[发明专利]一种水下激光空化强化轴套的装置及其强化方法

说明书

技术领域

本发明属于轴套表面强化处理技术，特指一种水下激光空化强化轴套的装置及方法。

背景技术

轴套作为转轴上的一个重要零部件，其使用的范围非常广泛。最常见的损坏原因是因为在长期的工作过程中，由于受到挤压以及与转轴之间的摩擦，导致轴套出现磨损、塑性形变，使用寿命变短。但是轴套的价值较大，目前的修复方法成本较高，因此很有必要对轴套的表面进行强化处理，提高轴套的耐磨性和疲劳寿命。

激光空化强化是利用空泡溃灭的时候所产生的微射流进行表面强化，是一种新型的表面强化技术。与传统的喷丸处理方法相比较具有效率更高，无污染等优点。已有研究表明，当激光诱导空泡泡心到靶材的距离与空泡的最大半径的比值在一定的范围内的时候空泡溃灭将不会产生空蚀现象，相反溃灭产生的微射流和冲击波反而能够对材料表面起到强化作用。利用微射流对材料表面的强化处理原理与喷丸处理类似，但是研究发现在相同的加工条件下，通过空化强化的材料的疲劳寿命明显比通过一般喷丸处理的材料长。

发明内容

本发明提出了一种水下激光空化强化轴套表面的装置与方法，对轴套的内壁进行表面强化处理，提高内表面的残余压应力，减少加工的能耗。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种水下激光空化强化轴套的装置，包括激光发生系统和工件加工系统，所述工件加工系统包括加工池，所述加工池内设有基座和工作台，所述基座内设有二维导轨，所述工作台在二维导轨的作用下整体调节定位；所述工作台下端设有第一升降台，所述第一升降台用来带动所述工作台整体上下运动，所述工作台上端台面上设有第二升降台，所述第二升降台侧面安装有传动箱，所述传动箱上方依次安装有三爪卡盘手柄和三爪卡盘，所述第二升降台用来带动所述传动箱、所述三爪卡盘手柄和所述三爪卡盘整体上下运动。

上述方案中，所述第一升降台、所述工作台、所述第二升降台和所述传动箱均与控制器连接。

上述方案中，还包括蓄水池、第一电泵和第二电泵，所述第一电泵与加工池的出水口以及蓄水池相连；所述第二电泵与加工池的进水口以及蓄水池相连。

上述方案中，所述激光发生系统依次由高功率脉冲激光发生装置、扩束装置、全反镜和激光加工头连接而成。

上述方案中，所述高功率脉冲激光发生装置、所述第一电泵和所述第二电泵均与计算机连接。

上述方案中，所述激光加工头由锥透镜、凸透镜、窗口镜、窗口镜和反射镜组成；所述激光加工头是一个长方体装置，四个侧面均有一个与窗口镜等高的窗口镜，所述窗口镜材料为K9玻璃，表面贴有一层增透膜；所述的反射镜是一个四棱锥，四个反射面与底面夹角为

本发明还提供了一种水下激光空化强化轴套的方法，包含以下步骤：A.预处理轴套工件：用无水乙醇清洗轴套工件表面，去除表面油污；B.轴套工件的定位夹紧：用三爪卡盘将预处理过的工件夹紧，使工件在加工过程中不出现松动；C.通过调节工作台使激光加工头位于轴套工件的正上方，调节第二升降台使传动箱位于第二升降台的最低端，调节第一升降台使激光聚焦点所在平面与工件的上边缘所在平面重合；D.向加工池中注入水溶液至水面超过轴套工件上表面；E.打开高功率脉冲激光发生装置，通过计算机调节入射激光的参数，诱导产生空泡，同时控制传动箱和第二升降台，使整个工件螺旋式上升、下降对轴套进行空化强化；F.关闭所有装置，将经过处理的轴套工件取下，用无水乙醇将内壁清洗干净。

上述方案中，向加工池中注入水溶液超出轴套工件上表面的高度为1.5倍轴套工件的高度。

上述方案中，第二升降台上轴套工件的上升速度为mm/min(I为轴套工件的内径)，传动箱控制转速为280～320mm/min，上升一个轴套工件高度后，第二升降台上轴套工件开始下降，下降速度为mm/min(I为轴套工件的内径)，每次改变竖直加工方向之前，工件保持高度不变顺时针旋转rad(I为工件的内径，单位为毫米)，然后继续加工如此循环直至完成整个轴套内壁的加工。

上述方案中，高功率脉冲激光发生装置的激光参数：激光波长1064nm，激光能量200mJ，光斑直径5mm，脉冲宽度8ns，频率10Hz。

本发明方法的优点:1.经过空化强化处理后，轴套内壁产生残余压应力，疲劳寿命明显得到延长，改善了轴套的耐磨性。2.与一般的喷丸处理相比强化效果更加明显，加工过程更加环保没有污染。3.通过对激光加工头的改进，从而实现四个激光聚焦点同时加工，缩短加工周期，极大地提高了生产效率。

附图说明

图1本发明装置的结构原理图。