CN107523683A - 一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置及方法，包括固体激光器、喷水枪、喷漆枪、刀板放置平台、工作台调节装置、控制器和计算机，刀板放置平台安装于工作台上，工作台与工作台调节装置连接；喷水枪和喷漆枪分别通过管路与出水箱和出漆箱连通，并分别在连通的管路上设有流量控制阀，固体激光器与光学镜片和反射镜依次通过激光束光连接，控制器与计算机、流量控制阀以及工作台调节装置电连接，本发明通过喷漆枪在金属表面均匀喷涂黑漆作为吸收层，能有效避免金属灼烧，另外通过控制喷水枪提供流动的约束层，通过约束层的厚度改变将激光形成的冲击波分别作用在刀板的表面和刀刃上，提高刀刃和刀板耐磨性、耐腐蚀以及抗疲劳能力。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，特指一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置及方法。
背景技术
目前服装面料很多都是两层或者三层的，需要通过复合机进行复合，复合时需要上胶处理，因此需要刀板与上胶辊配合工作使得胶均匀的涂抹在面料上，但工作结束后刀片上的胶对刀具有腐蚀作用，影响刀具的使用寿命。为提高刀板的接触强度和抗疲劳断裂性能，改善部件的耐磨性和耐应力腐蚀性，提高刀板的使用寿命，需要对刀板采用强化手段。
传统的金属材料强化技术有锻打、冷挤压、激光热处理和机械喷丸等方法，使板材内部产生残余压应力，以达到强化目的，但存在着生产时间长，加工柔性差等缺陷。目前，激光加工技术和激光喷丸强化技术已经成功应用于航空航天、船舶及汽车等行业，激光冲击强化能够改变金属表面的微观组织，通过诱导冲击波作用于材料表面，材料表面产生晶粒位错，提高材料的耐磨性，耐腐蚀以及抗疲劳能力。
激光冲击强化与传统的喷丸、冷挤压相比，有一定的相似性，因此国外又称其为激光喷丸，该技术具有非接触、无热影响区和强化效果显著等明显的技术优势。其主要优势包括1.高压。冲击波的压力达到数GPa，乃至TPa量级，这是常规的机械加工难以达到的。2.预防裂纹产生及降低已经产生裂纹的扩展速率方面效果显著。可以降低裂纹扩展速率几十倍以上，使初始裂纹稳定扩展阶段后移，并可提高疲劳扩展门槛应力强度因子。3.可以局部进行强化。激光冲击强化可达性好，光斑可调，并对强化位置的表面粗糙度和尺寸精度基本没有影响；对不规则工件、薄件、小孔边强化也很有效；4.对消除焊缝和激光熔覆等处理后的残余拉应力很有效。与其它消除残余拉应力的方法比，激光冲击强化具有无热影响、效果显著和可达性好等优势。5.环保清洁，没有污染。
目前虽然有许多关于激光冲击强化的使用和控制利用，但是传统激光冲击强化多次冲击时，吸收层会出现部分损坏，从而灼烧金属表面。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置及方法，通过利用喷漆枪在金属表面均匀喷涂黑漆作为吸收层，能够有效的避免金属灼烧，另外通过控制喷水枪提供流动的约束层，通过约束层的厚度改变将激光形成的冲击波分别作用在刀板的表面和刀刃上。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，包括固体激光器、喷水枪、喷漆枪、出水箱、出漆箱、刀板放置平台、工作台、工作台调节装置、控制器和计算机；
所述刀板放置安装于工作台上，工作台上设有用于装夹刀板的夹具，工作台与工作台调节装置连接；所述喷水枪和喷漆枪的出口均朝向刀板放置平台，所述喷水枪通过水管路与出水箱连通，并在喷水枪和出水箱之间的水管路上设有第一流量控制阀，所述喷漆枪通过漆管路与出漆箱连通，并在喷漆枪和出漆箱之间的漆管路上设有第二流量控制阀；所述固体激光器与刀板放置平台之间设有导光单元，所述导光单元使固体激光器产生的激光束垂直入射到刀板放置平台上；
