一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法技术

本发明专利技术属于激光加工领域，特别涉及一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法。对于航空轴承，其失效多由表面磨损、接触疲劳引起，且多发生于轴承套圈滚道内，而滚道形状复杂，一般激光冲击强化方法易出现冲击面不全，或冲击效果不均匀。因此，提出一种激光路径不变，工件倾斜一定角度且绕工件中心转动、搭接率50%

【技术实现步骤摘要】
一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法


[0001]本专利技术属于激光加工领域，特别涉及一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法。

技术介绍

[0002]轴承是机械传动系统的关键基础件。航空轴承因其工作环境复杂恶劣，且随航空发动机改进，对航空轴承的性能要求越来越高，好的耐磨性能和高的疲劳性能是轴承寿命的一大保障。而工程实践发现，轴承构件的耐磨性能、接触疲劳性能与其表面完整性密切相关，激光冲击强化技术是新兴的表面强化技术，相对于传统表面强化技术具有高压、高能、超快、超高应变率等优势。
[0003]近年来，激光冲击强化技术发展迅速，该技术不仅能够使金属材料表层产生有利的残余压应力，而且能够使金属材料表层的晶粒细化，生成大量位错、孪晶等微观组织结构，从而有效提高材料表层的疲劳强度，同时激光冲击强化技术具有非接触、操作方便、可控性强和适用范围广等特点，因此在滚动轴承领域内具有良好的应用前景。
[0004]航空轴承的制造，其表面机械性能仍可进一步提高，尤其是表面残余压应力，鉴于激光冲击强化技术的优异性及轴承套圈结构的复杂性，优选一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法显得尤为重要。由于轴承结构的特殊性，目前未见较为理想的激光冲击方法。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，以解决现有轴承套表面残余压应力不足、激光冲击困难问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0007]一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，包括以下步骤：步骤一：冲击前，先获得套圈的三维模型，再建立冲击过程的仿真模型，确定运动参数；步骤二：粘贴吸收层，粘贴吸收层要求紧密贴合工件、无气泡、无杂质等；步骤三：装夹工件于回转类零件专用夹具上，并定位夹紧夹具于KUKA机械臂法兰盘上；步骤四：控制机械臂运动轨迹，使得激光束过滚道R1圆心，并近似垂直于冲击面，轴承套圈倾斜；调节水路机器人；设置激光激光参数；步骤五：机械臂轴6转动，冲击套圈边缘第一圈；步骤六：在进行第二圈冲击前，工件移位，实现工件绕R1转动效果，调节水路，开始第二圈冲击，依次循环往复，直至滚道被冲击完成；步骤七：去除吸收层，微抛后清洗吹干。
[0008]进一步地，所述步骤一中，冲击前，先获得套圈的三维模型，再建立强化的仿真模型，然后对轴承冲击过程进行数值仿真，从而确定移动距离及转动角度。
[0009]进一步地，所述步骤二中，粘贴吸收层包括微抛光、清洗5
‑
10min、吹干轴承套圈，吸收层采用型号为2100FRTV型黑胶带（吸收能量和防止激光烧蚀工件表面的作用）。
[0010]进一步地，所述步骤三中，夹具需定心精度高，与机械臂法兰盘能够精确配合。
[0011]进一步地，所述步骤四中，控制KUKA机器人机械臂运动至激光发射位置，在控制器全局状态下，微调机械臂X、Z方向位置，使光斑居于待冲击区域；在控制器轴状态下，转动机械臂，使得激光束过滚道R1圆心，并近似垂直于冲击面，轴承套圈倾斜45
°
。调节水路机器人至预定位置，开启水泵及电磁阀，调节水压为18
‑
21Pa，使得水冲刷在工件待冲击区域，水膜厚度约为1
‑
2mm；设置激光控制器能量为6
‑
8J、脉宽为15
‑
19ns(即激光功率密度为1.974GW/cm2‑
3.333GW/cm2)，光斑大小为3.5mm
×
3.5mm
‑
4mm
×
4mm。
[0012]进一步地，所述步骤五中，第一圈的冲击以工件轴线为转轴，冲击一个光斑后，工件向未冲击区域方向转动α度，，R2为轴承套圈的半径，直至转完360
°
。
[0013]进一步地，所述步骤六中，在进行第二圈冲击前，工件需沿平行于轴承套圈端面向趋近激光源方向移动，重心移动的距离是L=R1+R2，R1为轴承套圈滚道的半径，R2为轴承套圈的半径；然后，工件以自身的重心为转动中心，即冲击第一圈时滚道R1的圆心，以过转动中心并垂直于工件轴线和激光束所在平面的线为轴，向未冲击区域方向转动γ度，，然后工件沿平行于轴承套圈端面远离激光源方向移动，重心移动的距离是L=R1+R2；至此，开始第二圈冲击，第二圈冲击与第一圈相同，仍以工件轴线为轴，每冲击一个光斑转动α度，以此类推，循环往复，冲击整个滚道。
