CN115042097A - 基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备及方法,容纳腔侧壁固设有电源和激光器,套管固设于加工腔顶部,且套管与激光器输出端连接,套管内依次固设有透镜和反射镜,且套管与激光处理器输入端连通,激光处理器输出端固设有聚焦器,加压罐固设于容纳腔底部,储料斗设置于加压罐一侧,且加压罐通过加压管与储料斗连通,进料管一端与储料斗连通,进料管另一端延伸至加工腔内与射流喷头固定连接;以及设置于加工腔内用于夹持待加工件的夹持机构。在待加工件加工过程中,激光辅助机构和高压喷射机构相互配合,能够在待加工件表面形成相互叠加的强化研磨层,从而大大提高了工件表面质量,同时也有助于缩短加工时间,提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及研磨设备技术领域,更具体的,涉及一种基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备及方法。
背景技术
随着现代工业技术的发展,人们对机械装备的安全可靠性能和寿命要求越来越高,例如飞机、装甲车、船舶、机车、汽车、内燃机、汽轮机、冶金机械、石油机械、采煤机械、矿山机械等;其中,凡是承受循环载荷的承力件,随时可能会因疲劳而出现零件断裂等现象,其后果不仅会造成财产损失,还会导致人员伤亡,因此提高机械零部件的疲劳强度和寿命具有重大意义。
现有技术中提出一些利用高速喷射研磨材料对工件进行撞击的加工方法,如申请公开号为CN101733707A的发明申请提出的一种强化研磨的新型加工方法,该加工方法利用强化研磨料以一定的角度高速冲击待加工靶面,切削加工的同时,在冲击区域形成具有一定深度的强化层,降低工件表面粗糙度的同时能够有效抑制表层微裂纹的产生,延长零部件的疲劳寿命,总体提升了工件的表面质量。但是,随着质量和要求的不断提升,上述强化加工技术存在以下的不足:1、上述加工方法通过高压气体对研磨料进行输送,并使得研磨料高速撞击在工件表面,在实际加工中,如果想要获得更高动能的研磨料,就要提高输送气体的压力,但是受到相应的技术限制,输送气体压力不能无上限地提高,使得加工效果难以保证。2、射流冲击强化改性研磨加工过程由于技术受限,轴承加工时长较长,加工效率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有高速喷射研磨加工设备加工效率不高,且加工效果难以保证。为了克服现有技术的缺陷,本发明提出一种基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备及方法,在待加工件加工过程中,激光辅助机构和高压喷射机构相互配合,能够在待加工件表面形成相互叠加的强化研磨层,从而大大提高了工件表面质量,同时也有助于缩短加工时间,提高加工效率。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,包括:
箱体,箱体内开设有加工腔和容纳腔;
激光辅助机构,激光辅助机构包括电源、激光器、套管、透镜、反射镜、激光处理器和聚焦器,容纳腔侧壁固设有电源和激光器,且电源和激光器电性连接,套管固设于加工腔顶部,且套管与激光器输出端连接,套管内依次固设有透镜和反射镜,激光处理器固设于套管下方,且套管与激光处理器输入端连通,激光处理器输出端固设有聚焦器;
高压喷射机构,高压喷射机构包括加压罐、加压管、储料斗、进料管和射流喷头,加压罐固设于容纳腔底部,储料斗设置于加压罐一侧,且加压罐通过加压管与储料斗连通,进料管一端与储料斗连通,进料管另一端延伸至加工腔内与射流喷头固定连接;
以及设置于加工腔内用于夹持待加工件的夹持机构。
在本发明较佳的技术方案中,所述反射镜倾斜设置。
在本发明较佳的技术方案中,所述储料斗上还固设有放料斗,且放料斗顶端与所述加工腔连通。
在本发明较佳的技术方案中,所述加压管上还固设有旋转开关。
在本发明较佳的技术方案中,所述夹持机构包括旋转辊、橡胶固定块和弹性垫片,旋转辊转动连接于所述加工腔侧壁,橡胶固定块固设于旋转辊的自由端,橡胶固定块上还卡接有弹性垫片。
在本发明较佳的技术方案中,所述箱体一侧转动连接有门板。
一种用于研磨加工设备的加工方法,其包括以下步骤:
将待加工件固定在夹持机构上,并控制夹持机构转动;
由电源驱动激光器工作,激光器产生激光束并射向套管内,由透镜将激光束转变为平行光,并由反射镜将平行光反射至激光处理器内,然后通过聚焦器聚焦后射向待加工件表面;
与此同时,扭动旋转开关将加压管打开,利用加压罐将储料斗内的研磨料由射流喷头喷向待加工件外表面。
本发明的有益效果为:
本发明提出的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备及方法,在待加工件加工过程中,激光辅助机构和高压喷射机构相互配合,能够在待加工件表面形成相互叠加的强化研磨层,从而大大提高了工件表面质量,同时也有助于缩短加工时间,提高加工效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备的整体透视结构示意图;
