一种激光-超声喷丸复合强化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种激光

【技术实现步骤摘要】
一种激光
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超声喷丸复合强化装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种激光
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超声喷丸复合强化装置及方法，属于机械加工


技术介绍

[0002]由于服役需求的提升，需要对关键零部件的抗疲劳性能进行提升，表层材料作为疲劳裂纹的萌生和初期扩展区域，它的抗疲劳性能很大程度上决定了整个零部件的服役性能，因此为了提升零部件的抗疲劳性能，需要对现有加工工艺进行优化，其中最常用的方法就是在加工工序之后加入表面强化工艺。表面强化工艺一般是通过表面的局部大塑性变形，使得表层材料发生晶格扭曲，形成纳米晶/细晶材料，同时使得表面完整性，包括表面残余应力以及表面粗糙度等指标发生变化，从而改善表层材料的抗疲劳性能。
[0003]喷丸强化作为最常用的表面强化工艺之一，通过高速弹珠对材料表面进行冲击，弹珠与表层材料之间的接触区域发生局部大塑性变形，由此在表面形成凹坑，并同时引入的大幅值的残余压应力以及细晶强化层，能够显著提升关键零部件的抗疲劳性能，因此被广泛应用于航空航天以及兵器等领域。但是喷丸强化的同时也会在表面形成弹坑，导致表面粗糙度增加，尤其在低周疲劳条件下，喷丸强化反而会导致零部件的疲劳寿命降低，同时，喷丸强化所需要的设备普遍较为昂贵，严重限制了它的广泛应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的如下问题：(1)喷丸强化导致表面粗糙度升高；(2)喷丸强化设备昂贵、占地面积巨大。本专利技术目的是提供一种激光
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超声喷丸强化装置及方法，通过超声振动驱动弹珠高速运动并冲击试样表面，实现喷丸强化，减小设备占地面积；此外，通过将激光加热装置与喷丸强化装置相复合，在试样表面进行激光加热，再对试样进行超声喷丸，进一步改善喷丸强化效果，更加适用于超高强度材料表面强化。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化装置，包括超声喷丸装置、激光加热装置、激光
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超声喷丸复合强化夹具、工件固定夹具。
[0007]所述超声喷丸装置包括超声波发生器、振动头、变幅杆、弹丸、冲击工具头、冲击外罩和冲击固定盖板。所述超声波发生器所产生的超声波信号通过超声波信号线传递至振动头，使振动头发生超声振动，变幅杆将振动头上的超声振动幅值放大并传递至冲击工具头，带动冲击工具头发生超声振动。冲击工具头的超声振动将能量传递至冲击工具头上的弹丸，并带动弹丸发生高速运动，对冲击工具头上方的工件进行冲击并实现超声喷丸强化。
[0008]所述激光加热装置包括激光发生器、激光振镜和振镜固定支架。所述激光振镜通过振镜固定支架固定于试验平台，并将激光发生器所产生的激光作用于试样表面，达到试样局部高速加热的效果。所述振镜固定支架可以在高度方向进行调节，控制激光振镜与工件之间的距离，从而控制激光加热效果。
[0009]所述激光
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超声喷丸复合强化夹具包括冲击外罩、冲击盖板、工件固定盖板。所述
冲击外罩与冲击工具头间隙配合，与冲击盖板通过螺栓紧密配合，形成超声喷丸强化腔。所述冲击盖板中间预留通孔，弹丸通过中间预留通孔对试样表面进行冲击强化。所述工件固定盖板与工件形成间隙配合，并通过螺栓固定于冲击盖板，工件能够在工件固定盖板内自由转动。
[0010]所述工件固定夹具包括电主轴、卡盘、尾座以及电主轴支架。
[0011]所述电主轴通过电主轴支架固定于试验平台，并通过卡盘将电主轴的旋转运动传递至工件，控制工件的旋转运动。所述电主轴支架能够在高度方向上进行调节，用于调整电主轴位置。所述尾座固定于试验平台，与卡盘配合固定工件的尾端，避免工件出现挠曲。
[0012]本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化方法，基于所述一种激光
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超声喷丸复合强化装置实现。本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化方法为：
[0013]通过固定套筒将超声喷丸强化装置固定于试验平台，并通过超声波信号线将超声喷丸强化装置于超声波发生器相连接，实现冲击工具头的超声振动。将电主轴以及尾座固定于试验平台，调节电主轴支架调整电主轴高度，使其轴心高于超声喷丸强化装置。通过卡盘将工件固定于电主轴上，再次调整电主轴支架使电主轴降低到喷丸强化装置上表面，与尾座配合完成工件的装夹。将相互配合的工件固定盖板与工件配合，并通过螺栓固定于冲击盖板上，工件、工件固定盖板、冲击盖板、冲击外罩与冲击工具头之间形成超声喷丸强化腔，弹丸在冲击工具头的作用下发生高速运动，并冲击工件表面，实现表面强化。将激光振镜固定于振镜支架，并通过振镜支架调整激光振镜的位置，使振镜发出的激光照射在工件上表面，并连接激光振镜与激光发生器。
