、传导光纤、激光发生器、超声波发生器、超声喷丸枪、撞针、固定装置、真空室，其中：
[0009]激光加工头，将传导过来的激光进行反射和聚焦后输出；
[0010]激光发生器，为激光加工头产生激光；
[0011]传导光纤，将激光发生器产生的激光传导到激光加工头上；
[0012]超声喷丸枪，对工件进行高频冲击，进而实现对工件的形性改造；
[0013]超声波发生器，为超声喷丸枪提供高频超声信号，驱动超声喷丸枪工作；
[0014]所述超声喷丸枪主体由枪体和碰头组成，其中所述碰头位于超声喷丸枪的前端；
[0015]撞针，所述撞针分布在碰头上，喷丸过程输出端，与材料进行直接碰撞，引起残余应力重新分布并提高金属变形能力；
[0016]固定装置，将喷丸枪和激光加工头固定在真空室中；
[0017]真空室，提供工作空间与环境保护气；
[0018]所述真空室中设有定位螺纹孔、滑槽、工作台和旋转手轮；定位螺纹孔用于安装固定装置；滑槽上内设有工作台，工作台用来放置工件，且所述工作台和齿条为一体，所述齿条与齿轮相啮合，所述齿轮和旋转手轮相连接，所述旋转手轮驱动工作台在滑槽上移动；
[0019]所述超声波发生器上设有电源开关、频率电位器、功率电位器。
[0020]优选的，所述激光加工头包括两轴振镜系统和聚焦透镜。
[0021]优选的，所述工作台通过齿轮齿条的作用下驱动。
[0022]优选的，所述真空室设有控制气体通入的开关，加工时的保护气保护工件高温时不发生氧化反应。
[0023]优选的，所述超声喷丸枪和激光加工头固定在固定装置上。
[0024]优选的，所述超声喷丸枪的撞针振幅大小通过超声波发生器上的频率电位器和功率电位器进行控制。
[0025]一种激光与超声喷丸复合加工方法，适用于上述所述的一种激光与超声喷丸复合加工装置，具体步骤如下：
[0026]步骤一：利用固定装置将激光加工头和超声喷丸枪固定在真空室，同时将工件放置在工作台上，调整好超声喷丸枪和工件之间的距离；
[0027]步骤二：用传导光纤将激光加工头和激光发生器连接并将超声喷丸枪电源线和超声波发生器连接；
[0028]步骤三：由真空室充气口冲入保护气，排除原装置内空气，为装置提供工作环境；
[0029]步骤四：开启超声波发生器上和激光发生器的电源开关，等待超声喷丸枪末端撞针规律振动以及激光稳定输出时，装置处于正常工作；
[0030]步骤五：旋转真空室上的旋转手轮，驱动工作台移动，从而使工件和处理装置之间产生移动，实现工件的全覆盖处理。
[0031]优选的，激光处理和超声喷丸处理同时进行。
[0032]优选的，所述保护气为氮气和氩气。
[0033]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0034]1.本专利技术提出的一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法，能显著提高复合制造过程的制造效率和制造质量。
[0035]2.本专利技术提出的一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法，利用超声喷丸技术可以对工件表面进行强化、改善工件的表面形貌、提高工件的抗疲劳性能等。
[0036]3.本专利技术提出的一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法，采用向装置中通入保护气方法，充气前排走空气，加工结束冷却后充空气，有效排除真空室内碎屑颗粒物。
[0037]4.本专利技术提出的一种激光与超声喷丸复合加工装置及加工方法，结构设计合理、操作简单、适用性强、环保无污染、效率高。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1是本专利技术激光与超声喷丸复合加工装置；
[0040]图2是本专利技术激光与超声喷丸复合加工装置电路连接示意图；
[0041]图3是激光与超声喷丸复合加工过程的流程图。
[0042]图中：定位螺纹孔1、螺柱2、滑槽3、工作台4、工件5、撞针6、超声喷丸枪7、固定装置8、真空室9、超声喷丸枪电源线10、齿轮11、齿条12、超声波发生器13、激光发生器14、旋转手轮15、传导光纤16、激光加工头17、激光束18、已加工部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光与超声喷丸复合加工装置，其特征在于，包括激光加工头、传导光纤、激光发生器、超声波发生器、超声喷丸枪、撞针、固定装置、真空室，其中：激光加工头，将传导过来的激光进行反射和聚焦后输出；激光发生器，为激光加工头产生激光；传导光纤，将激光发生器产生的激光传导到激光加工头上；超声喷丸枪，对工件进行高频冲击，进而实现对工件的形性改造；超声波发生器，为超声喷丸枪提供高频超声信号，驱动超声喷丸枪工作；所述超声喷丸枪主体由枪体和碰头组成，其中所述碰头位于超声喷丸枪的前端；撞针，所述撞针分布在碰头上，喷丸过程输出端，与材料进行直接碰撞，引起残余应力重新分布并提高金属变形能力；固定装置，将喷丸枪和激光加工头固定在真空室中；真空室，提供工作空间与环境保护气；所述真空室中设有定位螺纹孔、滑槽、工作台和旋转手轮；定位螺纹孔用于安装固定装置；滑槽上内设有工作台，工作台用来放置工件，且所述工作台和齿条为一体，所述齿条与齿轮相啮合，所述齿轮和旋转手轮相连接，所述旋转手轮驱动工作台在滑槽上移动；所述超声波发生器上设有电源开关、频率电位器、功率电位器。2.根据权利要求1所述的一种激光与超声喷丸复合加工装置，其特征在于，所述激光加工头包括两轴振镜系统和聚焦透镜。3.根据权利要求1所述的一种激光与超声喷丸复合加工装置，其特征在于，所述工作台通过齿轮齿条的作用下驱动。4.根据权利要求1所述的一种激光与超声喷丸复合加工装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁驰，曹达，韦雨辰，郑奕，芦小龙，李武琴，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：