CN107790874A - 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法 - Google Patents

一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107790874A
CN107790874A CN201710929594.8A CN201710929594A CN107790874A CN 107790874 A CN107790874 A CN 107790874A CN 201710929594 A CN201710929594 A CN 201710929594A CN 107790874 A CN107790874 A CN 107790874A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blast wave
boundary effect
laser blast
polishing
method based
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.)
Pending
Application number
CN201710929594.8A
Other languages
English (en)
Inventor
戴峰泽
耿杰
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.)
Jiangsu University
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 CN201710929594.8A priority Critical patent/CN107790874A/zh
Publication of CN107790874A publication Critical patent/CN107790874A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/356—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by shock processing

Abstract

本发明公开一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法。其工作原理是在刚性接触膜的碾压作用下，接触膜边缘区域的微凹坑底部则会被大幅抬高为，即所谓的“边界效应”，由于边缘区域微凸起被压扁墩粗，而微凹坑被大幅抬高，则边缘区域的表面粗糙度被大幅度降低，采用方形光斑横向小间距的激光冲击波抛光方式，可以有效利用“边界效应”，降低整个处理表面的粗糙度，同时可以保证被处理表面的面型精度。本发明可应用于金属表面自由曲面的抛光处理。

Description

一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法
技术领域
本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法。
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；专利申请号为201410250823.X的中国专利“一种基于激光冲击波的抛光方法及装置”提出通过控制激光冲击波的峰值压力介于金属工件的动态屈服强度和雨贡纽极限HEL之间，通过多次冲击来熨平金属工件表面的微凸起，从而降低金属工件的表面粗糙度，为了保证被处理表面的面型精度，该专利采用的激光功率密度较低，因此抛光效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法，以改善利用激光冲击波抛光金属工件中效率低缺点。
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边界效应的抛光方法，其特征在于：通过五轴联动工作台控制工件的运动，利用长方形的高能脉冲激光束的光斑，在长方形光斑的短边方向以1～5μm长度作为搭接距离，对工件进行激光冲击波抛光。其原理为：当高能脉冲激光束的功率密度较大时，在刚性接触膜的碾压作用下，金属工件与刚性接触膜接触区域的微凸起被压扁镦粗为压扁的微凸起，而接触区域的微凹坑底部则会下沉变为下沉的微凹坑，然而在接触膜边界区域的微凹坑底部则会被大幅抬高变为边界区域抬高的微凹坑，即所谓的“边界效应”，采用长方形光斑横向小间距的激光冲击波抛光方式时，微凸起被压扁墩粗，而接触膜边界区域的微凹坑被大幅抬高，因此边界区域的表面粗糙度被大幅度降低，从而降低了整个处理表面的粗糙度，同时可以保证被处理表面的面型精度。