[0014]开启电主轴，使工件发生旋转运动，而后打开超声发生器，启动超声喷丸强化装置，最后开启激光加热装置，对试样表面进行激光加热，再对试样进行超声喷丸，实现激光
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超声喷丸复合强化。
[0015]有益效果：
[0016]1、本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化装置及方法，将超声喷丸与激光加热两种工艺复合，提高超声喷丸强化效果，更加适用于难加工材料的表面强化。
[0017]2、本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化装置及方法，相对于传统喷丸强化工艺，采用工件固定盖板与工件配合，适用于变直径棒形试样的复合强化，实现难加工材料的表面强化所需成本更低、占地面积更小、表面强化效率更高。
附图说明
[0018]图1为本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化工艺装置及方法装置示意图；
[0019]图2为本专利技术公开的一种激光
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超声喷丸复合强化工艺装置及方法工作示意图；
[0020]图3为本专利技术公开的超声喷丸强化装置示意图；
[0021]图4为本专利技术公开的工件固定夹具示意图；
[0022]图5为本专利技术公开的激光
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超声喷丸复合强化夹具示意图；
[0023]图6为本专利技术公开的工件固定盖板工作示意图；
[0024]图7为本专利技术公开的试样工件尺寸的二维图；
[0025]其中：1—试验平台、2—固定珐琅盘、3—变幅杆、4—固定套筒、5—振动头、6—冲击工具头、7—电主轴、8—尾座、9—顶尖、10—尾座轴、11—冲击外罩、12—冲击盖板、13—
工件固定盖板、14—试样工件、15—激光振镜、16—超声波发生器、17—激光发生器、18—电主轴支架、19—激光振镜固定支架、20—卡盘。
具体实施方式
[0026]下面结合附图即具体实施例对本专利技术作进一步阐述。
[0027]如图1所示，本实施例公开的一种激光
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超声喷丸复合强化工艺装置，包括超声喷丸装置、激光加热装置、激光
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超声喷丸复合强化夹具、工件固定夹具以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
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超声喷丸复合强化装置，其特征在于：包括超声喷丸装置、激光加热装置、激光
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超声喷丸复合强化夹具、工件固定夹具；所述超声喷丸装置包括超声波发生器、振动头、变幅杆、弹丸、冲击工具头、冲击外罩和冲击固定盖板；所述超声波发生器所产生的超声波信号通过超声波信号线传递至振动头，使振动头发生超声振动，变幅杆将振动头上的超声振动幅值放大并传递至冲击工具头，带动冲击工具头发生超声振动；冲击工具头的超声振动将能量传递至冲击工具头上的弹丸，并带动弹丸发生高速运动，对冲击工具头上方的工件进行冲击并实现超声喷丸强化；所述激光加热装置包括激光发生器、激光振镜和振镜固定支架；所述激光振镜通过振镜固定支架固定于试验平台，并将激光发生器所产生的激光作用于试样表面，达到试样局部高速加热的效果；所述振镜固定支架可以在高度方向进行调节，控制激光振镜与工件之间的距离，从而控制激光加热效果；所述激光
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超声喷丸复合强化夹具包括冲击外罩、冲击盖板、工件固定盖板；所述冲击外罩与冲击工具头间隙配合，与冲击盖板通过螺栓紧密配合，形成超声喷丸强化腔；所述冲击盖板中间预留通孔，弹丸通过中间预留通孔对试样表面进行冲击强化；所述工件固定盖板与工件形成间隙配合，并通过螺栓固定于冲击盖板，工件能够在工件固定盖板内自由转动；所述工件固定夹具包括电主轴、卡盘、尾座以及电主轴支架；所述电主轴通过电主轴支架固定于试验平台，并通过卡盘将电主轴的旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：解丽静，孙婷，高飞农，宋博文，姜佳明，刘桐语，王西彬，焦黎，梁志强，刘志兵，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：