CN104044017B - 一种基于激光冲击波的抛光方法 - Google Patents

一种基于激光冲击波的抛光方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104044017B
CN104044017B CN201410250823.XA CN201410250823A CN104044017B CN 104044017 B CN104044017 B CN 104044017B CN 201410250823 A CN201410250823 A CN 201410250823A CN 104044017 B CN104044017 B CN 104044017B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal works
laser
wave
method based
high energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410250823.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104044017A (zh
Inventor
戴峰泽
张永康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongtai Chengdong Science And Technology Pioneer Park Management Co ltd
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201410250823.XA priority Critical patent/CN104044017B/zh
Publication of CN104044017A publication Critical patent/CN104044017A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104044017B publication Critical patent/CN104044017B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于激光冲击波的抛光方法，实施该方法的结构包括高能脉冲激光、约束层、激光冲击波、吸收层、刚性接触膜、微凸起和金属工件。本发明利用在高应变率下，金属在一维应力和一维应变状态下的不同屈服强度，发明了一种基于激光冲击波的抛光方法，该方法可以对金属工件进行抛光处理，不会破坏原表面的状态；由于激光可控性好，可以对任何曲面进行抛光处理，也可以对金属工件的任意部位进行局部抛光处理；可以在金属工件表面获得残余压应力层，提高工件的疲劳性能以及抗应力腐蚀性能等。