所述控制器分别与第一流量控制阀、第二流量控制阀、工作台调节装置电连接，计算机分别与控制器、固体激光器电连接，根据计算机的指令，控制器控制工作台调节装置以控制工作台的旋转位移，控制器通过控制第一流量控制阀以控制喷水枪喷射的流量和流速；控制器通过控制第二流量控制阀以控制喷漆枪喷射的流量和流速；计算机控制固体激光器输出的激光束的参数。
优选地，所述导光单元包括光学镜片和反射镜，所述固体激光器、光学镜片和反射镜依次通过激光束光连接。
优选地，所述出漆箱中装添加了液体粘接剂和添加剂的黑漆。
优选地，所述粘接剂为UV胶。
优选地，所述添加剂为甲醇。
优选地，用于装夹刀板的所述夹具为设置在刀板放置平台上表面两端的弹簧夹片。
一种无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，包括以下步骤：
S1：清洗刀板的表面去除刀板表面的杂质，将刀板安装在刀板放置平台上，并利用弹簧夹片夹紧固定；
S2：启动计算机、控制器和喷漆枪，控制器控制第二流量控制阀，使得喷漆枪在刀板表面均匀喷涂黑漆混合涂料，形成吸收层，关闭喷漆枪；
S3：启动喷水枪，控制器控制第一流量控制阀，使得喷水枪喷水，在刀板表面形成流动的约束层；
S4：控制器通过工作台调节装置控制刀板放置平台的位置，使得刀板放置平台按照计算机内预设的运动轨迹移动，同时启动固体激光器控制固体激光器发出激光束，所述激光束经过导光单元反射到刀板表面，对刀板表面进行冲击强化；
S5：刀板表面冲击强化结束后，关闭固体激光器，控制器控制刀板放置平台回到起点位置；
S6：控制器控制第一流量控制阀，使得喷水枪喷水的水流增大，在刀板表面形成流动的约束层，该约束层的厚度大于S3中约束层的厚度；
S7：控制器控制刀板放置平台运动到激光束正对刀板刀刃的位置，启动固体激光器，同时控制刀板放置平台按照计算机内预制的轨迹运动，对刀板刀刃进行冲击强化。
优选地，激光冲击强化的参数为：激光能量为100mJ～2J，光斑直径为0.8mm～2mm，频率为8Hz，脉宽为8ns，搭接率为75％。
优选地，所述S3和S4中，喷水枪以0.08～0.8m/s的流速喷水，在刀板的表面形成1-3mm厚的流动约束层；所述S6和S7中，喷水枪以0.8m/s～1.2m/s的流速喷水，在刀板的表面形成3-6mm厚的流动约束层
优选地，所述吸收层的厚度为1-3mm。
优选地，步骤S4中，对刀板表面进行多次冲击强化后，通过喷漆枪对刀板的表面补充吸收层，然后继续进行激光冲击强化。
本发明的有益效果：
1)传统激光冲击强化多次冲击时，吸收层会出现部分损坏，从而灼烧金属表面，本发明利用喷期枪在刀板表面均匀喷涂黑漆形成均匀的吸收层，有效的避免金属灼烧，并提高金属的性能；
2)本发明通过喷水枪提供流动的约束层，借助约束层的厚度改变将激光形成的冲击波分别作用在刀板的刀刃和刀板上，提高刀刃和刀板耐磨性、耐腐蚀以及抗疲劳能力。
附图说明
图1为本发明所述一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置的结构示意图。
图2为本发明所述刀板的结构示意图。
图3为图2的左视图。
其中：1.固体激光器；2.光学镜片；3.激光束；4.反射镜；5.喷水枪；6.喷漆枪；7.流量控制阀；8.出水箱；9.流量控制阀；10.出漆箱；11.弹簧夹片；12.工作台；13.计算机系统；14.工作台控制系统PLC；15.工作台调节装置；16.刀板放置平台；17.吸收层；18.约束层；19.刀板；20.刀刃。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，包括固体激光器1、喷水枪5、喷漆枪6、出水箱8、出漆箱10、工作台12、刀板放置平台16、工作台调节装置15、控制器14和计算机13。
