CN110052703A - 连续激光与超声复合表面微加工系统及方法 - Google Patents

连续激光与超声复合表面微加工系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110052703A
CN110052703A CN201910435090.XA CN201910435090A CN110052703A CN 110052703 A CN110052703 A CN 110052703A CN 201910435090 A CN201910435090 A CN 201910435090A CN 110052703 A CN110052703 A CN 110052703A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
target
light
ultrasonic
continuous
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
CN201910435090.XA
Other languages
English (en)
Inventor
龙芋宏
焦辉
杨林帆
周嘉
赵要武
鲍家定
刘清原
黄宇星
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.)
Guilin University of Electronic Technology
Original Assignee
Guilin University of Electronic Technology
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 Guilin University of Electronic Technology filed Critical Guilin University of Electronic Technology
Priority to CN201910435090.XA priority Critical patent/CN110052703A/zh
Publication of CN110052703A publication Critical patent/CN110052703A/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
    • 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
    • B23K26/354—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种连续激光与超声复合表面微加工系统及方法，包括将连续激光器的激光束聚焦在靶材上的透镜、激光作用时间调节装置和靶材上下振幅调节装置，靶材上下振幅调节装置包括由超声波发生器控制的超声波变幅杆，变幅杆通过固定夹具安装于CNC数控平台上，靶材安装于变幅杆上；激光作用时间调节装置包括调速器控制转速的挡光转盘，挡光转盘上圆周均布开设有调节激光通过比的透光口，挡光转盘由升降机构和左右移动机构调节其在透镜与靶材之间的位置。本发明利用激光熔凝淬火原理提高靶材表面的表面性能，将靶材固定在超声波变幅杆上，加快靶材表面的对流换热，增强冷却效果，抛出熔渣、均匀化加工区域和细化晶粒的作用。