所述的高能脉冲激光束透过约束层作用于吸收层的上表面，约束层、吸收层、刚性接触膜从上至下依次覆盖在金属工件的表面上，金属工件安装在五轴联动工作台上。
所述的刚性接触膜是高弹性金属材料，厚度为10～100μm，强度和硬度高于金属工件的强度和硬度；刚性接触膜的下表面经抛光处理。
所述的高能脉冲激光束的脉宽范围为0.1ns～30ns，功率密度范围为109～1010GW/cm2，光斑的形状为长方形，长方形光斑的短边边长为5～15μm，长边的边长100μm～500μm。
与刚性接触膜接触区域的微凸起被压扁镦粗形成压扁的微凸起，而接触区域的微凹坑底部则会下沉变为下沉的微凹坑，然而在接触膜边界区域的微凹坑底部则会被大幅抬高变为边界区域抬高的微凹坑。
本发明的工作原理为：当高能激光束的功率密度较大时，在刚性接触膜的碾压作用下，金属工件与刚性接触膜接触区域的微凸起被压扁镦粗变为压扁的微凸起，而接触区域的微凹坑底部则会下沉变为下沉的微凹坑，然而在接触膜边缘区域的微凹坑底部则会被大幅抬高变为边界区域抬高的微凹坑，即所谓的“边界效应”，在长方形光斑短边方向以1～5μm的长度作为搭接距离进行激光冲击波抛光方式时，微凸起被压扁墩粗，而接触膜边界区域的微凹坑被大幅抬高，因此边界区域的表面粗糙度被大幅度降低，从而降低了整个处理表面的粗糙度，同时可以保证被处理表面的面型精度。
本发明具有的有益效果。利用激光冲击波抛光中的边界效应，可以提高激光冲击波的功率密度，从而提高抛光效率；利用长方形光斑，可以最大程度的利用在激光冲击波抛光中长边的边界效应，从而更进一步提高抛光效率；采用五轴联动工作台，可以实现任意形状的曲面的激光冲击波抛光。
附图说明
图1是渐进式激光冲击波的抛光方法示意图。
图中：dx短边搭界量dy长边搭接量。
图2是渐进式激光冲击波的抛光方法示意图。
图中：1高能脉冲激光束2约束层3吸收层4刚性接触膜5金属工件6五轴联动工作台。
图3是激光冲击波抛光边界效应示意图。
图中：51接触区域的微凸起52压扁的微凸起53接触区域的微凹坑54下沉的微凹坑55边界区域的微凹坑56边界区域抬高的微凹坑。
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。
本发明的一种渐进式激光冲击波抛光方法如图2所示，包括工作台高能脉冲激光束1、约束层2、吸收层3、刚性接触膜4、金属工件5和五轴联动工作台6。约束层2、吸收层3、刚性接触膜4从上至下依次覆盖在金属工件5的表面上，金属工件5安装在五轴联动工作台6上。
实施实例一
本实例中，高能脉冲激光束1脉宽为0.1ns，激光光斑长边边长500μm，短边边长10μm；约束层2为流动的去离子水膜，其厚度约为1mm；刚性接触膜4的材质为60Si2CrVA弹簧钢，其厚度为10μm，硬度为700HV，下表面的粗糙度为30nm；金属工件5材质为LY2铝合金，其硬度为130HV，初始表面粗糙度为0.8μm。
采用功率密度分别为9×109GW/cm2、对应的峰值压力分别为5GPa的激光冲击波对金属工件5的表面进行激光冲击波抛光，通过五轴联动工作台6控制金属工件5的运动，使长方形光斑短边方向的搭接距离dx为2μm，长方形光斑短边方向的长边搭接距离dy为500μm，对金属工件5待处理表面进行激光冲击波抛光后，金属工件表面粗糙度为40nm。
实施实例二
本实例中，高能脉冲激光束1脉宽为10ns，激光光斑长边边长200μm，短边边长5μm；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80μm，硬度为700HV，动态屈服强度为2.8GPa，下表面粗糙度为60nm；金属工件8材质为A304不锈钢，其硬度为260HV，初始表面粗糙度为2.35μm。
采用功率密度分别为2.5×109GW/cm2、对应的峰值压力分别为2GPa的激光冲击波对金属工件5的表面进行激光冲击波抛光，通过五轴联动工作台6控制金属工件5的运动，使长方形光斑短边方向的搭接距离为1.5μm，长方形光斑长边方向的搭接距离dy为200μm，对金属工件5待处理表面进行激光冲击波抛光后，金属工件表面粗糙度为75nm。
实施实例三：
本实例中，高能脉冲激光束1脉宽为30ns，激光光斑长边边长100μm，短边边长15μm；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,下表面粗糙度为60nm；金属工件3材质为Tc4钛合金，其硬度为330HV，初始表面粗糙度为2.34μm。
采用功率密度分别为5×109GW/cm2、对应的峰值压力分别为3GPa的激光冲击波对金属工件5的表面进行激光冲击波抛光，通过五轴联动工作台6控制金属工件5的运动，使长方形光斑短边方向的搭接距离dx为3μm，长方形光斑长边方向的搭接距离dy为100μm，对金属工件5待处理表面进行激光冲击波抛光后，金属工件表面粗糙度为80nm。

Claims (4)

