[发明专利]针对晶格点阵结构的逐层填充同步激光冲击强化的方法

说明书

本发明涉及激光冲击强化加工领域，具体涉及针对晶格点阵结构的逐层填充同步激光冲击强化的方法。通过在冲击强化处理过程中，向晶格点阵结构件的空隙间逐层均匀注入环氧树脂填充物，在树脂凝固成形后，对该层进行冲击强化处理。重复上述工序，直至完成整个点阵构件的冲击强化处理。在整个冲击完成后使用特定的溶液对间隙中填充的环氧树脂进行溶解，恢复构件的点阵结构特征，本方法解决对点阵结构进行激光冲击强化时节点间连杆易变形问题，有利于优化对晶格点阵结构的强化效果，提高晶格点阵结构的整体强度。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化加工领域，具体涉及针对晶格点阵结构的逐层填充同步激光冲击强化的方法。

背景技术

金属点阵结构作为一种具有高设计灵活性的周期性多孔结构，具有轻质高强、高能量吸收和吸声减震等特殊性能，在航空航天领域的材料轻量化方面具有广泛的应用前景。但轻量化后选择性激光熔化技术成形点阵结构的的拉伸、压缩性能无法满足航空构件的承载要求，需对轻量化后点阵结构进行强化处理。

激光冲击强化技术是一种应用于表面工程领域的加工工艺，具有高压，高能和超高应变率等特点。其利用强激光束产生的等离子冲击波作用于金属表面在材料表层形成密集、稳定的位错结构并在材料表面获得较高的残余压应力，显著的提高材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能。具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。

点阵晶格结构存在节点处应力集中的问题，在受荷载时，主要的失效模式是杆件的失稳，在激光冲击过程中，由于点阵晶格结构的失效模式，可能影响冲击工艺的进行。因此需对现有的金属点阵结构激光冲击强化加工进行改进。

发明内容

为了解决这些问题，针对点阵结构的激光表面处理，本发明提供一种针对晶格点阵结构的逐层填充同步激光冲击强化的方法，通过在冲击强化处理过程中，向晶格点阵结构件的空隙间逐层均匀注入环氧树脂填充物，在树脂凝固成形后，对该层进行冲击强化处理。重复上述工序，直至完成整个点阵构件的冲击强化处理。在整个冲击完成后使用特定的溶液对间隙中填充的环氧树脂进行溶解，恢复构件的点阵结构特征，本方法解决对点阵结构进行激光冲击强化时节点间连杆易变形问题，有利于优化对晶格点阵结构的强化效果，提高晶格点阵结构的整体强度。

本发明采用的技术方案，其具体步骤如下：

(1)将待加工的晶格点阵结构件固定在工作台上，测得晶格点阵结构的整体高度H，连杆直径D及相互平行的相邻连杆之间的距离h,晶格点阵结构的层数为n，加工强化时，将晶格点阵结构沿高度方向分为N层。其中，晶格点阵结构的整体高度H，连杆直径D及相互平行的相邻连杆之间的距离h,晶格点阵结构的层数为n，加工层数N之间满足关系：N＝2[H-D×(n+1)]/h。

(2)将制备好的液态环氧树脂注入晶格点阵结构件中，从最底层开始填充，使填充层的厚度为D，且满足D＝0.5h，h为相互平行的相邻连杆之间的距离，并冷却至室温。

(3)填充树脂凝固后，对晶格点阵结构件表面进行打磨，使表面平整，使表面粗糙度为Ra 0.05；

(4)对填充后的部分进行激光冲击强化处理，激光冲击强化的激光入射角度始终保持与连杆的切线相垂直，工艺参数为：激光能量为6J，光斑搭接率为50％。

(5)再对倒数第二层进行填充，使填充层的厚度为D，且满足D＝0.5h，h为相互平行的相邻连杆之间的距离，并冷却至室温，重复步骤(3)-(4),以此类推，完成整个构件的逐层填充同步激光冲击强化。

(6)整个激光冲击强化过程完成后，将构件浸入丙酮溶液中，去除间隙填充的环氧树脂。

与现有技术相比，本发明通过对点阵晶格结构件的支柱空隙进行填充，从而在激光冲击处理时对结构起到支撑作用，改善冲击时晶格节点处应力集中造成的构件失稳现象，提高激光冲击强化效果。

附图说明