CN1313217C - 快速制备树脂材料约束层的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种快速制备用于激光冲击强化与成形的树脂材料约束层的方法及装置，选择透明的树脂材料并与相应的有机溶剂进行混合，配比以能顺利喷出为准，纺形工件表面轮廓，计算出要喷涂的面积、厚度，编程输入电脑控制箱；将工件用机械手装夹好，控制箱控制机械手使工件表面对准涂层喷头进行涂层喷涂，同时检测反馈装置及时反馈喷涂厚度到控制箱，控制箱根据反馈信息来控制喷涂厚度、范围；涂层喷完后，控制箱操作机械手，调节工件表面方向对准喷涂粘接剂的喷头进行喷涂，检测反馈装置控制喷涂厚度以及范围；控制箱操作机械手，调节工件表面方向对准喷涂树脂材料的喷嘴进行喷涂，检测反馈装置控制喷涂厚度以及范围，最终形成树脂材料约束层。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造与激光应用技术领域，特指一种快速制备用于激光冲击强化与成形的树脂材料约束层的方法及其装置。
背景技术
激光冲击处理技术(LSP)是一种具有良好前景的加工手段，其原理是高能量短脉冲激光诱导的冲击波与材料相互作用。这一技术已在机械工程、航空航天、微电子、军事等各行各业中得到了广泛应用，目前该技术主要用于材料改性，冲击成型，以及无损检测等方面。
激光冲击处理技术中的约束层是指覆盖在受冲击材料表面的一层透明(对激光波长有良好的穿透性)物质，其对激光诱导的冲击波起到了约束作用，从而有效加大了冲击波对受冲击材料的作用时间和作用力。所以制备约束层是激光冲击技术中最为关键的技术之一。
目前可查阅文献，专利中的激光冲击处理的约束层一般为水，如美国专利US5744781“Method and apparatus for laser shock peening”就是采用流水为约束层；此外还有使用柔性贴膜作为约束层的，如我国专利CN 1404954“一种用于激光冲击处理的柔性贴膜”；以激光烧结树脂形成薄膜做约束层的美国专利US2003015508“UV curable overlays forlaser peening”。流水约束层不能保证水约束层厚度的均匀性；流水与工件间有间隙影响加工效果；流水不能覆盖曲面；流水对涂层材料有溶解作用影响涂层对激光的吸收；流水的击穿效应影响加工效果。柔性贴膜虽然能解决前者的一些缺陷，但由于约束层为柔性，增效不如刚性的约束层明显，且柔性贴膜的选材、制作要求较高，因此成本也相对较高。激光烧结形成树脂薄膜时激光容易把涂层材料烧蚀，形成的薄膜很薄冲击效果不明显，加工设备成本很高，而且为了增加约束层的约束效果在薄膜上还要覆盖一层水，操作烦琐，机理复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速制备用于激光冲击强化与成形的树脂材料约束层的方法及其装置，以解决上述弊端。
一种快速制备树脂约束层的方法：
(1).选择透明的树脂材料并与相应的有机溶剂进行混合，形成混合溶液，树脂材料与有机溶剂的配比以能顺利喷出为准，仿形要加工的工件表面轮廓，计算出要喷涂的面积、厚度，编程输入电脑控制箱；
(2).将要加工的工件用机械手装夹好，控制箱控制机械手使工件表面对准涂层喷头进行涂层喷涂，同时在线实时检测反馈装置及时反馈喷涂厚度到控制箱，控制箱根据反馈信息来控制喷涂厚度、范围；
(3).涂层喷完后，控制箱操作机械手，调节工件表面方向对准喷涂粘接剂的喷头进行喷涂，在线实时检测反馈装置控制喷涂厚度以及范围；
(4).控制箱操作机械手，调节工件表面方向对准喷涂树脂材料的喷嘴进行喷涂，在线实时检测反馈装置控制喷涂厚度以及范围，最终形成树脂材料约束层，用压头在树脂材料表面进行滚压，消除气泡，使得树脂材料致密透明，使树脂材料与涂层之间的粘结更加牢固。
一种快速制备树脂约束层的装置，由激光光束控制系统组成，其特征在于：增加了实时检测反馈系统，涂层喷头，粘接剂喷头，树脂材料喷头，装夹工件的机械手，挤压树脂材料的压头以及电脑控制的操作箱，各喷头左、中、右成阶梯分布，依次为树脂材料喷头、粘接剂喷头、涂层喷头，激光光束控制系统在整个装置的中间上部位置，压头在激光光束控制系统的左边，在线实时检测系统位于压头和激光光束控制系统的中间，装夹工件的机械手在压头下方，所有的装置由操作箱控制，独立运作。
本发明的优点如下：
(1)本方法能够适用于曲面加工，对于小面积凹凸坑激光冲击处理有一定的应用价值。
(2)本方法采用传统的喷涂方法加上在线检测反馈系统可以制备厚度均匀的涂层和约束层。
(3)本方法采用粘接剂粘结约束层与工件，无需要夹具夹紧约束层，能够方便加工。
(4)本方法采用的树脂材料有别于玻璃，软化温度较低，凝固速度快，利于去除残留物质，残留的树脂材料可以进行再加工成为新的喷涂原料。
(5)本装置实时检测反馈系统，可实现在线检测与操作同时进行，准确的进行编程数字化加工，减少误差。
(6)本装置的压头涂有脱粘剂，可以使树脂材料致密，增加透明度，可以消除气泡和空隙，增加各界面间的粘接性能。
附图说明
图1：用于激光冲击处理树脂快速制备约束层的装置
图2：工件表面喷涂涂层、粘接剂和树脂材料的厚度示意图