图2是本发明具体实施方式提供的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备的立体外形结构图。
图中:
1、箱体;11、加工腔;12、容纳腔;2、激光辅助机构;21、电源;22、激光器;23、套管;24、透镜;25、反射镜;26、激光处理器;27、聚焦器;3、高压喷射机构;31、加压罐;32、加压管;33、储料斗;34、进料管;35、射流喷头;36、放料斗;37、旋转开关;4、夹持机构;41、旋转辊;42、橡胶固定块;43、弹性垫片;5、门板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-2所示,实施例中提供的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,包括:
箱体1,箱体1内开设有加工腔11和容纳腔12;
激光辅助机构2,激光辅助机构2包括电源21、激光器22、套管23、透镜24、反射镜25、激光处理器26和聚焦器27,容纳腔12侧壁固设有电源21和激光器22,且电源21和激光器22电性连接,套管23固设于加工腔11顶部,且套管23与激光器22输出端连接,套管23内依次固设有透镜24和反射镜25,激光处理器26固设于套管23下方,且套管23与激光处理器26输入端连通,激光处理器26输出端固设有聚焦器27;
高压喷射机构3,高压喷射机构3包括加压罐31、加压管32、储料斗33、进料管34和射流喷头35,加压罐31固设于容纳腔12底部,储料斗33设置于加压罐31一侧,且加压罐31通过加压管32与储料斗33连通,进料管34一端与储料斗33连通,进料管34另一端延伸至加工腔11内与射流喷头35固定连接;
以及设置于加工腔11内用于夹持待加工件的夹持机构4。
本实施例中,加工腔11位于容纳腔12一侧。容纳腔12侧壁还固设有用于安装电源21和激光器22的支架。电源21用于为激光器22供能,激光器22能够产生激光束。套管23横向固设于加工腔11内,且套管23为密封结构,能够将激光束限制在套管23内部,进而能够避免传播过程中受到外界环境光的影响。透镜24为微透镜,由于激光器22发出的激光束为发散的,使得激光束在传播过程中,光功率密度会逐渐降低,透镜24能够将发散的激光束转变成为平行光,使得光线始终沿着平行方向直线传播。反射镜25用于改变光路传播路径,使其折射到激光处理器26内。激光处理器26用于接收激光,并对其进行处理,以形成线型、点状或较大横截面积的激光束。聚焦器27用于聚拢激光束,且聚焦器27的焦点正好位于待加工件表面,从而能够提高激光研磨工件表面的效率。加压罐31内储存有高压气体,储料斗33内储存有研磨料,研磨料由钢珠、研磨粉和研磨液混合而成。射流喷头35设置于加工腔11内,且射流喷头35出口对准待加工件设置,使得研磨料能够正好喷到待加工件表面。
具体的,反射镜25倾斜设置。
本实施例中,套管23侧面还开设有通孔,且通孔位于反射镜25的正下方,激光处理器26的输出端与通孔连接,且激光处理器26与通孔的中心线重合。在本实施例中反射镜25的倾斜角度为45°,用于将横向传播的光线改变为竖向传播的光线,进而使得激光器22的摆放位置不受限制,从而能够显著的缩小装置的体积。
具体的,储料斗33上还固设有放料斗36,且放料斗36顶端与加工腔11连通。
本实施例中,放料斗36为锥形漏斗,锥形漏斗底部输出端固定在储料斗33顶部,并与储料斗33连通,而锥形漏斗顶端固设在加工腔11底部,并与加工腔11连通,且锥形漏斗顶部端面与加工腔11底壁平齐,从而能够防止加工腔11内出现积料的情况。放料斗36用于将射流喷头35喷出的研磨料回收,使其重新落入到储料斗33内,从而达到重复利用研磨料的目的,节约了加工成本。
具体的,加压管32上还固设有旋转开关37。
本实施例中,旋转开关37能够控制加压管32的开口大小。通过控制加压管32的开口大小,以达到调节进入储料斗33内的高压气体的压力,进而改变射流喷头35喷出的力度的目的。当旋转开关37完全关闭后,加压罐31被完全封闭,此时加压罐31内的高压气体无法排出,高压喷射机构3会停止工作。
具体的,夹持机构4包括旋转辊41、橡胶固定块42和弹性垫片43,旋转辊41转动连接于加工腔11侧壁,橡胶固定块42固设于旋转辊41的自由端,橡胶固定块42上还卡接有弹性垫片43。
本实施例中,旋转辊41能够带动橡胶固定块42转动。橡胶固定块42可以为圆柱形,从而能够用于固定轴承等环形零部件,橡胶固定块42卡接于轴承的内圈,不会对轴承外圈的研磨加工产生干涉。且其具有弹性,不会损伤到轴承本体。弹性垫片43设置有两个,两个弹性垫片43分别位于橡胶固定块42的两侧,用于对轴承进行限位和固定,防止加工过程中,轴承在橡胶固定块42上滑动,影响表面加工质量。
