CN103801822B - 一种多孔板衬套的激光复合处理的方法 - Google Patents

一种多孔板衬套的激光复合处理的方法 Download PDF

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Abstract

一种多孔板衬套的激光冲击复合的方法和装置，特别适用于颗粒机模板这一类多孔零件的衬套复合处理。本发明采用激光辐照材料表面产生的冲击波冲击覆盖在多孔板表面的复合层材料，使复合层材料产生拉伸变形镶嵌在多孔板的孔内，最后通过大能量的激光脉冲将复合层材料冲断将衬套孔打通。实施本发明的装置由激光发生器、透明液体、压边圈、夹具、复合层、多孔板、工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置组成。实施本发明的多孔板衬套的激光冲击复合处理，所有孔的内壁和多孔板的工作面都覆盖了复合层材料，使其整体耐磨性得到提高，且所有孔的衬套通过覆盖在多孔板工作面上的复合层材料联系在一起形成一个整体，工作过程中衬套不会脱落。

Description

一种多孔板衬套的激光复合处理的方法
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衬套的复合处理方法。
背景技术：
颗粒机在工业、农林、食品领域广泛使用，颗粒机通过对物料挤压使物料通过模板上的孔形成颗粒，模板作为颗粒机的主要部件长期与物料摩擦极易磨损，模板磨损到一定程度，必须更换模板，否则颗粒质量下降，还会造成模板断裂，引起其他部件的损坏。
为了提高颗粒机模板使用寿命，现有技术常采用以下方式进行处理：
1)使用耐磨材料：为了保证模板表面和模孔表面具有很好的耐磨性，且模板整体具有很好的韧性，一般采用合金钢进行渗碳淬火处理；
2)增加衬套：在模板内孔中镶嵌衬套，衬套采用耐磨材料，在衬套磨损后可以更换衬套。
在现有技术中，使用耐磨材料进行渗碳淬火处理方法，由于渗碳层厚度有限，在渗碳层磨损后就必须更换模板。而使用衬套方法，衬套是采用机械加工方法制作的，虽然衬套磨损后可以更换，但这种方法需加工的衬套数量多，增加了模板的生产成本，另外，为了保证衬套热处理后精加工时不变形，衬套壁厚较大，这样一来就减少了模板的排孔率，从而降低了颗粒机的生产效率。
发明内容:
本发明的目的是提供一种多孔板衬套的激光冲击复合的方法和装置，特别适用于颗粒机模板这一类多孔零件的衬套复合处理。
实施本发明方法的技术方案是采用激光辐照材料表面产生的冲击波冲击覆盖在多孔板表面的复合层衬套材料，使复合层材料产生拉伸变形镶嵌在多孔板的孔内，最后通过大能量的激光脉冲将复合层材料冲断将衬套孔打通。
实施本发明的装置一种多孔板衬套的激光冲击复合处理装置，包括激光发生器、透明液体、压边圈、夹具、复合层、多孔板、工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置，工作台上设有呈倒“C”形的夹具，夹具“C”形口内设有多孔板、复合层、压边圈，多孔板上放置复合层，复合层上方设置环形压边圈，并通过夹具上的压紧螺钉压紧复合层和多孔板，在复合层上方，夹具及压边圈之间倒入透明液体，激光发生器通过激光发生器控制装置与计算机连接；工作台通过工作台控制装置与计算机连接。实施本发明的一种多孔板衬套的激光复合处理方法，执行以下步骤：
1、将多孔板安装在夹具上，上面覆盖制作复合层衬套的复合层板材，并用压边圈将复合层板材、多孔板压紧；
2、在压边圈内注入透明液体作为约束层材料；
3、根据复合层材料特性和多孔板内孔的直径、深度确定激光参数如激光光斑大小、激光能量大小、激光脉冲宽度等
4、调整工作台，使激光光斑中心与多孔板上待复合处理的孔的中心线重合；
5、计算机发出指令给激光发生器控制装置，激光发生器控制装置按照计算机指令参数控制激光发生器发出激光脉冲；
6、激光脉冲穿过透明液体辐照在复合层板材表面，复合层材料吸收激光能量后气化、离化产生冲击波，透明液体约束气化物的扩散使冲击波的强度增加，复合层在激光冲击波作用下发生变形向孔内凹陷；
7、计算机通过激光发生器控制装置控制激光发生器输出多个激光脉冲对复合层同一部位进行多次冲击，复合层板材在激光冲击作用下发生拉伸变形，每冲击一次复合层材料向孔内凹陷深度增加一次，形成一个紧贴孔壁深度逐渐增加的盲管，最后盲管顶部凸出多孔板下表面；