Description

一种基于激光冲击波的抛光方法
技术领域
本发明涉及特种加工领域，具体涉及一种基于激光冲击波的抛光技术。
背景技术
抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。
现有技术中，机械抛光只能对规则表面进行抛光处理；化学抛光和电化学抛光耗时长、效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光冲击波的新型抛光方法及装置,以大幅度降低金属的表面粗糙度。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于激光冲击波的抛光方法，其特征在于：利用吸收层(4)在高能脉冲激光(1)辐照下产生等离子爆炸，等离子爆炸在约束层(2)的约束作用下产生高压冲击波(3)，控制高能脉冲激光(1)的功率密度，使高压冲击波(3)的峰值压力介于金属工件(7)的动态屈服强度和雨贡纽极限HEL之间，在该冲击波作用下，刚性接触膜(5)将金属工件(7)表面的微凸起(6)熨平，而金属工件(7)表面并不产生宏观的塑性变形，从而降低工件(7)的表面粗糙度；经过多次熨平处理和控制金属工件(7)的运动，获得对整个表面的抛光效果。
所述的刚性接触膜(5)厚度为50～150μm，硬度高于金属工件(7)的硬度；刚性接触膜(5)的下表面经抛光处理。
所述的高能脉冲激光(1)的脉宽范围为10～30ns，功率密度范围为109～1010GW/cm2。
根据权利要所述的一种基于激光冲击波的抛光方法的装置，其特征在于：包括高能脉冲激光(1)、约束层(2)、高压冲击波(3)、吸收层(4)、刚性接触膜(5)、微凸起(6)和金属工件(7)；微凸起(6)是工件(7)的表层材料，是引起表面粗糙度上升的主要因素，约束层(2)、吸收层(4)、刚性接触膜(5)从上至下依次覆盖在金属工件(7)的表面上；高能脉冲激光(1)透过约束层(2)作用于吸收层(4)的上表面，产生高压冲击波(3)。
本发明的工作原理为：当金属的应变率超过104S-1时，在一维应力状态下，当冲击波峰值压力超过材料的动态屈服强度()时，材料发生塑性变形，在一维应变状态下，当冲击波峰值压力超过材料的雨贡纽极限(HEL)时，材料发生塑性变形；通常，(其中，ν为材料的泊松比)。吸收层在高能脉冲激光辐照下，产生等离子爆炸，等离子爆炸在约束层的约束作用下产生高压冲击波，控制高能脉冲激光的功率密度，使高压冲击波的峰值压力介于金属工件的和HEL之间，在该高压冲击波作用下，金属的应变率高达106S-1，刚性接触膜将金属工件表面的微凸起熨平，而金属工件表面并不产生宏观的塑性变形，从而使工件的表面粗糙度降低，经过多次熨平处理和控制金属工件的运动，获得抛光效果。
本发明具有的有益效果。本发明利用在高应变率下，金属在一维应力和一维应变状态下的不同屈服强度，发明了一种基于激光冲击波的抛光方法，该方法可以对金属工件进行抛光处理，不会破坏原表面的状态；由于激光可控性好，可以对任何曲面进行抛光处理，也可以对金属工件的任意部位进行局部抛光处理；可以在金属工件表面获得残余压应力层，提高工件的疲劳性能以及抗应力腐蚀性能等。
附图说明
图1是基于激光冲击波的抛光方法示意图；
图中：1高能脉冲激光2约束层3高压冲击波4吸收层5刚性接触膜6微凸起7金属工件。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明的一种基于激光冲击波的抛光方法如图1所示，包括工作台高能脉冲激光1、约束层2、高压冲击波3、吸收层4、刚性接触膜5、微凸起6和金属工件7。约束层2、吸收层4、刚性接触膜5依次覆盖在金属工件7的待处理表面上。
实施实例一
本实例中，高能脉冲激光1脉宽为10ns，激光光斑直径为3mm，功率密度为1.5×109GW/cm2，高能脉冲激光1产生的峰值压力约为900MPa；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；刚性接触膜5的材质为60Si2CrVA，其厚度为50μm，硬度为700HV，动态屈服强度为2.8GPa；金属工件7材质为LY2铝合金，其硬度为130HV，动态屈服强度为460MPa，雨贡纽极限(HEL)约为1GPa，初始表面粗糙度为1.62μm。
通过控制金属工件7的运动，对金属工件7的10mm×10mm的区域采用光斑直径为3mm的高能脉冲激光1进行5次激光冲击波抛光后，测得的平均线粗糙度为0.27μm，通过X射线应力测量仪测得表面的残余压应力为-88MPa。
实施实例二
本实例中，高能脉冲激光1脉宽为20ns，激光光斑直径为3mm，功率密度为1×109GW/cm2，高能脉冲激光1产生的峰值压力约为750MPa；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；刚性接触膜5的材质为60Si2CrVA，其厚度为50μm，硬度为700HV，动态屈服强度为2.8GPa；金属工件7材质为A304不锈钢，其硬度为260HV，动态屈服强度为580MPa，雨贡纽极限HEL为800MPa，初始表面粗糙度为2.35μm。
通过控制金属工件7的运动，对金属工件7的10mm×10mm的区域采用光斑直径为3mm的高能脉冲激光1进行5次激光冲击波抛光后，测得的平均线粗糙度为0.22μm，通过X射线应力测量仪测得表面的残余压应力为-75MPa。
实施实例三：
本实例中，高能脉冲激光1脉宽为20ns，激光光斑直径为3mm，功率密度为4×109GW/cm2，高能脉冲激光1产生的峰值压力约为2.5GPa；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；刚性接触膜5的材质为60Si2CrVA，其厚度为100μm，硬度为700HV，动态屈服强度为2.8GPa；金属工件3材质为Tc4钛合金，其硬度为330HV，动态屈服强度为1.5GPa，雨贡纽极限(HEL)约为2.8GPa，初始表面粗糙度为1.34μm。
通过控制金属工件7的运动，对金属工件7的10mm×10mm的区域采用光斑直径为3mm的高能脉冲激光1进行5次激光冲击波抛光后，测得的平均线粗糙度为0.42μm，通过X射线应力测量仪测得表面的残余压应力为-180MPa。

Claims (3)