所述刀板放置平台刀安装于工作台12上，工作台12上设有用于装夹刀板19的弹簧夹片11，工作台12与工作台调节装置15连接；所述喷水枪5和喷漆枪6的出口均朝向刀板放置平台16，所述喷水枪5通过水管路与出水箱8连通，并在喷水枪5和出水箱8之间的水管路上设有第一流量控制阀7，所述喷漆枪6通过漆管路与出漆箱10连通，并在喷漆枪6和出漆箱10之间的漆管路上设有第二流量控制阀10，出漆箱10中设有添加了液体粘接剂和添加剂的黑漆，本实施例中的粘接剂采用UV胶，添加剂采用甲醇，有利于喷涂后UV胶中水分的挥发,使得黑漆快速粘结，形成吸收层；所述固体激光器1与刀板放置平台16之间设有导光单元，所述导光单元使固体激光器1产生的激光束3垂直入射到刀板放置平台16上，导光单元包括光学镜片2和反射镜4，所述固体激光器1、光学镜片2和反射镜4依次通过激光束3光连接。
所述控制器14与第一流量控制阀7、第二流量控制阀10、工作台调节装置15电连接，计算机13与控制器14、固体激光器1电连接，根据计算机13的指令，控制器14控制工作台调节装置15以控制工作台12的旋转位移，控制器14通过控制第一流量控制阀7和第二流量控制阀10以控制喷水枪5以及喷漆枪6喷射的流量和流速；计算机13控制固体激光器1输出的激光束3的参数。
一种无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，包括以下步骤：
S1：清洗刀板19的表面去除刀板19表面的杂质，将刀板19安装在刀板放置平台16上，并利用弹簧夹片11夹紧固定；
S2：启动计算机13、控制器14和喷漆枪6，控制器14控制第二流量控制阀9，使得喷漆枪6在刀板19表面均匀喷涂黑漆混合涂料，形成1-3mm厚的吸收层17，然后关闭喷漆枪6；
S3：启动喷水枪5，控制器14控制第一流量控制阀7，使得喷水枪5以0.08～0.8m/s的流速喷水，在刀板19表面形成流动1-3mm厚流动的约束层18；
S4：控制器14通过工作台调节装置15控制刀板放置平台16的位置，使得刀板放置平台16按照计算机13内预设的运动轨迹移动，同时启动固体激光器1控制固体激光器1发出激光束3，所述激光束3经过导光单元反射到刀板19表面，对刀板19表面进行冲击强化，激光冲击强化的参数为：激光能量为100mJ～2J,光斑直径为0.8mm～2mm，频率为8Hz，脉宽为8ns，搭接率为75％。多次冲击强化后，通过喷漆枪6对刀板19的表面补充吸收层，然后继续进行激光冲击强化，可避免刀板19的表面被灼烧。
S5：刀板19表面冲击强化结束后，关闭固体激光器1，控制器14控制刀板放置平台16回到起点位置；
S6：控制器14控制第一流量控制阀7，使得喷水枪5以0.8m/s～1.2m/s的流速喷水，在刀板19表面形成3-6mm厚的流动的约束层18；
S7：控制器14控制刀板放置平台16运动到激光束3正对刀板刀刃20的位置，启动固体激光器1，同时控制刀板放置平台16按照计算机13内预制的轨迹运动，对刀板刀刃20进行冲击强化。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，其特征在于，包括固体激光器(1)、喷水枪(5)、喷漆枪(6)、出水箱(8)、出漆箱(10)、工作台(12)、刀板放置平台(16)、工作台调节装置(15)、控制器(14)和计算机(13)；
所述刀板放置平台(16)安装于工作台(12)上，工作台(12)上设有用于装夹刀板(19)的夹具，工作台(12)与工作台调节装置(15)连接；所述喷水枪(5)和喷漆枪(6)的出口均朝向刀板放置平台(16)，所述喷水枪(5)通过水管路与出水箱(8)连通，并在喷水枪(5)和出水箱(8)之间的水管路上设有第一流量控制阀(7)，所述喷漆枪(6)通过漆管路与出漆箱(10)连通，并在喷漆枪(6)和出漆箱(10)之间的漆管路上设有第二流量控制阀(10)；所述固体激光器(1)与刀板放置平台(16)之间设有导光单元，所述导光单元使固体激光器(1)产生的激光束(3)垂直入射到刀板放置平台(16)上；
所述控制器(14)分别与第一流量控制阀(7)、第二流量控制阀(9)、工作台调节装置(15)电连接，计算机(13)分别与控制器(14)和固体激光器(1)电连接，根据计算机(13)的指令，控制器(14)控制工作台调节装置(15)以控制工作台(12)的旋转位移，控制器(14)通过控制第一流量控制阀(7)以控制喷水枪(5)喷射的流量和流速；控制器(14)通过控制第二流量控制阀(9)以控制喷漆枪(6)喷射的流量和流速；计算机(13)控制固体激光器(1)输出的激光束(3)的参数。
