[发明专利]一种渐进式激光冲击波抛光方法

说明书

本发明公开一种渐进式激光冲击波抛光方法及其装置，实施该方法的结构包括高能脉冲激光、约束层、激光冲击波、吸收层、刚性接触膜、微凸起、微凹坑和金属工件。其步骤是：采用优化的参数对表面进行第一次激光冲击波抛光，使微凹坑的最低点上升量最大，然后依次降低激光功率密度进行八次激光冲击波抛光，可以使微凸起逐渐被被刚性接触膜碾压熨平，降低金属工件表面的粗糙度，获得抛光效果，同时保证被处理表面的面型精度。本发明可应用于金属表面自由曲面的抛光处理。

技术领域

本发明涉及特种加工领域，具体涉及一种渐进式激光冲击波抛光方法。

背景技术

抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。

现有技术中，机械抛光只能对规则表面进行抛光处理；化学抛光和电化学抛光耗时长、效率低；中国专利201410250823.X“一种基于激光冲击波的抛光方法及装置”提出通过控制激光冲击波的峰值压力介于金属工件的动态屈服强度和雨贡纽极限HEL之间，通过多次冲击来熨平金属工件表面的微凸起，从而降低金属工件的表面粗糙度，该专利采用同一功率密度多次碾压的方法实现表面粗糙度的降低，没有考虑激光冲击波在金属表面微凸起中的衰减，因此抛光效率低，无法获得较好的抛光效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渐进式激光冲击波抛光方法及装置,以改善利用激光冲击波抛光金属工件中效率低、效果差的缺点。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种渐进式激光冲击波抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，通过实验，确定金属工件被处理表面的微凸起发生塑性变形时的高能脉冲激光的临界功率密度P0，确定金属工件被处理表面微凹坑最低点突起量最大时对应的高能脉冲激光的临界功率密度P1。

P0和P1的确定方法：从1×10⁹GW/cm²的激光功率密度开始，以1×10⁸GW/cm²为增量，逐次进行激光冲击波抛光，并以表面形貌仪测量抛光区域的峰谷值Pv2，当Pv2开始减小时，记录下此时的激光功率密度，记为P0。从P0开始，继续以1×10⁸GW/cm²为增量，逐次进行激光冲击波抛光，并以为测量表面为基准，测量峰谷值Pv2，Pv2值的变化趋势是先减少后增大，当Pv2到达极小值时，记录下此时的激光功率密度，记为P1。

步骤二，高能脉冲激光以功率密度P1对金属工件被处理表面进行第一次激光冲击波抛光。

步骤三，高能脉冲激光以功率密度P1-0.1*(P1-P0)*n(n＝1,2,3,…，8)对金属工件(8)被处理表面进行第n次激光冲击波抛光。

步骤四，高能脉冲激光对金属工件被处理表面进行9次递减功率密度激光冲击波抛光后，抛光过程结束。

所述的高能脉冲激光透过约束层作用于吸收层的上表面，产生高压冲击波；微凸起和微凹坑是工件材的表面形貌，约束层、吸收层、刚性接触膜从上至下依次覆盖在金属工件的表面上。

所述的刚性接触膜厚度为50～150μm，硬度高于金属工件的硬度；刚性接触膜的下表面经抛光处理。

所述的高能脉冲激光(1)的脉宽范围为1～30ns，功率密度范围为10⁹～10¹⁰GW/cm²。