1.一种基于激光冲击波的抛光方法，其特征在于：利用吸收层(4)在高能脉冲激光(1)辐照下产生等离子爆炸，等离子爆炸在约束层(2)的约束作用下产生高压冲击波(3)，控制高能脉冲激光(1)的功率密度，使高压冲击波(3)的峰值压力介于金属工件(7)的动态屈服强度和雨贡纽极限HEL之间，在该冲击波作用下，刚性接触膜(5)将金属工件(7)表面的微凸起(6)熨平，而金属工件(7)表面并不产生宏观的塑性变形，从而降低工件(7)的表面粗糙度；经过多次熨平处理和控制金属工件(7)的运动，获得对整个表面的抛光效果，所述的约束层(2)、吸收层(4)、刚性接触膜(5)从上至下依次覆盖在金属工件(7)的表面上；高能脉冲激光(1)透过约束层(2)作用于吸收层(4)的上表面。
2.如权利要求1所述的一种基于激光冲击波的抛光方法，其特征在于：所述的刚性接触膜(5)厚度为50～150μm，硬度高于金属工件(7)的硬度；刚性接触膜(5)的下表面经抛光处理。
3.如权利要求1所述的一种基于激光冲击波的抛光方法，其特征在于：所述的高能脉冲激光(1)的脉宽范围为10～30ns，功率密度范围为109～1010GW/cm2。
CN201410250823.XA 2014-06-06 2014-06-06 一种基于激光冲击波的抛光方法 Active CN104044017B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410250823.XA CN104044017B (zh) 2014-06-06 2014-06-06 一种基于激光冲击波的抛光方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410250823.XA CN104044017B (zh) 2014-06-06 2014-06-06 一种基于激光冲击波的抛光方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104044017A CN104044017A (zh) 2014-09-17
CN104044017B true CN104044017B (zh) 2016-07-13

Family

ID=51497669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410250823.XA Active CN104044017B (zh) 2014-06-06 2014-06-06 一种基于激光冲击波的抛光方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104044017B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104842068B (zh) * 2015-04-09 2016-08-24 江苏大学 一种在金属表面制造微凸点的方法
CN105583524B (zh) * 2015-12-18 2017-08-04 江苏大学 一种精密的激光抛光装置及其方法
CN107671601B (zh) * 2017-09-19 2019-08-02 江苏大学 一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置
CN107570875B (zh) * 2017-10-09 2019-06-28 江苏大学 一种变厚度接触膜的激光冲击波抛光工艺
CN107790874A (zh) * 2017-10-09 2018-03-13 江苏大学 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法
CN107790875B (zh) * 2017-10-09 2019-08-02 江苏大学 一种渐进式激光冲击波抛光方法
CN110607432B (zh) * 2019-09-19 2021-02-12 江苏大学 一种激光冲击强化边界效应控制方法
CN110732780B (zh) * 2019-09-30 2021-10-12 江苏大学 一种基于激光冲击波耦合效应高效微织构的制造方法
CN111403290B (zh) * 2020-03-31 2021-06-04 武汉大学 一种激光冲击减小场效应晶体管沟道长度的方法
CN111628000B (zh) * 2020-05-06 2021-06-04 武汉大学 激光冲击制备亚纳米级沟道背电极场效应晶体管的方法
CN111628001B (zh) * 2020-05-28 2021-06-04 武汉大学 一种亚纳米顶栅电极场效应晶体管的可控制备方法
CN113670745A (zh) * 2021-08-31 2021-11-19 西北核技术研究所 基于塑性金属膜片和激光多普勒效应的冲量测量装置及方法
CN114178702A (zh) * 2021-11-30 2022-03-15 深圳信息职业技术学院 一种激光抛光装置及抛光方法
CN115233144B (zh) * 2022-07-29 2024-04-09 江苏大学 一种喷涂态陶瓷涂层用机械激光交互式抛光强化方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7776165B1 (en) * 2000-06-09 2010-08-17 Lsp Technologies, Inc. Method of modifying a workpiece following laser shock processing
CN102208321A (zh) * 2011-05-11 2011-10-05 江苏大学 一种激光诱导等离子体注入基材的方法及装置
CN102626828A (zh) * 2012-04-26 2012-08-08 江苏大学 一种基于激光冲击波的高效微凹坑制造方法及装置
CN103343190A (zh) * 2013-07-19 2013-10-09 江苏大学 一种采用高分子约束层的激光冲击强化装置
CN103526008A (zh) * 2013-10-14 2014-01-22 江苏大学 一种激光冲击波强化方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7776165B1 (en) * 2000-06-09 2010-08-17 Lsp Technologies, Inc. Method of modifying a workpiece following laser shock processing
CN102208321A (zh) * 2011-05-11 2011-10-05 江苏大学 一种激光诱导等离子体注入基材的方法及装置
CN102626828A (zh) * 2012-04-26 2012-08-08 江苏大学 一种基于激光冲击波的高效微凹坑制造方法及装置
CN103343190A (zh) * 2013-07-19 2013-10-09 江苏大学 一种采用高分子约束层的激光冲击强化装置
CN103526008A (zh) * 2013-10-14 2014-01-22 江苏大学 一种激光冲击波强化方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104044017A (zh) 2014-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104044017B (zh) 一种基于激光冲击波的抛光方法
CN104046769B (zh) 一种激光冲击波强化中降低表面粗糙度的方法及装置
CN107790875B (zh) 一种渐进式激光冲击波抛光方法
CN107671601B (zh) 一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置
US11447837B2 (en) Combined fabricating method for gradient nanostructure in surface layer of metal workpiece
WO2016074314A1 (zh) 一种金属损伤件激光热力组合再制造方法
CN107790874A (zh) 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法
US20170050265A1 (en) Laser Shock Peening Method for Obtaining Large-Area Uniform Surface Morphology
PL195102B1 (pl) Sposób formowania kształtów i konturów w metalowym przedmiocie i układ do formowania kształtów i konturów w metalowym przedmiocie
CN103205545A (zh) 一种激光冲击处理发动机叶片的组合方法及装置
US11203809B2 (en) Partial spray refurbishment of sputtering targets
CN105039652A (zh) 一种用于曲面的方形光斑激光冲击均匀强化方法
CN107042254A (zh) 基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法及装置
CN104722864B (zh) 基于双峰脉冲电流电化学复合机械的平面形金属表面的光整加工方法
CN107322486A (zh) 一种前混合磨料射流喷丸装置
CN109454155B (zh) 一种针对薄壁通孔件的激光喷丸矫形方法
CN103343189B (zh) 一种组合式激光冲击强化厚板的方法
CN110144452B (zh) 多约束层增压式抑制激光冲击强化板材变形装置和方法
CN111270068A (zh) 一种提升压裂泵泵头体内腔相贯线位置疲劳寿命的表面强化工艺
Bańkowski et al. Influence of the smoothing conditions in vibro-abrasive finishing and deburring process for geometric structure of the surface machine parts made of aluminum alloys EN AW2017
CN107570875B (zh) 一种变厚度接触膜的激光冲击波抛光工艺
CN103801822A (zh) 一种多孔板衬套的激光复合处理的方法和装置
Kirichek et al. Creating heterogeneous surface structures by static-pulsed treatment
CN110607427B (zh) 硬质合金六面顶锤及其制备方法
CN108838516A (zh) 一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201224