具体的,箱体1一侧转动连接有门板5。
本实施例中,在将待加工件固定在橡胶固定块42上后,通过转动门板5将加工腔11封闭,能够防止高压喷射机构3喷出的研磨料飞溅到外界环境中,造成环境污染。
本发明还提供了采用前述基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备的加工方法,其包括以下步骤:
将待加工件固定在夹持机构4上,并控制夹持机构4转动,使得激光辅助机构2和高压喷射机构3能够均匀作用于待加工件表面;
由电源21驱动激光器22工作,激光器22产生激光束并射向套管23内,由透镜24将激光束转变为平行光,并由反射镜25将平行光反射至激光处理器26内,然后通过聚焦器27聚焦后射向待加工件表面,对待加工件进行加工,从而在工件表面形成一定的强化层;
与此同时,扭动旋转开关37将加压管32打开,加压罐31内的高压气体通过加压管32进入到储料斗33内,进而使得高压气体和研磨料相混合,并通过进料管34输送,最后射流喷头35喷出撞击待加工件表面,从而在工件表面形成强化研磨层。
本发明提供的设备及方法,在工件加工过程中,由于激光加工和射流冲击加工同时工作,两者相互配合能够使得强化层和强化研磨层在加工件表面相互叠加,极大的提高了工件的表面质量,加工得到的工件强度更高。此外通过两种不同表面加工的方法对轴承进行强化,大大缩短加工时间,提高加工效率。
本发明是通过优选实施例进行描述的,本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,其特征在于,包括:
箱体(1),箱体(1)内开设有加工腔(11)和容纳腔(12);
激光辅助机构(2),激光辅助机构(2)包括电源(21)、激光器(22)、套管(23)、透镜(24)、反射镜(25)、激光处理器(26)和聚焦器(27),容纳腔(12)侧壁固设有电源(21)和激光器(22),且电源(21)和激光器(22)电性连接,套管(23)固设于加工腔(11)顶部,且套管(23)与激光器(22)输出端连接,套管(23)内依次固设有透镜(24)和反射镜(25),激光处理器(26)固设于套管(23)下方,且套管(23)与激光处理器(26)输入端连通,激光处理器(26)输出端固设有聚焦器(27);
高压喷射机构(3),高压喷射机构(3)包括加压罐(31)、加压管(32)、储料斗(33)、进料管(34)和射流喷头(35),加压罐(31)固设于容纳腔(12)底部,储料斗(33)设置于加压罐(31)一侧,且加压罐(31)通过加压管(32)与储料斗(33)连通,进料管(34)一端与储料斗(33)连通,进料管(34)另一端延伸至加工腔(11)内与射流喷头(35)固定连接;
以及设置于加工腔(11)内用于夹持待加工件的夹持机构(4)。
2.根据权利要求1所述的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,其特征在于:所述反射镜(25)倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,其特征在于:所述储料斗(33)上还固设有放料斗(36),且放料斗(36)顶端与所述加工腔(11)连通。
4.根据权利要求1所述的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,其特征在于:所述加压管(32)上还固设有旋转开关(37)。
5.根据权利要求1所述的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,其特征在于:所述夹持机构(4)包括旋转辊(41)、橡胶固定块(42)和弹性垫片(43),旋转辊(41)转动连接于所述加工腔(11)侧壁,橡胶固定块(42)固设于旋转辊(41)的自由端,橡胶固定块(42)上还卡接有弹性垫片(43)。
6.根据权利要求1所述的基于激光辅助的射流冲击强化改性研磨加工设备,其特征在于:所述箱体(1)一侧转动连接有门板(5)。
7.一种用于权利要求1-6任一项所述的研磨加工设备的加工方法,其特征在于,其包括如下步骤:
将待加工件固定在夹持机构(4)上,并控制夹持机构(4)转动;
由电源(21)驱动激光器(22)工作,激光器(22)产生激光束并射向套管(23)内,由透镜(24)将激光束转变为平行光,并由反射镜(25)将平行光反射至激光处理器(26)内,然后通过聚焦器(27)聚焦后射向待加工件表面;
与此同时,扭动旋转开关(37)将加压管(32)打开,利用加压罐(31)将储料斗(33)内的研磨料由射流喷头(35)喷向待加工件外表面。
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PB01 | Publication | ||
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