1.一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法，其特征在于：通过五轴联动工作台控制工件的运动，利用长方形的高能脉冲激光束的光斑，在长方形光斑的短边方向以1～5μm长度作为搭接距离，对工件进行激光冲击波抛光；当高能脉冲激光束的功率密度较大时，在刚性接触膜的碾压作用下，金属工件与刚性接触膜接触区域的微凸起被压扁镦粗为压扁的微凸起，而接触区域的微凹坑底部则会下沉变为下沉的微凹坑，然而在接触膜边界区域的微凹坑底部则会被大幅抬高变为边界区域抬高的微凹坑，即所谓的“边界效应”，采用长方形光斑横向小间距的激光冲击波抛光方式时，微凸起被压扁墩粗，而接触膜边界区域的微凹坑被大幅抬高，因此边界区域的表面粗糙度被大幅度降低，从而降低了整个处理表面的粗糙度，同时可以保证被处理表面的面型精度。
2.如权利要求1所述的一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法，其特征在于：所述的高能脉冲激光束透过约束层作用于吸收层的上表面，约束层、吸收层、刚性接触膜从上至下依次覆盖在金属工件的表面上，金属工件安装在五轴联动工作台上。
3.如权利要求1所述的一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法，其特征在于：所述的刚性接触膜是高弹性金属材料，厚度为10～100μm，强度和硬度高于金属工件的强度和硬度；刚性接触膜的下表面经抛光处理。
4.如权利要求1所述的一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法，其特征在于：所述的高能脉冲激光束的脉宽范围为0.1ns～30ns，功率密度范围为109～1010GW/cm2，光斑的形状为长方形，长方形光斑的短边边长为5～15μm，长边的边长100μm～500μm。
CN201710929594.8A 2017-10-09 2017-10-09 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法 Pending CN107790874A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710929594.8A CN107790874A (zh) 2017-10-09 2017-10-09 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710929594.8A CN107790874A (zh) 2017-10-09 2017-10-09 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107790874A true CN107790874A (zh) 2018-03-13

Family

ID=61532921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710929594.8A Pending CN107790874A (zh) 2017-10-09 2017-10-09 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107790874A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109530910A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 绵阳高新区天力机械有限责任公司 一种利用激光改变产品表面粗糙度的方法
CN110732780A (zh) * 2019-09-30 2020-01-31 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
CN111403290A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 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
CN111628001A (zh) * 2020-05-28 2020-09-04 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
CN111628000A (zh) * 2020-05-06 2020-09-04 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

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104044017A (zh) * 2014-06-06 2014-09-17 江苏大学 一种基于激光冲击波的抛光方法及装置
CN104164538A (zh) * 2014-07-16 2014-11-26 江苏大学 一种获得大面积均匀表面形貌的激光冲击强化方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104044017A (zh) * 2014-06-06 2014-09-17 江苏大学 一种基于激光冲击波的抛光方法及装置
CN104164538A (zh) * 2014-07-16 2014-11-26 江苏大学 一种获得大面积均匀表面形貌的激光冲击强化方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109530910A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 绵阳高新区天力机械有限责任公司 一种利用激光改变产品表面粗糙度的方法
CN110732780A (zh) * 2019-09-30 2020-01-31 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
CN111403290A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 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
CN111628000A (zh) * 2020-05-06 2020-09-04 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
CN111628001A (zh) * 2020-05-28 2020-09-04 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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107790874A (zh) 一种基于激光冲击波边界效应的抛光方法
CN104044017B (zh) 一种基于激光冲击波的抛光方法
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
PL195102B1 (pl) Sposób formowania kształtów i konturów w metalowym przedmiocie i układ do formowania kształtów i konturów w metalowym przedmiocie
CN102248292B (zh) 利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置及方法
JP2015533654A (ja) ワークピースを加工するための方法及び装置
CN104227220B (zh) 一种基于纳米颗粒增强的大面积激光冲击点焊方法及装置
WO2016161692A1 (zh) 一种在金属表面制造微凸点的方法
TW200721285A (en) Laser processing method for wafer
CN103849757A (zh) 一种基于激光诱导空化的金属表面强化装置及方法
CN104046769A (zh) 一种激光冲击波强化中降低表面粗糙度的方法及装置
CN103465187A (zh) 微结构化大磨粒金刚石砂轮的制造方法
CN110607432A (zh) 一种激光冲击强化边界效应控制方法
CN104878189A (zh) 一种合金基体制备非光滑表面的方法
JP2008189956A (ja) 金型およびその製造方法
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
CN1162246C (zh) 一种用激光加工轧辊表面球冠状微凸形貌的方法
CN114226734A (zh) 增材制造钛合金表面的含铜耐磨涂层及其制备工艺
CN112059406B (zh) 摩擦面上微纳结构的激光干涉诱导电解加工方法和装置
CN106311868B (zh) 一种降低金刚石压头纳米印压单侧成孔圆度误差的方法
CN203782197U (zh) 一种基于激光诱导空化的金属表面强化装置
CN103343189B (zh) 一种组合式激光冲击强化厚板的方法
CN107570875B (zh) 一种变厚度接触膜的激光冲击波抛光工艺
Manju et al. Process parameters and thickness reduction in single point incremental forming

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180313

RJ01 Rejection of invention patent application after publication