Description

连续激光与超声复合表面微加工系统及方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术，具体为一种连续激光与超声复合表面微加工系统及方法。
背景技术
连续激光由于其激光能量输出连续稳定的特点，常用来完成激光切割、激光焊接和激光熔覆等工作，具有比脉冲激光更高的加工效率，但利用连续激光进行连续打孔(如规则的阵列凹坑)和表面处理(如凹槽纹理)相对较难，因为连续激光不利于连续打孔操作，同时连续激光的作用会因为过度的热量输入影响加工尺寸精度和基材组织。
激光熔凝硬化技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程，获得的熔凝淬火组织非常致密。该技术不仅能改善工件表面原有的气孔、裂纹、杂质等缺陷，还能提高表面硬度等性能。激光表面织构技术是利用激光快速熔融作用，在工件表面加工一定形状和分布的微细形貌，该技术加工速度快、对环境无污染及形状尺寸可控性好，主要应用于优化表面摩擦学特性，提高零部件性能和服役寿命，激光织构往往采用脉冲激光进行加工，但在加工过程中加工区域存在的一定的不均性，主要是因为一些熔渣堆积。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种优化表面摩擦学特性、提高零部件性能和服役寿命的连续激光与超声复合表面微加工系统及方法。
能够解决上述技术问题的连续激光与超声复合表面微加工系统，其技术方案包括将连续激光器发射的激光束向下聚焦在靶材上的透镜，所不同之处在于还包括激光作用时间调节装置和靶材上下振幅调节装置，其中：
1、所述靶材上下振幅调节装置包括由超声波发生器控制的超声波变幅杆，所述超声波变幅杆通过固定夹具安装于CNC数控平台上，所述靶材安装于超声波变幅杆上。
2、所述激光作用时间调节装置包括由调速器控制转速的挡光转盘，所述挡光转盘上圆周均布开设有调节激光通过比的透光口，所述挡光转盘由升降机构和左右移动机构调节其在透镜与靶材之间的位置。
所述透光口优选采用扇形口。
所述挡光转盘的不透光部位设有由高反射率材质构成的镜面涂层，以避免激光灼烧坏盘体。
常规上，所述升降机构和左右移动机构均为滚珠丝杆螺母传动机构。
采用连续激光与超声复合表面微加工系统对靶材的表面进行激光加工的方法，其方案步骤为：
1、将超声波变幅杆固装在CNC数控平台的固定夹具上，然后将靶材装夹在超声波变幅杆上，运行CNC数控平台将靶材移送至透镜的焦点处。
2、打开连续激光器，通过升降机构和左右移动机构调节挡光转盘于透镜与靶材之间的位置，使得聚焦的激光束能够通过挡光转盘的透光口照射到靶材的表面上。
3、调节激光束到所需功率，启动调速器调节挡光转盘的转速，开启超声波发生器调节好超声波变幅杆的振幅，按照预先设置的程序运行CNC数控平台而进行激光对靶材表面的加工处理。
4、激光完成对靶材表面的加工处理后，关闭连续激光器，关闭调速器和超声波发生器，停止CNC数控平台的运行，将靶材从超声波变幅杆上取下并进行后续处理和观测。
本发明的有益效果：
1、本发明连续激光与超声复合表面微加工系统及方法采用激光熔凝淬火原理和超声振动作用的结合，一方面利用激光熔凝淬火原理提高靶材表面的表面性能，另一方面，将靶材固定在上下振动的超声变幅杆上，超声振动加快靶材表面的对流换热，增强冷却效果，同时超声振动起到抛出熔渣、均匀化加工区域和细化晶粒的作用。
2、本发明利用连续激光结合转盘转动控制激光加热和冷却时间，同时结合激光熔凝淬火原理和超声振动的作用，在靶材表面加工出一定形状和分布的微观形貌(孔形、矩形、槽形等)，改变靶材表面的摩擦学特性，提高表面性能。
3、本发明为连续激光提供了新的加工方法，增加了用途；利用激光熔凝淬火原理和超声振动作用，改善工件表面原有的气孔、裂纹、杂质等缺陷，提高靶材表面硬度和耐磨性，加工出特定孔分布和沟槽分布的表面结构，达到激光织构的效果。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的结构示意图。
图2为图1实施方式中挡光转盘的立体结构图。
图号标识：1、激光束；2、靶材；3、透镜；4、超声波变幅杆；5、固定夹具；6、CNC数控平台；7、超声波发生器；8、调速器；9、挡光转盘；10、升降机构；11、左右移动机构；12、透光口；13、保护箱。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明连续激光与超声复合表面微加工系统，包括连续激光器(激光功率密度选择为105W/cm2～108W/cm2)、激光作用时间调节装置和靶材上下振幅调节装置。
所述连续激光器的激光发射管口设有透镜3，所述透镜3将连续激光器发出的激光束1经发射管口后向下聚焦，如图1所示。
所述靶材上下振幅调节装置设于激光发射管口的透镜3下方，包括由超声波发生器7控制产生上、下振动的超声波变幅杆4(频率25kHz～40kHz，振幅2μm～10μm)，所述超声波变幅杆4安装于固定夹具5上，所述固定夹具5安装于CNC数控平台6上，靶材2装夹于超声波变幅杆4上，如图1所示。
所述激光作用时间调节装置设于透镜3与靶材2之间，包括设于保护箱13(上、下敞口)内并由调速器8控制转速的挡光转盘9，所述挡光转盘9上圆周均布开设有调节激光通过比的透光口12(优选采用扇形口)，所述保护箱13可通过升降机构10上、下调节位置和通过左右移动机构11前、后、左、右调节位置，所述升降机构10和左右移动机构11均采用高精度的滚珠丝杆螺母传动机构，如图1所示。
如图2所示为挡光转盘9的一种结构形式，所述挡光转盘9上开设有上、下对称的两个扇形透光口12，各透光口12的扇形角在90°～180°之间，两个扇形透光口12除外的挡光转盘9的挡光面上设有高反射率材质(Cu、Mo、Au等)的涂层，并对涂层处理成高反射率的镜面，以此来防止挡光转盘9的挡光面被激光灼伤。
所述挡光转盘9以不同转速进行转动，调节激光束1通过挡光转盘9到达靶材2表面进行加工的时间，激光束1照射在挡光转盘9不透光部分而产生加工的间歇时间，通过这种间歇式的激光作用，调节激光传热和冷却时间，防止过量的能量积累损伤靶材2表面基材。
激光间歇冷却时间的计算公式为其中θ为各挡光部分的角度，n为转速，单位r/min，转速选择为60r/min～220000r/min；间歇时间内靶材2的移动距离s＝vt，其中v为进给速度，进给速度v选择为1mm/s～100mm/s。
本发明连续激光与超声复合表面微加工方法，其方案步骤为：
1、先将超声波变幅杆4固装于CNC数控平台6的固定夹具5上，再将靶材2装夹在超声波变幅杆4上，运行CNC数控平台7将靶材2移送至透镜3的焦点(焦距)处。
2、打开连续激光器，通过升降机构10和左右移动机构11调节挡光转盘9于透镜3与靶材2之间的合适位置，使得聚焦的激光束1能够通过挡光转盘9的透光口12照射到靶材2的表面上。
3、调节激光束1到所需功率，启动调速器9调节挡光转盘9的转速，开启超声波发生器7调节超声波变幅杆4的上、下振动，按照预先设置的程序运行CNC数控平台6(控制进给速度和方向)而进行激光对靶材2表面的加工处理。
4、激光完成对靶材2表面的加工处理后，关闭连续激光器，关闭调速器9和超声波发生器7，停止CNC数控平台6的运行，将靶材2从超声波变幅杆4上取下并进行后续处理和观测。

