[發明專利]一種激光誘導空泡強化泵閥芯的裝置和方法

有效

• 申請號: 201610418500.6
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN106086319B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 何浩;任旭東;袁壽其;佟艷群;周睿
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種激光誘導空泡強化泵閥芯的裝置和方法，屬于泵閥芯表面強化技術，用于實現激光誘導空泡對閥芯工件進行高效率的強化加工。

背景技術

長期以來，隨著液壓技術的高壓、大流量和小型化的發展，液壓元件極易發生空蝕現象，而這種現象，如果控制不好，就會對液壓元件固體壁面產生嚴重的破壞。而閥芯作為液壓泵中最為重要的元件，其性能的好壞關系到液壓元件的工作壽命和效率。

激光誘導空化強化是一種綠色強化技術，可以提高閥芯材料表面的力學性能，大幅度提高閥芯的強度、疲勞壽命以及抗空蝕性能。利用激光誘導空化強化技術可以避免材料產生宏觀變形，最大尺度的保證閥芯的精度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過激光誘導產生空泡從而對高精度泵閥芯表面強化加工的裝置及其方法。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種激光誘導空泡強化泵閥芯的裝置，包括激光發生系統、水槽、三維移動平臺和液體泵，所述激光發生系統位于所述水槽的上方，所述水槽位于所述三維移動平臺上，所述液體泵用來向所述水槽內循環輸入液體；所述水槽內設有第一步進電機，所述第一步進電機輸出端連接有支座，所述支座上對稱設有第二步進電機和第三步進電機，所述第二步進電機和所述第三步進電機上分別安裝有閥芯工件。

上述方案中，所述第二步進電機和所述第三步進電機的輸出端安裝有固定螺栓，所述閥芯工件穿過所述固定螺栓后，通過彈簧墊圈和螺母進行固定。

上述方案中，所述激光發生系統依次由激光控制器、激光激光器、擴束鏡、全反鏡和聚焦透鏡連接而成。

上述方案中，所述第一步進電機、所述第二步進電機和所述第三步進電機均與控制驅動器連接，所述三維移動平臺與數字控制器連接，所述控制驅動器、所述液體泵、所述激光控制器和所述數字控制器均與計算機連接。

上述方案中，所述水槽上端通過進水管與所述液體泵連接，所述水槽下端通過出水管與液體箱連接。

本發明還提供了一種激光誘導空泡強化泵閥芯的方法，包括如下步驟：

步驟一：將兩個閥芯工件分別安裝在第二步進電機和第三步進電機輸出端的固定螺栓上，并用彈簧墊圈和螺母分別進行固定；

步驟二：打開液體泵，使液體進入水槽并漫過閥芯工件，調節液體泵流量，保持水槽中液體的容量；

步驟三：打開激光發生系統并調節三維移動平臺，使得激光發生系統發出的激光聚焦點位于其中一個閥芯工件表面上方的液體中，誘導產生空泡開始進行強化加工處理；

步驟四：當其中一個閥芯工件加工完成時，第一步進電機旋轉180°，使另外一個閥芯工件進入正確的工位繼續進行強化加工，直至兩個閥芯工件均完成強化處理。

進一步地，步驟一中，安裝兩個閥芯工件之前，先清洗閥芯工件，并擦拭干凈，在兩個閥芯工件外圈粘貼一層黑色膠帶；步驟四中，兩個閥芯工件完成強化處理后，取出閥芯工件，清除表面黑膠帶并將其擦拭干凈。

進一步地，所述第二步進電機和所述第三步進電機基本步距角均為1.8°/步，當第二步進電機或第三步進電機旋轉一周后，三維移動平臺向水平方向平移一段距離，直至完成一個閥芯工件所有表面的加工。

進一步地，步驟三中，激光聚焦點位于閥芯工件表面上方1.5mm處；三維移動平臺向水平方向平移2mm。

進一步地，激光發生系統的激光能量100mJ～2J，波長1064nm，脈寬10ns，光斑直徑2mm，沖擊頻率5Hz。

本發明的具體優點如下：（1）利用激光誘導產生空泡，使空泡潰滅時的射流作用于閥芯工件表面，提高了表層殘余壓應力，有效提高了閥芯工件表面的強度和抗空蝕性能。（2）在閥芯工件表面粘貼黑膠帶，增強了工件表面對能量的吸收，同時也降低激光對工件表面粗糙度和精度的影響。（3）該裝置有兩套固定裝置，在一個工件加工的同時，可完成對另一工件的裝夾，節約加工時間，提高了加工效率。

附圖說明

圖1為激光誘導空泡強化泵閥芯裝置的示意圖。

圖2為水槽內部結構俯視圖。

圖3為閥芯工件裝夾示意圖。

圖4為激光誘導空化強化原理圖。