Address after: No. 101, Nanxu Avenue, Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212000

Patentee after: JIANGSU HUIZHI INTELLECTUAL PROPERTY SERVICES Co.,Ltd.

Address before: 212013 No. 301, Xuefu Road, Zhenjiang, Jiangsu

Patentee before: JIANGSU University

Effective date of registration: 20201224

Address after: 224200 No.8 Beihai Road, Dongtai City, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee after: Dongtai science and Technology Service Center

Address before: No. 101, Nanxu Avenue, Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212000

Patentee before: JIANGSU HUIZHI INTELLECTUAL PROPERTY SERVICES Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210621

Address after: 224200 No. 48 Dongjin Avenue, Chengdong New District, Dongtai City, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee after: Dongtai Chengdong science and Technology Pioneer Park Management Co.,Ltd.

Address before: 224200 No.8 Beihai Road, Dongtai City, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee before: Dongtai science and Technology Service Center

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211224

Address after: 224200 No. 50, Nanzhuang Road, Dongtai high tech Industrial Development Zone, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee after: Jiangsu Yisheng Intelligent Equipment Co.,Ltd.

Address before: 224200 No. 48 Dongjin Avenue, Chengdong New District, Dongtai City, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee before: Dongtai Chengdong science and Technology Pioneer Park Management Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240118

Address after: No. 48 Dongjin Avenue, Chengdong New District, Dongtai City, Yancheng City, Jiangsu Province, 224226

Patentee after: Dongtai Chengdong science and Technology Pioneer Park Management Co.,Ltd.

Address before: 224200 No. 50, Nanzhuang Road, Dongtai high tech Industrial Development Zone, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee before: Jiangsu Yisheng Intelligent Equipment Co.,Ltd.