Claims (5)

1.连续激光与超声复合表面微加工系统，包括将连续激光器发射的激光束(1)向下聚焦在靶材(2)上的透镜(3)，其特征在于还包括激光作用时间调节装置和靶材上下振幅调节装置，其中：
所述靶材上下振幅调节装置包括由超声波发生器(7)控制的超声波变幅杆(4)，所述超声波变幅杆(4)通过固定夹具(5)安装于CNC数控平台(6)上，所述靶材(2)安装于超声波变幅杆(4)上；
所述激光作用时间调节装置包括由调速器(8)控制转速的挡光转盘(9)，所述挡光转盘(9)上圆周均布开设有调节激光通过比的透光口(12)，所述挡光转盘(9)由升降机构(10)和左右移动机构(11)调节其在透镜(3)与靶材(2)之间的位置。
2.根据权利要求1所述的连续激光与超声复合表面微加工系统，其特征在于：所述透光口(12)为扇形口。
3.根据权利要求所述1的连续激光与超声复合表面微加工系统，其特征在于：所述挡光转盘(9)的不透光部位设有由高反射率材质构成的镜面涂层。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的连续激光与超声复合表面微加工系统，其特征在于：所述升降机构(10)和左右移动机构(11)均为滚珠丝杆螺母传动机构。
5.连续激光与超声复合表面微加工方法，其特征在于采用了如权利要求1～3中任意一项所述的连续激光与超声复合表面微加工系统，其方案步骤为：
①、先将超声波变幅杆(4)固装于CNC数控平台(6)上的固定夹具(5)，再将靶材(2)装夹在超声波变幅杆(4)上，运行CNC数控平台(6)将靶材(2)移送至透镜(3)的焦点处；
②、打开连续激光器，通过升降机构(10)和左右移动机构(11)调节挡光转盘(9)于透镜(3)与靶材(2)之间的位置，使得聚焦的激光束(1)能够通过挡光转盘(9)的透光口(12)照射到靶材(2)的表面上；
③、调节激光束(1)到所需功率，启动调速器(9)调节挡光转盘(9)的转速，开启超声波发生器(7)调节超声波变幅杆(4)的振幅，按照预先设置的程序运行CNC数控平台(6)而进行激光对靶材(2)表面的加工处理；
④、激光完成对靶材(2)表面的加工处理后，关闭连续激光器，关闭调速器(9)和超声波发生器(7)，停止CNC数控平台(6)的运行，将靶材(2)从超声波变幅杆(4)上取下并进行后续处理和观测。
CN201910435090.XA 2019-05-23 2019-05-23 连续激光与超声复合表面微加工系统及方法 Pending CN110052703A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910435090.XA CN110052703A (zh) 2019-05-23 2019-05-23 连续激光与超声复合表面微加工系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910435090.XA CN110052703A (zh) 2019-05-23 2019-05-23 连续激光与超声复合表面微加工系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110052703A true CN110052703A (zh) 2019-07-26