[0014]进一步地，所述步骤七中，移动机械臂至装夹位置，取下工件，去除吸收层，微抛5
‑
10μm后，再次置套圈于超声波清洗器内清洗5
‑
10min，取出吹干，等待装配应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点及有益效果是。
[0016]1、本专利技术详细说明了激光冲击强化轴承的具体过程，解决了一直以来轴承套圈类零件激光冲击困难的问题。
[0017]2、本专利技术通过建模仿真，节约了试验成本，探索出一种针对轴承套圈零件的激光冲击方法，该方法明显增强了冲击效果，使得轴承表面残余压应力显著增加、机械性能明显提高。
[0018]3、本专利技术基于实践，充分发挥了激光冲击强化的强化性能增益效果，通过建模仿真，减少了工艺试错次数。
[0019]4、本专利技术步骤5中以工件轴线为转轴，冲击一个光斑后，工件向未冲击区域方向转动α度，，（R2为轴承套圈的半径）直至转完360
°
，保证了轴承滚道周向50%
‑
75%搭接率（即每一圈不同光斑之间搭接率）的精确控制，使滚道表面残余应力更加均匀。
[0020]5、本专利技术步骤6中在进行第二圈冲击前，工件沿平行于轴承套圈端面向趋近激光源方向移动，重心移动的距离是L=R1+R2，（R1为轴承套圈滚道的半径，R2为轴承套圈的半径）；然后，工件以自身的重心为转动中心（即冲击第一圈时滚道R1的圆心），以过转动中心并垂直于工件轴线和激光束所在平面的线为轴，向未冲击区域方向转动γ度（
）（R1为轴承套圈滚道的半径），然后工件需沿平行于轴承套圈端面远离激光源方向移动，重心移动的距离是L=R1+R2，（R1为轴承套圈滚道的半径，R2为轴承套圈的半径），实现了工件绕滚道圆弧圆心转动的效果，确保了冲击第一圈与第二圈具有相同的效果，且保证了轴承滚道轴向50%
‑
75%搭接率（即第一圈与第二圈搭接率）的精确控制，使滚道表面残余应力更均匀。
附图说明
[0021]图1是本专利技术方法的冲击示意图。
[0022]图2是本专利技术50%搭接率示意图。
[0023]图3是本专利技术实例1的表面残余应力图。
[0024]图4是本专利技术实例2的表面残余应力图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0026]一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，其特征在于，轴承内外圈滚道是失效的主要区域，激光冲击轴承内圈及外圈滚道,包括如下步骤：步骤一：冲击前，先获得套圈的三维模型，再建立冲击过程的仿真模型，确定运动参数；步骤二：粘贴吸收层，要求吸收层紧密贴合工件、无气泡、无杂质；步骤三：装夹工件于回转类零件专用夹具上，并定位夹紧夹具于KUKA机械臂法兰盘上；步骤四：控制机械臂运动轨迹，使得激光束过滚道R1圆心，并近似垂直于冲击面，轴承套圈倾斜；调节水路机器人；设置激光参数；步骤五：机械臂轴6（即工件中心轴线，也是KUKA机器人末端轴）转动，冲击套圈边缘第一圈；步骤六：在进行第二圈冲击前，工件移位，实现工件绕R1转动效果，调节水路，开始第二圈冲击，依次循环往复，直至滚道被冲击完成；步骤七：去除吸收层，微抛后清洗吹干。2.根据权利要求1所述的一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，其特征在于，所述步骤一中，冲击前，先获得套圈的三维模型，再建立强化的仿真模型，然后对轴承冲击过程进行数值仿真，从而确定移动距离及转动角度。3.根据权利要求1所述的一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，其特征在于，所述步骤二中，粘贴吸收层包括微抛光、清洗5
‑
10min、吹干轴承套圈，吸收层采用型号为2100FRTV型黑胶带。4.根据权利要求1所述的一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，其特征在于，所述步骤三中，夹具需定心精度高，与机械臂法兰盘能够精确配合。5.根据权利要求1所述的一种激光冲击强化轴承套圈滚道表面的方法，其特征在于，所述步骤四中，控制KUKA机器人机械臂运动至激光发射位置，在控制器全局状态下，微调机械臂X、Z方向位置，使光斑居于待冲击区域；在控制器轴状态下，转动机械臂，使得激光束过滚道R1圆心，并近似垂直于冲击面，轴承套圈倾斜45
°
，调节水路机器人至预...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟军，于兴福，任文，李延斌，魏英华，孙玉凤，苏勇，袁慧慧，郑冬月，王全振，安敏，杨树新，杨文武，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：