CN103725867A - 一种多孔板的激光冲击处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种多孔板激光冲击处理的方法，采用透明液体和玻璃作为复合约束层，采用粘弹性流体材料作为吸收层，并通过透明液体压力改变孔内粘弹性流体位置，从而使对整个孔壁进行处理得以实现，实施本发明的装置由激光发生器、压紧螺钉、夹具、压板、玻璃、水槽、上筒、进水管、密封圈、工件、下筒、工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置、粘弹性流体、透明液体组成，实施本发明的多孔板激光冲击处理，由于粘弹性流体激光穿透深度小，能量集中在粘弹性流体上表面，因此与液体吸收层相比，冲击强度明细提高，另外粘弹性流体流动性差，冲击波穿过粘弹性流体时衰减较少，利用玻璃限制透明液体的飞溅，从而使激光冲击效果进一步提高。

Description

一种多孔板的激光冲击处理方法和装置

所属技术领域：

本发明涉及金属加工领域，特指一种基于激光冲击波技术的多孔板孔壁冲击的处理方法和装置。

背景技术：

在工业领域，有许多场合需要使用多孔板，如秸秆颗粒机的模板等，这类工件对孔壁往往对耐磨性有很高要求，常用多孔板孔壁的强化一般采用渗碳淬火等方法，由于多孔板打孔后进行热处理，变形量比较大，常需后续处理。

激光冲击处理具有激光参数可控性好，激光冲击强度大的优点，因而具有广阔的应用前景。激光冲击处理是利用强激光束辐照工件表面，工件表面材料吸收激光能量后气化、离化产生爆炸冲击波，冲击波向工件内部传播，使工件的激光辐照面产生微塑性变形，激光冲击处理结束后工件激光辐照面形成一层残余压应力层，可以提高工件表面的耐磨性和延长工件的疲劳寿命。为了避免工件表面受激光烧蚀的影响，实际激光冲击处理过程中常在工件表面喷涂一层黑漆作为吸收层材料，一方面，吸收层材料的激光吸收率较高，可以提高激光冲击效果，另一方面，激光辐照时直接烧蚀吸收层材料而不是工件表面材料，同时吸收层还可以隔绝激光辐照对工件表面的热影响，起到保护工件的作用。

现有激光冲击强化处理技术使用固体吸收层材料（如黑漆涂层），只能对激光束可以辐照到的工件外表面进行处理，对于内孔壁的冲击处理必须使工件旋转一定角度或使激光头旋转一定角度，以便激光束能够辐照到内孔壁，这时激光束和被处理表面不垂直，激光能量分散，冲击效果较差，难以达到满意的冲击效果。

现有激光冲击强化处理技术中如果采用液态吸收层材料，因冲击波在液态吸收层材料中衰减较快，对于冲击强度要求较高的内孔壁的冲击处理，冲击效果相对较差，难以达到颗粒机模板这一类零件的耐磨性要求。

发明内容:

发明的目的是提供一种多孔板激光冲击处理的方法和装置，可以提高孔壁耐磨性，且无需后续处理。

技术方案：原理是采用透明液体和玻璃作为复合约束层，采用粘弹性流体材料作为吸收层，并通过透明液体压力改变孔内粘弹性流体位置，从而使对整个孔壁进行处理得以实现。

一种多孔板激光冲击处理装置，包括激光发生器、压紧螺钉、夹具、压板、玻璃、水槽、进水管、密封圈、工件、下筒、工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置、粘弹性流体、透明液体组成，工作台上安放中空的下筒，下筒一侧设有溢出口，下筒上方安置多孔板类工件，下筒内倒入粘弹性流体，粘弹性流体通过多孔板类工件上的待冲击处理的孔后其上界面略低于多孔板类工件的上表面，多孔板类工件放置在下筒上并使多孔板类工件上需冲击处理的孔全部位于下筒的内孔中，在工件及下筒上放安放充满透明液体的水槽，水槽上下端面均设有密封圈。水槽一侧设有进水管，进水管上设有进水孔，进水孔与下筒的溢出口位于同一侧，在水槽上放置玻璃，其面积大小与水槽面积大小一致，工作台上安装夹具，夹具将下筒、工件、水槽、玻璃和环形压板包围在其中，设置在夹具上的压紧螺钉通过环形压板将玻璃紧压在水槽上。在进水孔与溢出口相应位置夹具均有与之相对应的开口，工作台控制装置与计算机相连，激光发生器通过激光发生器控制装置与计算机相连。