Family

ID=67324231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910435090.XA Pending CN110052703A (zh) 2019-05-23 2019-05-23 连续激光与超声复合表面微加工系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110052703A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112077446A (zh) * 2020-07-31 2020-12-15 南京航空航天大学 一种织构化表面一维超声振动辅助激光加工装置与方法
CN112540083A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 深圳中科飞测科技股份有限公司 检测系统及基于检测系统的检测方法
CN112570912A (zh) * 2021-01-15 2021-03-30 成都市新都区额啦起商贸有限公司 一种减少工作人员眼部疲劳且避免锥度的激光钻孔机
CN114277370A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 浙江工业大学 用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法
CN114277242A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 浙江工业大学 一种基于超声振动辅助激光重熔的周期性表面结构成形方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4462660A (en) * 1981-08-06 1984-07-31 Centre De Recherches Metallurgiques-Centrum Voor Research In De Metallurgie Modulating a laser beam
JPH05167159A (ja) * 1991-12-12 1993-07-02 Mitsubishi Electric Corp レーザパワー減衰装置
CN1745954A (zh) * 2005-10-09 2006-03-15 武汉华工激光工程有限责任公司 轧辊激光毛化机床
CN202877728U (zh) * 2012-09-14 2013-04-17 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 薄型材料的激光打孔装置
CN103215411A (zh) * 2013-02-06 2013-07-24 武汉新瑞达激光工程有限责任公司 一种激光淬火方法及装置
CN203265911U (zh) * 2013-06-03 2013-11-06 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 单头双光点辊类表面激光毛化加工装置
CN203265910U (zh) * 2013-03-25 2013-11-06 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 固体激光珩磨加工装置
US20150041025A1 (en) * 2012-03-19 2015-02-12 Bae Systems Plc Additive layer manufacturing
CN106238918A (zh) * 2016-09-27 2016-12-21 广东工业大学 一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法
CN109355462A (zh) * 2018-12-12 2019-02-19 武汉华工激光工程有限责任公司 一种激光选区淬火的工艺方法及装置
CN209986397U (zh) * 2019-05-23 2020-01-24 桂林电子科技大学 连续激光与超声复合表面微加工系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4462660A (en) * 1981-08-06 1984-07-31 Centre De Recherches Metallurgiques-Centrum Voor Research In De Metallurgie Modulating a laser beam
JPH05167159A (ja) * 1991-12-12 1993-07-02 Mitsubishi Electric Corp レーザパワー減衰装置
CN1745954A (zh) * 2005-10-09 2006-03-15 武汉华工激光工程有限责任公司 轧辊激光毛化机床
US20150041025A1 (en) * 2012-03-19 2015-02-12 Bae Systems Plc Additive layer manufacturing
CN202877728U (zh) * 2012-09-14 2013-04-17 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 薄型材料的激光打孔装置
CN103215411A (zh) * 2013-02-06 2013-07-24 武汉新瑞达激光工程有限责任公司 一种激光淬火方法及装置
CN203265910U (zh) * 2013-03-25 2013-11-06 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 固体激光珩磨加工装置
CN203265911U (zh) * 2013-06-03 2013-11-06 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 单头双光点辊类表面激光毛化加工装置
CN106238918A (zh) * 2016-09-27 2016-12-21 广东工业大学 一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法
CN109355462A (zh) * 2018-12-12 2019-02-19 武汉华工激光工程有限责任公司 一种激光选区淬火的工艺方法及装置
CN209986397U (zh) * 2019-05-23 2020-01-24 桂林电子科技大学 连续激光与超声复合表面微加工系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王园园: "硬脆材料激光与超声复合加工", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 工程科技Ⅰ辑》, no. 2, pages 19 - 29 *
黄敏等: "表面热处理工艺对建筑结构钢耐磨损性能的影响", 《热加工工艺》, no. 8, pages 199 - 202 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112540083A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 深圳中科飞测科技股份有限公司 检测系统及基于检测系统的检测方法
CN112077446A (zh) * 2020-07-31 2020-12-15 南京航空航天大学 一种织构化表面一维超声振动辅助激光加工装置与方法
CN112570912A (zh) * 2021-01-15 2021-03-30 成都市新都区额啦起商贸有限公司 一种减少工作人员眼部疲劳且避免锥度的激光钻孔机
CN114277370A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 浙江工业大学 用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法
CN114277242A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 浙江工业大学 一种基于超声振动辅助激光重熔的周期性表面结构成形方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110052703A (zh) 连续激光与超声复合表面微加工系统及方法
CN103197420B (zh) 一种激光聚焦装置
CN100491048C (zh) 分光式激光毛化调制装置
US6787732B1 (en) Method for laser-scribing brittle substrates and apparatus therefor
US20120267345A1 (en) Method of manufacturing a component
CN103878495B (zh) 一种变焦距激光精密加工深槽深孔的方法及装置
CN110814544B (zh) 一种双激光复合切割的高精度制孔方法
CN204504505U (zh) 一种双光束组合式激光加工头
CN107127459A (zh) 一种金刚石刀具的激光精确加工方法
CN106498389B (zh) 基于多焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆装置
CN109332697B (zh) 一种选区激光熔化增材制造设备
CN106755756A (zh) 一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法
CN106541136A (zh) 一种可调节光斑能量分布的激光直接沉积成形系统及方法
CN113634769B (zh) 基于高斯光束、光束整形复合光束的金属slm打印系统
CN102962589A (zh) 一种脉冲激光穿孔装置及其穿孔方法
CN108188581B (zh) 一种送丝式激光增材制造方法
CN109454326A (zh) 一种透明材料激光辅助切削加工方法
CN203178573U (zh) 一种激光聚焦装置
CN109454325A (zh) 一种激光辅助切磨削加工透明硬脆材料的装置及其工艺
SU1743770A1 (ru) Способ лазерного легировани и наплавки
CN203003347U (zh) 一种脉冲激光穿孔装置
CN209986397U (zh) 连续激光与超声复合表面微加工系统
CN110722468B (zh) 一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置及方法
JP2019037997A (ja) レーザクラッディング装置
CN209239279U (zh) 一种光束整形系统

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