[發(fā)明專利]一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011594899.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112795772B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭偉;戴為;彭鵬;張宏強(qiáng);朱穎
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D7/04;C22F1/18;C22F3/00
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化裝置，其特征在于，包括：工件移動(dòng)組件、冷擠壓強(qiáng)化組件和激光沖擊強(qiáng)化組件；其中，所述工件移動(dòng)組件上安裝有工件，所述工件上設(shè)置有盲孔，所述冷擠壓強(qiáng)化組件位于所述工件移動(dòng)組件上方，且所述冷擠壓強(qiáng)化組件底端可拆卸安裝有與所述盲孔相匹配的硬質(zhì)芯棒；所述激光沖擊強(qiáng)化組件包括激光頭，所述工件移動(dòng)組件位于所述激光頭下方，所述冷擠壓強(qiáng)化組件包括芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)、升降平臺、芯棒壓頭和螺紋連接桿；其中，所述升降平臺與上位機(jī)電連，所述芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定安裝在所述升降平臺上，所述芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出端與所述芯棒壓頭傳動(dòng)連接，所述螺紋連接桿連接在所述芯棒壓頭底端，所述硬質(zhì)芯棒上設(shè)置有與所述螺紋桿相匹配的內(nèi)螺紋，所述硬質(zhì)芯棒為中空結(jié)構(gòu)，所述硬質(zhì)芯棒的芯棒空腔內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋，與螺紋連接桿螺紋連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述工件移動(dòng)組件包括加工平臺、移動(dòng)平臺及工裝夾具，所述工裝夾具安裝在所述移動(dòng)平臺頂端，所述工裝夾具夾持工件，移動(dòng)平臺與上位機(jī)電連，在加工平臺上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷擠壓強(qiáng)化組件與激光沖擊強(qiáng)化組件之間的轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述激光沖擊強(qiáng)化組件還包括激光器和光纖；所述激光器通過所述光纖與所述激光頭相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述激光沖擊強(qiáng)化組件還包括約束層和吸收層，所述吸收層在冷擠壓強(qiáng)化后粘貼于工件表面用于提高激光吸收率；所述約束層15放置于吸收層上方，用于約束等離子體。

5.一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化裝置進(jìn)行強(qiáng)化，首先將硬質(zhì)芯棒插入工件的盲孔中對內(nèi)壁進(jìn)行冷擠壓強(qiáng)化，將硬質(zhì)芯棒保留在盲孔中并對盲孔外表面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，防止孔角發(fā)生塌陷，最終將硬質(zhì)芯棒從盲孔中拔出，在盲孔內(nèi)壁及外表面形成殘余壓應(yīng)力場。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，將帶盲孔的工件通過工裝夾具固定在移動(dòng)平臺上，根據(jù)盲孔直徑和深度選擇硬質(zhì)芯棒尺寸，并將硬質(zhì)芯棒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)安裝于螺紋連接桿前端；

S2，將硬質(zhì)芯棒對準(zhǔn)盲孔后，啟動(dòng)升降平臺向下運(yùn)動(dòng)，芯棒壓頭與硬質(zhì)芯棒同步運(yùn)動(dòng)，將硬質(zhì)芯棒緩慢勻速推入盲孔內(nèi)，當(dāng)硬質(zhì)芯棒上端面與工件表面平齊時(shí)停止；

S3，芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，帶動(dòng)芯棒壓頭前端的螺紋連接桿逆時(shí)針旋出硬質(zhì)芯棒，升降平臺隨之向上運(yùn)動(dòng)，直至螺紋連接桿完全脫離硬質(zhì)芯棒后運(yùn)動(dòng)停止，此時(shí)硬質(zhì)芯棒完全停留在盲孔內(nèi)部并造成孔內(nèi)壁的塑性變形；

S4，啟動(dòng)移動(dòng)平臺將工件移動(dòng)至激光頭下方，在盲孔外表面布置吸收層和約束層，啟動(dòng)激光器，調(diào)節(jié)激光光斑大小，選擇單脈沖能量，在孔周圍進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，由于存在硬質(zhì)芯棒的支撐，激光可對孔角區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化，并保證孔角不發(fā)生塌陷；

S5，激光沖擊完成后，去除吸收層和約束層，移動(dòng)平臺將工件移動(dòng)至冷擠壓強(qiáng)化組件下方，芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，帶動(dòng)芯棒壓頭前端的螺紋連接桿順時(shí)針旋進(jìn)硬質(zhì)芯棒，升降平臺隨之向下運(yùn)動(dòng)，直至螺紋連接桿完全進(jìn)入硬質(zhì)芯棒后停止；

S6，最終升降平臺向上緩慢勻速運(yùn)動(dòng)將硬質(zhì)芯棒拔出盲孔，獲得孔內(nèi)壁及外表面均被強(qiáng)化的優(yōu)質(zhì)盲孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化方法，其特征在于，步驟S2中硬質(zhì)芯棒插入速度為0.5～1.5mm/s；步驟S3中芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度為30～60rpm；步驟S5中芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度為30～60rpm；步驟S6中硬質(zhì)芯棒拔出速度為0.2～1mm/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光沖擊強(qiáng)化和冷擠壓的盲孔復(fù)合強(qiáng)化方法，其特征在于，步驟S4中吸收層為20～100μm厚的黑漆，約束層為1mm流水或2～5mm厚的K9玻璃；激光光斑大小為3～9mm，激光單脈沖能量為10～100J，光斑形狀采用方形或圓形光斑，光斑搭接率為30％～80％；激光沖擊強(qiáng)化次數(shù)為1～3次；沖擊區(qū)域?yàn)橹行呐c盲孔軸心重合，選擇邊長為3～10倍盲孔直徑的正方形區(qū)域或直徑為3-8倍的圓形區(qū)域。