8、计算机发出指令给激光发生器控制装置，通过激光发生器控制装置调整激光发生器，输出一个大能量的激光脉冲，对盲管进行最后一次冲击，由于激光能量大，使盲管底部发生断裂形成飞片，从盲管上飞离盲管，使盲管变成一个通孔，这一个孔的衬套激光复合处理完毕；
9、计算机通过工作台控制装置控制工作台移动，将下一个需要冲击处理的孔移动到激光光斑位置；
10、重复步骤5～8，完成下一个孔的衬套的激光冲击复合处理；
11、重复步骤5～9，直至多孔板上所有孔都冲击复合完毕。
所述的透明液体为矿物油、无机盐的水溶液等流体用来作为约束层材料，用于约束激光气化物的扩散，从而提高冲击波的峰值压力和延长冲击波的脉冲宽度。
所述复合层材料是一种耐磨金属材料，经过激光冲击复合后紧贴在多孔板表面和内孔壁，形成复合层衬套。
实施本发明的多孔板衬套的激光冲击复合处理，所有孔的内壁和多孔板的工作面都覆盖了复合材料，使其整体耐磨性得到提高，且所有衬套通过覆盖在多孔板工作面上的复合层材料联系在一起形成一个整体，工作过程中衬套不会脱落。实施本发明的多孔板衬套激光冲击复合处理方法，加工简便，成本低廉，且冲击过程对衬套材料具有强化作用，对于耐磨性要求不是太高的多孔板可以直接使用，不需再进行后续热处理。
附图说明：
下面结合图1对本发明作进一步说明：
图1多孔板衬套激光复合处理装置激光示意图
图2首次冲击复合层材料变形示意图
图3复合层材料拉伸变形示意图
图4复合层材料拉伸变形完成示意图
图5衬套底孔打通示意图
1.激光发生器2.激光束3.透明液体4.压紧螺钉5.夹具6.压边圈7.复合层8.多孔板9.工作台10.工作台控制装置11.计算机12.激光发生器控制装置13.飞片
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。
实施本发明的装置一种多孔板衬套的激光冲击复合处理装置，包括激光发生器1、透明液体 3、压边圈6、夹具5、复合层7、多孔板8、工作台9、工作台控制装置10、计算机11、激光发生器控制装置12，工作台9上设有呈倒“C”形的夹具5，夹具5“C”形口内设有多孔板8、复合层7、压边圈6，多孔板上8上放置复合层7，复合层7上方设置环形压边圈6，并通过夹具5上的压紧螺钉4压紧复合层7和多孔板8，在复合层7上方，夹具5及压边圈6之间倒入透明液体，激光发生器1通过激光发生器控制装置12与计算机11连接；工作台9通过工作台控制装置10与计算机11连接。
所述的透明液体3为矿物油、无机盐的水溶液等流体用来作为约束层材料，用于约束激光气化物的扩散，从而提高冲击波的峰值压力和延长冲击波的脉冲宽度。
所述复合层7材料是一种耐磨金属材料，经过激光冲击复合后紧贴在多孔板8表面和内孔壁，形成复合层衬套。
实施本发明的一种多孔板复合层衬套的激光复合处理方法，执行以下步骤：
1、将多孔板8安装在夹具5上，上面覆盖制作复合层衬套的复合层7板材，并用压边圈6将复合层7板材、多孔板8压紧；
2、在压边圈6内注入透明液体 3作为约束层材料；
3、根据复合层7的材料特性和多孔板8内孔的直径、深度确定激光参数如激光光斑大小、激光能量大小、激光脉冲宽度等
4、调整工作台9，使激光光斑中心与多孔板上待复合处理的孔的中心线重合；
5、计算机11发出指令给激光发生器控制装置12，激光发生器控制装置12按照计算机11的指令参数控制激光发生器1发出激光脉冲；
6、激光束2穿过透明液体3辐照在复合层7板材表面，复合层7材料吸收激光能量后气化、离化产生冲击波，透明液体3约束气化物的扩散使冲击波的强度增加，复合层7在激光冲击波作用下发生变形向孔内凹陷；
7、计算机11通过激光发生器1控制装置控制激光发生器1输出多个激光脉冲对复合层7同一部位进行多次冲击，复合层7板材在激光冲击作用下发生拉伸变形，每冲击一次复合层7材料向孔内凹陷深度增加一次，形成一个紧贴孔壁深度逐渐增加的盲管，最后盲管顶部凸出多孔板下表面；
8、计算机11发出指令给激光发生器控制装置12，通过激光发生器控制装置12调整激光发生器1，输出一个大能量的激光脉冲，对盲管进行最后一次冲击，由于激光能量大，使盲管底部发生断裂形成飞片13，从盲管上飞离盲管，使盲管变成一个通孔，这一个孔的衬套激光复合处理完毕；
9、计算机11通过工作台控制装置10控制工作台9移动，将下一个需要冲击处理的孔移动到激光光斑位置；
10、重复步骤5～8，完成下一个孔的衬套的激光冲击复合处理；
11、重复步骤5～9，直至多孔板上所有孔都冲击复合完毕。

