[發(fā)明專利]一種激光沖擊強(qiáng)化點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811218614.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN109252042B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅開玉;邢月華;魯金忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D10/00
• 分類號(hào): C21D10/00
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本發(fā)明涉及一種激光沖擊強(qiáng)化點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)的方法和裝置，屬于材料表面工程與激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。將可移動(dòng)伸縮振鏡組通過搭載平臺(tái)置于點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件空隙中，延展臂打開，通過支撐桿將全反鏡支撐起45度；高功率脈沖激光通過聚焦鏡照射在折疊全反鏡上，再反射通過全反鏡反射在點(diǎn)陣晶格支撐骨架上，誘導(dǎo)等離子體爆炸產(chǎn)生沖擊波作用在支撐骨架上，達(dá)到支撐骨架表面強(qiáng)化的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部骨架表面強(qiáng)化和改性領(lǐng)域，特指一種激光沖擊強(qiáng)化點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)的方法和裝置，特別適用于選擇性激光燒結(jié)成型的點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部骨架的表面沖擊強(qiáng)化。

背景技術(shù)

點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)是目前新興快速成型工藝-選擇性激光燒結(jié)(SLM)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化設(shè)計(jì)的重要結(jié)構(gòu)，但是其成型件強(qiáng)度不夠、殘余應(yīng)力不易去除，使用時(shí)容易發(fā)生晶格支撐斷裂、疲勞時(shí)效和疲勞裂紋的萌生等問題；傳統(tǒng)熱處理后晶格內(nèi)部氧化層不便于處理且整體結(jié)構(gòu)易變形。

激光沖擊強(qiáng)化(又叫激光噴丸)是一種新型的材料表面強(qiáng)化技術(shù)，屬于冷加工技術(shù)領(lǐng)域，其加工柔性高，表面形貌好，利用強(qiáng)激光誘導(dǎo)的沖擊波力學(xué)效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行加工，處理后零件表面晶粒得到細(xì)化，強(qiáng)度和韌性得到極大提高，其形成的殘余壓應(yīng)力層能有效地消除材料內(nèi)部的應(yīng)力集中和抑制裂紋的萌生和擴(kuò)展，能夠顯著提高金屬零件的疲勞壽命，大量的研究證明激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是延長(zhǎng)裂紋萌生時(shí)間，降低裂紋擴(kuò)展速度提高材料壽命的有效手段。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種激光沖擊強(qiáng)化點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)的方法和裝置，對(duì)點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部骨架進(jìn)行表面沖擊強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)骨架晶粒細(xì)化，增加其強(qiáng)度，同時(shí)形成高幅殘余壓應(yīng)力層，大幅延長(zhǎng)點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件的使用壽命。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

1、一種激光沖擊強(qiáng)化點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：將可移動(dòng)伸縮振鏡組通過搭載平臺(tái)置于點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件空隙中，延展臂打開，通過全反鏡下方的支撐桿將全反鏡支撐起45度；高功率脈沖激光通過聚焦鏡照射在折疊全反鏡上，再反射通過全反鏡反射在點(diǎn)陣晶格支撐骨架上，誘導(dǎo)等離子體爆炸產(chǎn)生沖擊波作用在支撐骨架上，達(dá)到支撐骨架表面強(qiáng)化的目的，具體步驟如下：

a、根據(jù)點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件點(diǎn)陣之間的距離D制作相應(yīng)尺寸的可移動(dòng)伸縮振鏡組的伸縮臂，伸縮臂最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為d，延展臂長(zhǎng)S，使其能夠在點(diǎn)陣晶格空隙之間自由移動(dòng)；

b、將聚焦鏡固定在半回形固定架上端，可移動(dòng)伸縮振鏡組安裝在半回形固定架下端滑軌上，搭載平臺(tái)固定在半回形固定架下端上方1/4處；整個(gè)半回形固定架平臺(tái)置于水槽內(nèi)；固定卡盤安裝在水槽壁滑軌上；將點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件置于搭載平臺(tái)上，并用固定卡盤進(jìn)行固定，在水槽中加水沒過點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件并且水面位于固定卡盤上方20mm；

c、調(diào)節(jié)高功率脈沖激光器參數(shù)，使參數(shù)滿足實(shí)驗(yàn)要求，其中高功率脈沖激光器參數(shù)包括：激光脈沖能量為5-20J、激光脈寬為10-30ns、發(fā)射頻率為10-50Hz；

d、高功率脈沖激光器輸出的激光通過光斑調(diào)節(jié)裝置輸出高功率脈沖激光，經(jīng)過聚焦鏡照射在折疊全反鏡上，再反射通過全反鏡反射在點(diǎn)陣晶格支撐骨架上，誘導(dǎo)等離子體爆炸產(chǎn)生的沖擊波使點(diǎn)陣晶格支撐骨架表面得到強(qiáng)化；

e、將可移動(dòng)伸縮振鏡組向上移動(dòng)到一個(gè)新位置，重復(fù)步驟a-d，直至z軸當(dāng)前列方向沖擊結(jié)束；

f、再將水槽整體在xy平面上按照晶格結(jié)構(gòu)逐點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)將可移動(dòng)伸縮振鏡組在xy平面上按照晶格結(jié)構(gòu)逐點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，調(diào)節(jié)聚焦鏡，實(shí)現(xiàn)激光光源與可移動(dòng)伸縮振鏡組中的折疊全反鏡的實(shí)時(shí)對(duì)焦，重復(fù)步驟a-e；

g、最后將點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件反轉(zhuǎn)180°，重復(fù)步驟a-f，實(shí)現(xiàn)整個(gè)點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件的晶格骨架表面沖擊強(qiáng)化。

所述步驟a中，點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)件最大高度為H，伸縮臂直徑d＝3D/5，伸縮臂總長(zhǎng)L＝H+20mm，延展臂長(zhǎng)S＝D；