2.根据权利要求1所述的用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，其特征在于，所述导光单元包括光学镜片(2)和反射镜(4)，所述固体激光器(1)、光学镜片(2)和反射镜(4)依次通过激光束(3)光连接。
3.根据权利要求1所述的用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，其特征在于，所述出漆箱(10)中设有添加了液体粘接剂和添加剂的黑漆。
4.根据权利要求3所述的用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，其特征在于，所述粘接剂为UV胶，所述添加剂为甲醇。
5.根据权利要求1所述的用于无溶剂复合机刀板的激光冲击强化装置，其特征在于，用于装夹刀板(19)的所述夹具为设置在工作台(12)上表面两端的弹簧夹片(11)。
6.一种无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：清洗刀板(19)的表面去除刀板(19)表面的杂质，将刀板(19)安装在刀板放置平台(16)上，并利用弹簧夹片(11)夹紧固定；
S2：启动计算机(13)、控制器(14)和喷漆枪(6)，控制器(14)控制第二流量控制阀(9)，使得喷漆枪(6)在刀板(19)表面均匀喷涂黑漆混合涂料，形成吸收层(17)，关闭喷漆枪(6)；
S3：启动喷水枪(5)，控制器(14)控制第一流量控制阀(7)，使得喷水枪(5)喷水，在刀板(19)表面形成流动的约束层(18)；
S4：控制器(14)通过工作台调节装置(15)控制刀板放置平台(16)的位置，使得刀板放置平台(16)按照计算机(13)内预设的运动轨迹移动，同时启动固体激光器(1)控制固体激光器(1)发出激光束(3)，所述激光束(3)经过导光单元反射到刀板(19)表面，对刀板(19)表面进行冲击强化；
S5：刀板(19)表面冲击强化结束后，关闭固体激光器(1)，控制器(14)控制刀板放置平台(16)回到起点位置；
S6：控制器(14)控制第一流量控制阀(7)，使得喷水枪(5)喷水的水流增大，在刀板(19)表面形成流动的约束层(18)，该约束层(18)的厚度大于S3中约束层(18)的厚度；
S7：控制器(14)控制刀板放置平台(16)运动到激光束(3)正对刀板刀刃(20)的位置，启动固体激光器(1)，同时控制刀板放置平台(16)按照计算机(13)内预制的轨迹运动，对刀板刀刃(20)进行冲击强化。
7.根据权利要求6所述的无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，其特征在于，激光冲击强化的参数为：激光能量为100mJ～2J，光斑直径为0.8mm～2mm，频率为8Hz，脉宽为8ns，搭接率为75％。
8.根据权利要求6所述的无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，其特征在于，所述S3和S4中，喷水枪(5)以0.08～0.8m/s的流速喷水，在刀板(19)的表面形成1-3mm厚的流动约束层(18)；所述S6和S7中，喷水枪(5)以0.8m/s～1.2m/s的流速喷水，在刀板(19)的表面形成3-6mm厚的流动约束层(18)。
9.根据权利要求6所述的无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，其特征在于，所述吸收层(17)的厚度为1-3mm。
10.根据权利要求6所述的无溶剂复合机刀板的激光冲击强化方法，其特征在于，步骤S4中，对刀板(19)表面进行多次冲击强化后，通过喷漆枪(6)对刀板(19)的表面补充吸收层，然后继续进行激光冲击强化。
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