[发明专利]一种锥压与激光冲击相结合的小孔强化方法

说明书

技术领域

本发明属于零件表面强化技术领域，涉及零件表面的激光喷丸强化与压入处理，提供了一种锥压与激光冲击相结合的小孔强化方法。

背景技术

在航空航天等领域的机械结构中，孔在机械连接机构占有重要地位。一般而言，孔往往是整个零件的应力集中部位。零部件往往都是从孔位置开始发生失效而导致整个零件的报废。换言之，由于孔本身的寿命从而降低整个零部件的使用寿命。因此，急待有效的小孔强化工艺，目的就是为了改善带孔零部件的机械性能，从而在使用的过程中能够更加安全更加可靠有更长的疲劳寿命。

在王玉梅的深孔滚压工艺参数及复合滚压工具的研究中可知，目前国内外孔的强化主要采用机械喷丸和滚压两种强化工艺方法。传统采用机械喷丸的方法对孔壁进行强化，即在孔内设置一带有锥角的反射装置，将高速运动喷丸喷射到反射装置上，使弹丸与空内壁发生撞击，从而起到强化的效果。但是这种强化方法受到孔尺寸的限制，当孔径小到一定程度的时候就无法或者很难实现，且喷丸强化后厚度方向的应力分布也不均匀。

在陈洁的专利 CN 102205488A 中叙述了一种开缝衬套冷挤压加工孔的办法，其原理是将开缝衬套装在一根具有过盈量的锥形挤压棒上，使挤压芯棒强行通过零件内孔，挤压力通过开缝衬套均匀传递到零件的内孔壁上，使内孔的周围产生残余压应力，但是在挤压过程中极易断棒，一旦断棒，其折断的芯棒极难从零件中取出，开缝衬套是消耗性工艺衬套，每挤一个孔就要扔掉一个开缝衬套，每根挤压芯棒二百多美元，小直径开缝衬套每个1～2美元，费用巨大难以承受，生产成本太大难以接受。

在专利CN 101024862A中叙述了一种基于激光冲击波技术孔壁的强化方法和装置，该专利主要是在现有的孔内安装反射锥的锥面上涂上能量吸收层材料，再进行激光冲击强化，且能得到均匀的强化层，但是针对小孔，特别是直径在3mm以下的小孔，该强化方法的使用受到限制，强化效果难以得到保证。

在专利CN 101126117A中叙述了一种孔结构的激光冲击处理方法，其实施方法为在激光冲击强化之前将芯棒或衬套放置于孔内，芯棒或者衬套与处理孔表面平齐，完成激光冲击强化后去除芯棒或者衬套，该专利的特点是先开孔后强化，加入芯棒或者是衬套是为了保证孔口位置激光冲击强化后不变形，保证强化后孔口的质量，但是采用这种强化方法很可能在激光冲击强化后，芯棒或者衬套很难从小孔中取出或者是无法取出，也很容易对小孔造成伤害。

在专利CN 102517423A中叙述了一种小孔强化方法，其实施方法是先用大光斑大能量的激光对金属板件待开孔表面进行冲击强化，使金属板件沿厚度方向较深处产生残余压应力，再用小光斑小能量的激光对金属板件待开孔位置四周的表面进行二次冲击强化，使金属板件表面产生较好的残余压应力，最后进行打孔，这种方法避免了先开孔后进行激光冲击强化而产生的孔端面质量不高的问题，但是当板件厚度较大时，该方法还不能保证孔壁整个厚度方向上都是压应力，较难得到理想的压应力效果。

因此，开发一种新的小孔强化工艺，保证孔壁沿厚度方向上均为压应力具有深远的意义，在本发明中结合激光冲击强化与机械压入的方法，能够有效的保证待加工孔位置厚度方向上均为压应力，且压应力较为均匀，经对国内外现有文献的检索结果发现，目前国内外还没有与本发明方法类似的研究报导。

发明内容

本发明提供了一种锥压与激光冲击相结合的小孔强化方法，目的是为了保证强化后孔壁沿厚度方向上均为压应力，同时该工艺也适应于较厚的板料类零件、仅单面便于激光冲击强化的板料类零件为小孔的强化提供了一种新的思路。

对现有的小孔强化工艺进行检索，没有检索到类似的强化工艺方法，本发明的具体步骤如下：

A）对板料/工件（4）进行清洁表面处理，保持表面的清洁平整，无脂类等残留物；

B）在板料/工件（4）待加工小孔及周围表面贴上能量吸收层（3）和约束层（2）；

C）将板料/工件（4）放置于激光器的工作台上且定位，对板料/工件（4）待加工小孔及周围进行单面激光冲击强化；

D）板料/工件（4）完成激光冲击强化后用锥形压头（5）从没有进行激光冲击强化的一面压入板料/工件（4）的小孔待加工位置；

E）在板料/工件（4）预定位置加工小孔；

F）加工完成后对板料/工件（4）进行后处理。

上述步骤C）和D）可先后顺序对调，并且抽出锥形压头或不抽出锥形压头（5）后，对板料/工件（4）待加工小孔及周围进行单面或两面激光冲击强化。