其中玻璃和透明液体如水或无机盐的水溶液组成复合约束层，粘弹性流体如沥青作为吸收层，用于吸收激光能量。

本发明的实施过程如下：

1.在下筒内和工件的孔内装满粘弹性流体，使粘弹性流体的上表面与工件上表面平齐；

2.通过进水管向水槽内注入透明液体，使水槽内充满透明液体；

3.调整工作台位置，使激光光斑中心与待冲击孔的中心重合；

4.计算机发出指令给激光发生器控制装置控制激光发生器按指令规定参数发出激光脉冲；

5.激光脉冲穿过玻璃、透明液体到达粘弹性流体表面，粘弹性流体表面材料吸收激光能量发生爆炸，产生冲击波；

6.冲击波通过粘弹性流体向四周传播，当冲击波通过粘弹性流体到达孔壁时，孔壁材料在冲击波作用下发生微塑性变形，形成表面压应力层，使被冲击部位的处理耐磨性和疲劳寿命提高；

7.计算机发出指令给工作台控制器，控制工作台移动，对工件的其他孔进行冲击处理；

8.根据工艺需求，在计算机控制下对工件进行逐孔冲击处理，直至所有孔都冲击处理完；

9.从进水管注入透明液体，在透明液体压力作用下，粘弹性流体从孔内向下移动，多余粘弹性流体从下筒的溢出孔挤出，当粘弹性流体的上表面移动到规定位置时，停止注入透明液体，这时由于粘弹性流体的自身特性，可使粘弹性流体上表面位置维持不变；

10.重复4～8步骤，使多孔板上各孔较深位置的孔壁得到冲击强化；

11.重复步骤4～10，直至所有孔在整个深度上的孔壁都处理完为止。

实施本发明的多孔板激光冲击处理，由于粘弹性流体激光穿透深度小，能量集中在粘弹性流体上表面，因此与液体吸收层相比，冲击强度明细提高，且粘弹性流体流动性差，冲击波穿过粘弹性流体时衰减较少，因而冲击效果较好，另外，利用玻璃限制透明液体的飞溅，进一步增强约束层的约束效果，从而使激光冲击效果进一步提高。

附图说明：

下面结合图1对本发明作进一步说明：

图1多孔板激光冲击装置结构图

图2多孔板内粘弹性流体与透明液体界面示意图

图3调整后粘弹性流体与透明液体界面位置示意图

1.激光发生器 2.激光束 3.压紧螺钉 4.夹具 5.压板 6.玻璃 7.水槽 8.进水管 9.进水孔 10.密封圈 11.工件 12.下筒 13.溢出口 14.工作台 15.工作台控制装置 16.计算机 17.激光发生器控制装置 18.粘弹性流体 19.粘弹性流体与透明液体界面 20透明液体

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。

一种多孔板激光冲击处理装置，如图1所示，包括激光发生器1、压紧螺钉3、夹具4、压板5、玻璃6、水槽7、进水管8、密封圈10、工件11、下筒12、工作台14、工作台控制装置15、计算机16、激光发生器控制装置17、粘弹性流体18、透明液体20组成，工作台14上安放中空的下筒12，下筒12一侧设有溢出口13，下筒12内倒入粘弹性流体18，粘弹性流体18穿过多孔板类工件11上需冲击处理的孔后其上表面略低于多孔板类工件11上表面或与工件11上表面平齐，多孔板类工件11放置在下筒12上并使多孔板类工件11上需冲击处理的孔全部位于下筒12的内孔中，在工件11及下筒12上方安放充满透明液体20的水槽7，透明液体20密度小于粘弹性流体18的密度，水槽7一侧设有进水管8，进水管8上设有进水孔9，进水孔9与下筒12的溢出口13位于同一侧，在水槽7放置玻璃6，其面积大小与水槽面积大小一致，工作台14上安装夹具4，夹具4将下筒12、工件11、水槽7包围在其中，通过玻璃6紧压在水槽7上，在进水孔9与溢出口13相应位置夹具4均有与之相对应的开口，工作台控制装置15与计算机16相连，激光发生器1通过激光发生器控制装置17与计算机16相连。

所述的多孔板激光冲击处理装置，在水槽7上下端面均设有密封圈10。

所述的多孔板激光冲击处理装置，在玻璃6上方设有环形压板5，通过设置在夹具4上的压紧螺钉3将玻璃6紧压在水槽7上。

所述透明液体为水或无机盐的水溶液，粘弹性流体为沥青。

其中玻璃6和透明液体如水或无机盐的水溶液20组成复合约束层，粘弹性流体如沥青18作为吸收层，用于吸收激光能量。如图2所示。

本发明的实施过程如下：

1.在下筒12内和工件11的孔内装满粘弹性流体18，使粘弹性流体18的上表面与工件11的上表面平齐或略低于工件11上表面；

2.通过进水管8向水槽7内注入透明液体20，使水槽7内充满透明液体20；

3.调整工作台14位置，使激光光斑中心与待冲击孔的中心重合；

4.计算机16发出指令给激光发生器控制装置17控制激光发生器1按指令规定参数发出激光脉冲；

5.激光束2穿过玻璃6、透明液体20到达粘弹性流体18表面，粘弹性流体18的表面材料吸收激光能量发生爆炸，产生冲击波；

6.冲击波通过粘弹性流体18向四周传播，当冲击波通过粘弹性流体18到达孔壁时，孔壁材料在冲击波作用下发生微塑性变形，形成表面压应力层，使被冲击部位的处理耐磨性和疲劳寿命提高；

