[發明專利]一種錐壓與激光沖擊相結合的小孔強化方法

有效

• 申請號: 201210585709.3
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103014276A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 姜銀方;程志軍;姜文帆;王春輝;金華;丁報
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D7/04
• 分類號: C21D7/04;C21D1/09
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于零件表面強化技術領域，涉及零件表面的激光噴丸強化與壓入處理，提供了一種錐壓與激光沖擊相結合的小孔強化方法。

背景技術

在航空航天等領域的機械結構中，孔在機械連接機構占有重要地位。一般而言，孔往往是整個零件的應力集中部位。零部件往往都是從孔位置開始發生失效而導致整個零件的報廢。換言之，由于孔本身的壽命從而降低整個零部件的使用壽命。因此，急待有效的小孔強化工藝，目的就是為了改善帶孔零部件的機械性能，從而在使用的過程中能夠更加安全更加可靠有更長的疲勞壽命。

在王玉梅的深孔滾壓工藝參數及復合滾壓工具的研究中可知，目前國內外孔的強化主要采用機械噴丸和滾壓兩種強化工藝方法。傳統采用機械噴丸的方法對孔壁進行強化，即在孔內設置一帶有錐角的反射裝置，將高速運動噴丸噴射到反射裝置上，使彈丸與空內壁發生撞擊，從而起到強化的效果。但是這種強化方法受到孔尺寸的限制，當孔徑小到一定程度的時候就無法或者很難實現，且噴丸強化后厚度方向的應力分布也不均勻。

在陳潔的專利?CN?102205488A?中敘述了一種開縫襯套冷擠壓加工孔的辦法，其原理是將開縫襯套裝在一根具有過盈量的錐形擠壓棒上，使擠壓芯棒強行通過零件內孔，擠壓力通過開縫襯套均勻傳遞到零件的內孔壁上，使內孔的周圍產生殘余壓應力，但是在擠壓過程中極易斷棒，一旦斷棒，其折斷的芯棒極難從零件中取出，開縫襯套是消耗性工藝襯套，每擠一個孔就要扔掉一個開縫襯套，每根擠壓芯棒二百多美元，小直徑開縫襯套每個1～2美元，費用巨大難以承受，生產成本太大難以接受。

在專利CN?101024862A中敘述了一種基于激光沖擊波技術孔壁的強化方法和裝置，該專利主要是在現有的孔內安裝反射錐的錐面上涂上能量吸收層材料，再進行激光沖擊強化，且能得到均勻的強化層，但是針對小孔，特別是直徑在3mm以下的小孔，該強化方法的使用受到限制，強化效果難以得到保證。

在專利CN?101126117A中敘述了一種孔結構的激光沖擊處理方法，其實施方法為在激光沖擊強化之前將芯棒或襯套放置于孔內，芯棒或者襯套與處理孔表面平齊，完成激光沖擊強化后去除芯棒或者襯套，該專利的特點是先開孔后強化，加入芯棒或者是襯套是為了保證孔口位置激光沖擊強化后不變形，保證強化后孔口的質量，但是采用這種強化方法很可能在激光沖擊強化后，芯棒或者襯套很難從小孔中取出或者是無法取出，也很容易對小孔造成傷害。

在專利CN?102517423A中敘述了一種小孔強化方法，其實施方法是先用大光斑大能量的激光對金屬板件待開孔表面進行沖擊強化，使金屬板件沿厚度方向較深處產生殘余壓應力，再用小光斑小能量的激光對金屬板件待開孔位置四周的表面進行二次沖擊強化，使金屬板件表面產生較好的殘余壓應力，最后進行打孔，這種方法避免了先開孔后進行激光沖擊強化而產生的孔端面質量不高的問題，但是當板件厚度較大時，該方法還不能保證孔壁整個厚度方向上都是壓應力，較難得到理想的壓應力效果。

因此，開發一種新的小孔強化工藝，保證孔壁沿厚度方向上均為壓應力具有深遠的意義，在本發明中結合激光沖擊強化與機械壓入的方法，能夠有效的保證待加工孔位置厚度方向上均為壓應力，且壓應力較為均勻，經對國內外現有文獻的檢索結果發現，目前國內外還沒有與本發明方法類似的研究報導。

發明內容

本發明提供了一種錐壓與激光沖擊相結合的小孔強化方法，目的是為了保證強化后孔壁沿厚度方向上均為壓應力，同時該工藝也適應于較厚的板料類零件、僅單面便于激光沖擊強化的板料類零件為小孔的強化提供了一種新的思路。

對現有的小孔強化工藝進行檢索，沒有檢索到類似的強化工藝方法，本發明的具體步驟如下：

A）對板料/工件（4）進行清潔表面處理，保持表面的清潔平整，無脂類等殘留物；

B）在板料/工件（4）待加工小孔及周圍表面貼上能量吸收層（3）和約束層（2）；

C）將板料/工件（4）放置于激光器的工作臺上且定位，對板料/工件（4）待加工小孔及周圍進行單面激光沖擊強化；

D）板料/工件（4）完成激光沖擊強化后用錐形壓頭（5）從沒有進行激光沖擊強化的一面壓入板料/工件（4）的小孔待加工位置；

E）在板料/工件（4）預定位置加工小孔；

F）加工完成后對板料/工件（4）進行后處理。

上述步驟C）和D）可先后順序對調，并且抽出錐形壓頭或不抽出錐形壓頭（5）后，對板料/工件（4）待加工小孔及周圍進行單面或兩面激光沖擊強化。