Claims (3)

1.一种多孔板衬套的激光冲击复合处理的方法，多孔板衬套的激光冲击复合处理装置包括激光发生器(1)、透明液体(3)、压边圈(6)、夹具(5)、复合层(7)、多孔板(8)、工作台(9)、工作台控制装置(10)、计算机(11)、激光发生器控制装置(12)，工作台(9)上设有呈倒“C”形的夹具(5)，夹具(5)“C”形口内设有多孔板(8)、复合层(7)、压边圈(6)，多孔板(8)上放置复合层(7)，复合层(7)上方设置环形压边圈(6)，并通过夹具(5)上的压紧螺钉(4)压紧复合层(7)和多孔板(8)，在复合层(7)上方，夹具(5)及压边圈(6)之间倒入透明液体，激光发生器(1)通过激光发生器控制装置(12)与计算机(11)连接；工作台(9)通过工作台控制装置(10)与计算机(11)连接；多孔板衬套的激光冲击复合处理的方法采用激光辐照材料表面产生的冲击波冲击覆盖在多孔板表面的复合层材料，使复合层材料产生拉伸变形镶嵌在多孔板的孔内，最后通过大能量的激光脉冲将复合层材料冲断将衬套孔打通，具体方法如下：
(1)、将多孔板(8)安装在夹具(5)上，上面覆盖制作复合层衬套的复合层(7)板材，并用压边圈(6)将复合层(7)板材、多孔板(8)压紧；
(2)、在压边圈(6)内注入透明液体(3)作为约束层材料；
(3)、根据复合层(7)的材料特性和多孔板(8)内孔的直径、深度确定激光参数；
(4)、调整工作台(9)，使激光光斑中心与多孔板(8)上待复合处理的孔的中心线重合；
(5)、计算机(11)发出指令给激光发生器控制装置(12)，激光发生器控制装置(12)按照计算机(11)的指令参数控制激光发生器(1)发出激光脉冲；
(6)、激光束(2)穿过透明液体(3)辐照在复合层(7)板材表面，复合层(7)材料吸收激光能量后气化、离化产生冲击波，透明液体(3)约束气化物的扩散使冲击波的强度增加，复合层(7)在激光冲击波作用下发生变形向孔内凹陷；
(7)、计算机(11)通过激光发生器(1)控制装置控制激光发生器(1)输出多个激光脉冲对复合层(7)同一部位进行多次冲击，复合层(7)板材在激光冲击作用下发生拉伸变形，每冲击一次复合层(7)材料向孔内凹陷深度增加一次，形成一个紧贴孔壁深度逐渐增加的盲管，最后盲管顶部凸出多孔板(8)的下表面；
(8)、计算机(11)发出指令给激光发生器控制装置(12)，通过激光发生器控制装置(12)调整激光发生器(1)，输出一个大能量的激光脉冲，对盲管进行最后一次冲击，由于激光能量大，使盲管底部发生断裂形成飞片(13)，从盲管上飞离盲管，使盲管变成一个通孔，这一个孔的衬套激光复合处理完毕；
(9)、计算机(11)通过工作台控制装置(10)控制工作台(9)移动，将下一个需要冲击处理的孔移动到激光光斑位置；
(10)、重复步骤(5)～(8)，完成下一个孔的衬套的激光冲击复合处理；
(11)、重复步骤(5)～(9)，直至多孔板(8)上所有孔都冲击复合完毕。
2.根据权利要求1所述的多孔板衬套的激光冲击复合处理的方法，其特征在于所述的透明液体(3)为矿物油或无机盐的水溶液。
3.根据权利要求1所述的多孔板衬套的激光冲击复合处理的方法，其特征在于所述复合层(7)材料是一种耐磨金属材料，经过激光冲击复合后紧贴在多孔板表面和内孔壁，形成复合层衬套。
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