7.计算机16发出指令给工作台控制器15，控制工作台14移动，对工件11的其他孔进行冲击处理；

8.根据工艺需求，在计算机16控制下对工件11进行逐孔冲击处理，直至所有孔都冲击处理完；

9.从进水管8注入透明液体20，在透明液体20的压力作用下，粘弹性流体18从孔内向下移动，多余粘弹性流体18从下筒12的溢出口13挤出，当粘弹性流体18的上表面移动到规定位置时，停止注入透明液体20，这时由于粘弹性流体18的自身特性，可使粘弹性流体18的上表面位置维持不变；如图3所示。

10.重复4～8步骤，使多孔板上各孔较深位置的孔壁得到冲击强化；

11.重复步骤4～10，直至所有孔在整个深度上的孔壁都处理完为止。

Claims (5)

1.一种多孔板激光冲击处理装置，包括激光发生器（1）、压紧螺钉（3）、夹具（4）、压板（5）、玻璃（6）、水槽（7）、进水管（8）、密封圈（10）、工件（11）、下筒（12）、工作台（14）、工作台控制装置（15）、计算机（16）、激光发生器控制装置（17）、粘弹性流体（18）、透明液体（20）组成，工作台（14）上安放中空的下筒（12），下筒（12）一侧设有溢出口（13），下筒上方安置多孔板类工件，下筒（12）内倒入粘弹性流体（18），粘弹性流体（18）通过多孔板类工件（11）上的待冲击处理的孔后其上界面略低于多孔板类工件（11）的上表面，多孔板类工件放置在下筒（12）上并使多孔板类工件（11）上需冲击处理的孔全部位于下筒（12）的内孔中，在工件（11）及下筒（12）上放安放充满透明液体（20）的水槽（7），透明液体（20）密度小于粘弹性流体（18）的密度，水槽（7）一侧设有进水管（8），进水管（8）上设有进水孔（9），进水孔（9）与下筒（12）的溢出口（13）位于同一侧，在水槽（7）上放置玻璃（6），其面积大小与水槽面积大小一致，工作台（14）上安装夹具（4），夹具（4）将下筒（12）、工件（11）、水槽（7）包围在其中，通过玻璃（6）紧压在水槽（7）上，在进水孔（9）与溢出口（13）相应位置夹具（4）均有与之相对应的开口，工作台控制装置（15）与计算机（16）相连，激光发生器（1）通过激光发生器控制装置（17）与计算机（16）相连。

2.根据权利要求1所述的多孔板激光冲击处理装置，其特征在于，水槽（7）上下端面均设有密封圈（10）。

3.根据权利要求1或2所述的多孔板激光冲击处理装置，其特征在于，玻璃（6）上方设有环形压板（5），通过设置在夹具（4）上的压紧螺钉（3）将玻璃（6）紧压在水槽（7）上。

4.根据权利要求1或2所述的多孔板激光冲击处理装置，其特征在于，透明液体为水或无机盐的水溶液，粘弹性流体为沥青。

5.一种多孔板激光冲击处理的方法，其特征在于利用权利要求1至4任一项所述的多孔板激光冲击处理装置，来对多孔板进行处理处理，其具体过程如下：

（1）在下筒内和工件的孔内装满粘弹性流体，使粘弹性流体的上表面与工件上表面平齐；

（2）通过进水管向水槽内注入透明液体，使水槽内充满透明液体；

（3）调整工作台位置，使激光光斑中心与待冲击孔的中心重合；

（4）计算机发出指令给激光发生器控制装置控制激光发生器按指令规定参数发出激光脉冲；

（5）激光脉冲穿过玻璃、透明液体到达粘弹性流体表面，粘弹性流体表面材料吸收激光能量发生爆炸，产生冲击波；

（6）冲击波通过粘弹性流体向四周传播，当冲击波通过粘弹性流体到达孔壁时，孔壁材料在冲击波作用下发生微塑性变形，形成表面压应力层，使被冲击部位的处理耐磨性和疲劳寿命提高；

（7）计算机发出指令给工作台控制器，控制工作台移动，对工件的其他孔进行冲击处理；

（8）根据工艺需求，在计算机控制下对工件进行逐孔冲击处理，直至所有孔都冲击处理完；

（9）从进水管注入透明液体，在透明液体压力作用下，粘弹性流体从孔内向下移动，多余粘弹性流体从下筒的溢出孔挤出，当粘弹性流体的上表面移动到规定位置时，停止注入透明液体，这时由于粘弹性流体的自身特性，可使粘弹性流体上表面位置维持不变；

（10）重复（4）～（8）步骤，使多孔板上各孔较深位置的孔壁得到冲击强化；

（11）重复步骤（4）～（8），直至所有孔在整个深度上的孔壁都处理完为止。

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