[發明專利]一種軸承外圈的激光沖擊強化方法及其裝置

有效

• 申請號: 201910618477.9
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110257623B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 羅學昆;許春玲;王欣;宋穎剛;王強;湯智慧;于洋
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種軸承外圈的激光沖擊強化方法及其裝置，本發明通過激光沖擊強化裝置將軸承外圈固定并懸置，使激光沖擊強化用的約束水從軸承外圈(1)內壁的上部沿滾道(2)曲面的中線流到軸承外圈(1)內壁的底部，使激光光斑落在軸承外圈(1)內壁的下部的滾道(2)內，并使約束水水流經過激光光斑所在位置，并使約束水水流經過激光光斑所在位置；用激光光斑對準軸承外圈(1)內壁的滾道(2)表面并隨滾道(2)的轉動進行逐點強化，先逐點強化滾道(2)曲面的中線，再逐點強化中線的兩側，直至光斑全部覆蓋整個滾道(2)，在軸承外圈的滾道內形成一定深度的殘余壓應力層(≥200μm)和組織硬化層(≥200μm)，提高涂層結合力，滿足涂層制備工藝要求。

技術領域

本發明是一種軸承外圈的激光沖擊強化方法及其裝置，屬于零件表面處理技術領域。

背景技術

軸承的服役環境非常惡劣，受到高應力、高速、高溫等多因素共同作用，因與滾珠的相對運動發生磨損、接觸疲勞失效的風險較高。激光沖擊強化是一種形成深層殘余壓應力層、提高金屬材料表面硬度的有效方法，由于效果顯著，被國內外廣泛應用于軸承等航空關鍵零部件的加工制造中。

軸承外圈的內滾道表面為了浸滲/沉積耐磨涂層，在涂層和基體之間需要形成一定深層的殘余壓應力層(≥200μm)和組織硬化層(≥200μm)，提高的涂層的結合力，而傳統的噴丸強化技術形成的殘余壓應力層深度(≤200μm)和組織硬化層(≤200μm)有限，難以滿足涂層制備工藝的要求。而目前采用的激光沖擊強化方法，由于無法在軸承內圈內滾道形成穩定的水約束層，難以形成穩定可靠的激光沖擊強化效果；另外，軸承內圈受到結構干涉的影響，無法采用激光直射的方式，難以在內滾道形成均勻分布的殘余壓應力場，導致軸承內圈變形量較大。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的問題而設計提供了一種一種軸承外圈的激光沖擊強化方法及其裝置，其目的是能夠在軸承外圈的滾道內形成一定深度的殘余壓應力層(≥200μm)和組織硬化層(≥200μm)，提高涂層結合力，滿足涂層制備工藝要求。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明提出了一種軸承外圈的激光沖擊強化方法，該方法的步驟如下：

步驟一、將軸承外圈1豎直放置，使激光沖擊強化用的約束水從軸承外圈1內壁的上部沿滾道2曲面的中線流到軸承外圈1內壁的底部，使激光光斑落在軸承外圈1內壁的下部的滾道2內，并使約束水水流經過激光光斑所在位置；

步驟二、用激光光斑對準軸承外圈1內壁的滾道2表面并隨滾道2的轉動進行逐點強化，先逐點強化滾道2曲面的中線，再逐點強化中線的兩側，直至光斑全部覆蓋整個滾道2。

在一種實施中，約束水水流在滾道2上的水落點3的法線與水平方向的夾角為0°～45°。

在一種實施中，激光光斑在滾道2內的光斑落點4的法線與水平方向的夾角為-30°～-60°。

在一種實施中，激光光斑的直徑不超過滾道2截面圓弧最大直徑的1/2。激光光斑在滾道2內的光斑落點4的法線與激光光束之間的夾角為45°～80°。上述措施確保了激光能量被均勻吸收，并在內滾道表面形成深度不低于300μm的殘余壓應力層和深度不低于220μm的組織硬化層。

在一種實施中，激光強化的工藝參數為：激光功率密度為1GW/cm²～20GW/cm²，搭接率為30％～75％，頻率為1Hz～5Hz。

在一種實施中，約束水在軸承外圈1內壁底部的高度H低于激光光斑在滾道2內光斑落點4的高度。

在一種實施中，激光強化滾道2曲面的中線的激光功率密度最大，強化中線的兩側時逐漸遞減，越遠離中線，激光功率密度越低。