[发明专利]一种变直径工件连续激光毛化方法

说明书

本发明属于激光毛化技术领域，针对现有技术中存在的加工效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种变直径工件连续激光毛化方法，包括：在变直径工件的中心水平面建立基坐标系及动坐标系；根据母线向线密度及母线方程获得各条螺旋线起点和终点的基坐标及切向角；根据聚焦光束中心线与工件母线的夹角、圆周向线密度、微坑运动速率、基坐标及切向角获得各条螺旋线起点和终点对应的动坐标及转速，获得各条螺旋线包含的微坑数量；按各螺旋线的顺序及毛化方法依次对变直径工件进行毛化。本发明与现有的变直径工件步进激光毛化方法相比，加工效率更高。

技术领域

本发明属于激光毛化领域，具体涉及一种变直径工件连续激光毛化方法，适用于冷轧辊激光毛化、钢管内壁激光毛化等领域。

背景技术

激光毛化技术就是通过脉冲激光在磨光工件表面的作用，产生大量微坑，形成特殊形貌的技术。激光毛化技术最初用于冷轧轧辊的表面处理，可生产优质的毛化钢板。

一般的毛化方法，如专利《轧辊表面激光毛化处理方法》(200910115940.4)，毛化时工件的转速与聚焦头的移速都保持不变，为了毛化的一致性，即毛化微坑形状、运动速率和面密度(单位面积的微坑数)和线密度(单位长度的微坑数)基本一致，要求工件的直径变化不大。

随着激光毛化技术应用领域的扩大，对凸度辊、S形辊、螺纹辊、钢管内壁等变直径工件的毛化提出了需求。专利《一种变直径工件步进激光毛化方法》(201911300424.9)，对于变直径工件，可产生一致的微坑形状、运动速率、面密度和线密度，从而能保证激光毛化的一致性；也可产生可变的微坑形状、运动速率、面密度和线密度，从而获得有变化的激光毛化形貌特征，以适应多样的需求。

专利《一种变直径工件步进激光毛化方法》的不足是加工效率较低。其原因是：步进毛化将毛化过程分解为密排同心圆的毛化，微坑的轨迹线为密排的同心圆，毛化过程包含了大量的用于调整工件转速、聚焦头的位置与方向等的步进时间。因此，如何研发一种变直径工件连续激光毛化方法，提高加工效率具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的加工效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种变直径工件连续激光毛化方法。

本发明采取的技术方案为：

一种变直径工件连续激光毛化方法，具体包括如下步骤：

(1)在变直径工件的中心水平面建立基坐标系及动坐标系；

(2)根据母线方向的线密度及母线方程获得各条螺旋线起点和终点的基坐标及切向角；

(3)根据聚焦光束中心线与工件母线的夹角、圆周方向的线密度、微坑运动速率、基坐标及切向角获得各条螺旋线起点和终点对应的动坐标及转速，获得各条螺旋线包含的微坑数量；

(4)按各螺旋线的顺序及毛化轨迹依次对变直径工件进行毛化。

进一步的，所述毛化螺旋线起点为P，其基坐标为(z,x),毛化螺旋线起点P的切向角为w，毛化的起点为Ps，毛化的终点为Pe，旋转轴W’的支点为P’，旋转角为w’，其动坐标为(z’,x’,w’)，聚焦光束中心线与工件母线的夹角为90°-w+w’。

变直径工件的母线方程为F(z,x)＝0，式中，(z,x)为基坐标，z为所述变直径工件的母线在基坐标系中的轴线方向的坐标，x为所述变直径工件的母线在基坐标系的直径方向的坐标；切向角是母线某点切线与轴线方向的夹角。

毛化螺旋线起点P对应的直径D为2x，微坑运动速率为v时其对应的转速n为60v/(Dπ)，微坑圆周向线密度为Qy时其对应螺旋线包含的毛化微坑数量m为Dπ*Qy；微坑母线向线密度为Qm时其对应螺旋线与下一条螺旋线起点的轴向间距j为cos(w’)/Qm。

进一步的，所述螺旋线为一条由多条短螺旋线对应一个圆周组成的长螺旋线。