1.装夹工件机械手 2.涂层喷头 3.粘接剂喷头 4.树脂材料喷头 5.激光光束控制系统
6.实时检测反馈系统 7.压头 8.操作箱 9.树脂材料约束层 10.拈接剂 11.涂层
具体实施方式
实施例1 选择聚苯乙烯树脂并与有机溶剂苯进行混合，形成混合溶液，聚苯乙烯树脂与苯的体积比为1∶5，仿形要加工的工件表面轮廓，计算出要喷涂的面积、厚度，编程输入电脑控制箱；将要加工的工件用机械手(1)装夹好，控制箱(8)控制机械手(1)使工件表面对准涂层喷头(2)进行喷涂涂层，同时在线实时检测反馈装置(6)及时反馈喷涂厚度到控制箱(8)，控制箱(8)根据反馈信息来控制喷涂厚度、范围；涂层喷完后，控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂粘接剂的喷头(3)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂树脂材料的喷嘴(4)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；最终形成树脂材料约束层(9)，用压头(7)在树脂材料表面进行滚压，消除气泡，使得树脂材料致密透明，使树脂材料与涂层之间的粘结更加牢固。
实施例2 选择聚碳酸酯树脂并与有机溶剂苯进行混合，形成混合溶液，聚碳酸酯树脂材料与苯的体积比为1∶10，仿形要加工的工件表面轮廓，计算出要喷涂的面积、厚度，编程输入电脑控制箱；将要加工的工件用机械手(1)装夹好，控制箱(8)控制机械手(1)使工件表面对准涂层喷头(2)进行喷涂涂层，同时在线实时检测反馈装置(6)及时反馈喷涂厚度到控制箱(8)，控制箱(8)根据反馈信息来控制喷涂厚度、范围；涂层喷完后，控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂粘接剂的喷头(3)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂树脂材料的喷嘴(4)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；最终形成树脂材料约束层(9)，用压头(7)在树脂材料表面进行滚压，消除气泡，使得树脂材料致密透明，使树脂材料与涂层之间的粘结更加牢固。
实施例3 选择有机玻璃并与有机溶剂苯进行混合，形成混合溶液，有机玻璃树脂与苯的体积比为1∶15，仿形要加工的工件表面轮廓，计算出要喷涂的面积、厚度，编程输入电脑控制箱；将要加工的工件用机械手(1)装夹好，控制箱(8)控制机械手(1)使工件表面对准涂层喷头(2)进行喷涂涂层，同时在线实时检测反馈装置(6)及时反馈喷涂厚度到控制箱(8)，控制箱(8)根据反馈信息来控制喷涂厚度、范围；涂层喷完后，控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂粘接剂的喷头(3)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂树脂材料的喷嘴(4)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；最终形成树脂材料约束层(9)，用压头(7)在树脂材料表面进行滚压，消除气泡，使得树脂材料致密透明，使树脂材料与涂层之间的粘结更加牢固。
Claims (3)
1.一种快速制备用于激光冲击强化与成形的树脂材料约束层的方法，其特征在于：选择透明的树脂材料并与相应的有机溶剂进行混合，树脂材料与有机溶剂的配比以能顺利喷出为准，仿形工件表面轮廓，计算出要喷涂的面积、厚度，编程输入电脑控制箱；将工件用机械手(1)装夹好，控制箱控制机械手使工件表面对准涂层喷头(2)进行涂层喷涂，同时在线实时检测反馈装置(6)及时反馈喷涂厚度到控制箱(8)，控制箱(8)根据反馈信息来控制喷涂厚度、范围；涂层喷完后，控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂粘接剂的喷头(3)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围；控制箱(8)操作机械手(1)，调节工件表面方向对准喷涂树脂材料的喷嘴(4)进行喷涂，在线实时检测反馈装置(6)控制喷涂厚度以及范围，形成树脂材料约束层。
2.根据权利要求1所述的一种快速制备用于激光冲击强化与成形的树脂材料约束层的方法，其特征在于：用压头(7)在树脂材料表面进行滚压。
3.一种快速制备用于激光冲击强化与成形的树脂材料约束层的装置，其特征在于：增加了实时检测反馈系统(6)，涂层喷头(2)，粘接剂喷头(3)，树脂材料喷头(4)，装夹工件的机械手(1)，挤压树脂材料的压头(7)以及电脑控制的操作箱(8)；各喷头左、中、右成阶梯分布，依次为树脂材料喷头(4)、粘接剂喷头(3)、涂层喷头(2)，激光光束控制系统(5)在整个装置的中间上部位置，压头(7)在激光光束控制系统(5)的左边，在线实时检测系统(6)位于压头(7)和激光光束控制系统(5)之间，装夹工件的机械手(1)在压头(7)的下方。
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