[发明专利]一种超声辅助激光喷丸复合强化的设备及方法

说明书

本发明属于激光喷丸复合强化领域，提供一种超声辅助激光喷丸复合强化的设备及方法。其可至少部分解决现有的超声冲击装置难以激光喷丸装置随动的问题。本发明的超声辅助激光喷丸复合强化的设备，包括激光喷丸装置、超声装置、旋转机构、传动装置、可调机械平台，所述传动机构包括依次连接的蜗轮蜗杆传动装置、皮带轮传动装置、凸型轴、齿轮传动装置，所述蜗轮蜗杆装置安装在所述下底板上，所述蜗轮蜗杆传动装置的输入轴与电机连接，所述旋转机构与所述齿轮传动装置连接，所述旋转机构上安装有所述激光喷丸装置和所述超声装置，所述齿轮传动装置能够带动旋转机构转动。

技术领域

本发明属于激光喷丸复合强化领域，特别涉及一种超声辅助激光喷丸复合强化的设备及方法。

背景技术

激光喷丸技术利用纳秒脉冲激光与材料相互作用产生的冲击波，实现金属材料表面强化与成形加工。但激光诱导冲击波冲击金属材料表面时，会形成干扰波，导致冲击边缘区域产生反向塑性变形，材料表面粗糙度随之降低，不能得到有效的强化，并且激光束诱导的冲击波压力作用时间短，导致零件表面残余压应力幅值低、晶粒细化程度低，强化/成形效果及其可控性较差。超声辅助形变强化技术可以在更低形变载荷条件下有效提高材料的屈服强度和拉伸强度，并且该技术成熟且价格低廉，在激光加工技术中得到了广泛应用。

中国发明专利申请CN108796206A公开了一种激光冲击和超声振动的复合曲面强化装置及方法，该方法采用中空的超声装置能量不集中，无法修复激光喷丸对工件表面产生的粗糙度，且激光束需要贯穿超声冲击装置，这对超声装置的制造提出了很高的精度要求，激光光路难以调节，加工效率低下。中国发明专利申请CN110512071A提出了一种中空激光冲击和超声协同强化抗疲劳装置及加工方法，但激光诱导的冲击波能量由圆形光斑的中心处向外扩散并逐渐减弱，该发明在激光喷丸过程中，圆形光斑的中心落在了超声冲击头上，激光喷丸的作用大幅度降低，这使得激光喷丸的效果不佳，无法改善激光冲击波压力幅值低，并且对超声冲击头造成一定损坏，没有实现激光冲击波与超声冲击波的有效复合。

发明内容

本发明的目的是针对上述强化技术的缺陷，提供了一种超声辅助激光喷丸复合强化设备及方法，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。

第一方面，本发明实施例提供一种超声辅助激光喷丸复合强化的设备，包括激光喷丸装置、超声装置、旋转机构、传动装置、可调机械平台，所述可调机械平台包括下底板、上平台、连接在下底板和上平台之间的液压柱，所述可调机械平台上安装有所述传动装置，所述传动机构包括依次连接的蜗轮蜗杆传动装置、皮带轮传动装置、凸型轴、齿轮传动装置，所述蜗轮蜗杆装置安装在所述下底板上，所述蜗轮蜗杆传动装置的输入轴与电机连接，所述旋转机构与所述齿轮传动装置连接，所述旋转机构上安装有所述激光喷丸装置和所述超声装置，所述齿轮传动装置能够带动旋转机构转动。

可选地，所述旋转机构包括十字转向轴、转向支承座、转向盘，所述十字转向轴的一端安装在所述齿轮传动装置输出端的十字型孔内，所述十字转向轴的另一端与所述转向盘的十字型孔连接，所述十字转向轴的中部安装在所述转向支撑座的十字型孔内。

可选地，所述旋转机构还包括蓄水环，所述蓄水环安装在转向支撑座的一端，所述蓄水环内部设置有第一环形水路，所述转向盘的内部设置有第二环形水路，所述第一环形水路与第二环形水路连通，所述蓄水环上设置有第一进水孔，所述第一进水孔与第一进水管相连。

可选地，所述激光喷丸装置包括光路通道、至少两个滑动装置、水枪、激光头，所述十字转向轴设置有中心孔，所述光路通道固定安装在所述十字转向轴的内部的通孔内，所述激光头安装在所述光路通道的一端；所述转向盘上设置有至少两个滑道，至少两个所述滑动装置安装在所述滑道上，所述水枪和所述超声装置分别安装在两个相对的所述滑动装置上，所述水枪上设置有第二进水孔，所述第二进水孔通过水管与所述转向盘的出水孔连接。

可选地，所述光路通道的两端通过内置轴承固定在所述十字转向轴内部。