[發明專利]一種激光強化加工裝置

有效

• 申請號: 202210432577.4
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114523193B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陳杰;史文博;楊燕;羅學建;張永彬;塵恒;胡殷;胡鑫;張旭暉;孟文;劉鑫;楊瑞龍;黃偉名;馮偉;周師田;邱梓嘉
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/064;B23K26/08;B23K26/356;B23K26/70
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 孫玲

本發明公開一種激光強化加工裝置，包括激光發生器、光學組件、第一運動組件、第二運動組件、第三運動組件以及密封箱體，第一運動組件位于密封箱體外部能夠帶動光學組件沿Z軸往復運動，保證待加工工件不同區域的表面與聚焦后激光光束出射點之間距離的恒定，第三運動組件位于密封箱體內，加工環境適宜，第三運動組件能夠帶動待加工工件繞平行于X軸和Z軸的軸線轉動，從而實現待加工工件自身角度補償，進而順利完成復雜曲面零部件表面加工，第二運動組件位于密封箱體外部的上部或下部能夠帶動第一運動組件或密封箱體在垂直于Z軸的平面內運動，保證待加工工件表面不同區域的順利加工，提高較高輸出特性的激光束強化加工質量。

技術領域

本發明涉及激光強化加工設備及其周邊配套設施技術領域，特別是涉及一種激光強化加工裝置。

背景技術

激光強化作為一種新型的零部件表面特性強化技術，在諸多領域都獲得了廣泛的應用，尤其是應用到過渡金屬材質的表面強化層生成。激光強化工藝包括激光沖擊強化、激光淬火、激光氣體氮化、激光熔覆等。其原理為利用短脈沖、高能量、高頻率輸出的聚焦激光束在工件表面生成瞬時性高溫熔池，使得工件表面發生晶粒細化或者結合特定氣氛控制及特殊涂層控制實現表層合金化或者發生化學冶金（例如氮化物表層的生成），進而提升工件的耐腐蝕及耐磨性能，同時結合高頻加工特點，其尺寸精度以及表面粗糙度都能得到極好的控制，因此激光強化技術十分具有發展潛力。

以鈦合金為代表的過渡金屬在激光強化過程中易產生高溫氧化現象，進而降低表層功能特性，因此激光強化過程應當基于特定的氣氛環境要求，如要求工作腔中氧氣含量、水含量限定在一定范圍，又或者針對激光氣體氮化工藝要求加工環境中的氮氣純度等。因此基于較高輸出特性的激光束強化零部件表面特性的加工機床必須配置符合工藝要求的工件工作環境密封，密封的要求則通過手套箱系統實現，即加工機床與手套箱系統要求完美配合，方能實現優良的強化工藝。而針對加工機床而言，其激光器的使用方式限制機床的結構形式。特定的工藝要求依賴于短脈沖、高能量、高頻率輸出特性的激光束。而固體激光器則可以實現該要求，但是其相對于光纖激光器而言尺寸較大、光路不具備靈活繞動輸出，因此商業化的激光強化機床分為以下兩種路線。

1、以犧牲激光器部分脈沖、能量及頻率輸出特性進而實現復雜曲面零部件全表面加工：采用光纖激光器作為能量輸出裝置，將激光輸出裝置固定于多軸機械手末端執行器位置，進而獲得聚焦激光束的空間多角度調整，該方式廣泛應用于大型曲面部件的強化加工，同時對于工件密封要求則將機械手及零部件、激光輸出裝置共同放置于氣氛控制腔室，但是該方式無法滿足較高激光輸出特性的強化工藝要求。

2、以犧牲聚焦激光光束空間靈活調整性進而實現規格形狀工件的全表面高能量高頻率短脈沖激光強化加工：采用大功率固體激光器作為能量輸出裝置，將其固定于常規機床的刀具工作位置，例如將激光器光源輸出裝置固定于加工中心Z軸托板位置，利用工件平動及垂直運動實現簡單三維工件表面強化加工（見圖1），或者將激光反射聚焦裝置固定于數控車床刀塔托板位置（見圖2），實現回轉體工件表面的強化加工，同樣機床工作區域應當限制在特定密封腔室中。但是該方式無法滿足復雜型面零部件的強化需求，盡管如此，采用機床的運動模式相對于多軸機械手運動而言仍能夠獲得較高的工藝穩定性，即機床剛度及空間運動精度相比機械手而言更加具備優勢。

因此，如何改變現有技術中激光強化加工機床，無法利用較高輸出特性的激光束強化復雜曲面零部件加工的現狀，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種激光強化加工裝置，以解決上述現有技術存在的問題，降低復雜曲面零部件激光加工難度，提高較高輸出特性的激光束強化加工質量。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種激光強化加工裝置，包括：

激光發生器，所述激光發生器能夠發出激光光束；

光學組件，所述光學組件能夠聚焦所述激光發生器發出的激光光束；