一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法，S1、确定需要进行激光冲击强化的区域；S2、确定激光斜入射角度α、反射角β和实际作用于该区域的激光光斑的面积S；S3、检测反射激光的能量E2；S4、确定激光器所需要发射出来的能量E0、激光光斑直径、激光脉冲宽度、冲击次数n以及冲击路径；S5、在阿尔门试片上进行预冲击，优化激光参数；S6、对待加工零件的区域进行激光斜冲击强化；S7、零件强化效果检测。本发明专利技术能更精准地对实际作用于零件的能量进行控制和调整，使零件能更好地被具有合适参数的激光加工，从而获得更好的冲击强化效果，提高零件的综合机械性能和力学性能，进而提高了加工的合格率，延长零件的使用寿命。

A Processing Method of Complex Parts Strengthened by Laser Oblique Shock

The invention discloses a processing method for complex parts strengthened by oblique laser shock, S1, determination of the region requiring laser shock strengthening, S2, determination of oblique laser incidence angle a, reflection angle beta and area S of laser spot actually acting on the region, S3, detection of energy E2 of reflected laser, S4, determination of energy E0, laser spot diameter and excitation required by laser. Optical pulse width, impact times N and impact path; S5, pre-impact on the Almen specimen to optimize laser parameters; S6, oblique laser shock strengthening on the processing parts area; S7, part strengthening effect detection. The invention can more accurately control and adjust the actual energy acting on the parts, so that the parts can be better processed by laser with appropriate parameters, thereby obtaining better impact strengthening effect, improving the comprehensive mechanical properties and mechanical properties of the parts, thereby improving the qualified rate of processing and prolonging the service life of the parts.

【技术实现步骤摘要】
一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法
本专利技术属于激光加工
，涉及一种激光加工方法，尤其是指一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法。
技术介绍
激光冲击强化是一种利用强短脉冲激光束与物质作用产生的力效应对材料进行改性，从而提高材料的抗疲劳、耐磨损和耐腐蚀等性能的新型表面强化技术。该技术被广泛应用于航空航天、能源、交通等高端装备领域。在加工过程中，激光垂直作用于零件加工区域，这样能量的利用效率达到最大，且方便调控实际作用于零件的能量大小。但是，对于形状复杂，激光无法垂直作用于冲击强化目标区域的零件，则需要进行激光斜冲击。例如发动机涡轮盘榫槽，齿轮齿面、曲轴连杆与轴颈连接处圆角等由于存在干涉，需要激光斜冲击强化工艺进行处理。激光工艺参数是影响激光冲击强化效果的重要因素，如果选择不当可能会减弱强化的效果甚至造成零件的报废。所以激光参数的精准控制至关重要。同时，采用激光斜冲击强化时，一方面由于激光的斜入射加大了激光的反射作用，造成激光能量的损失；另一方面，激光的斜入射会造成作用于零件表面的面积发生改变。除此之外，不同材料的约束层和吸收层也会影响激光的反射作用，造成实际作用于零件的激光能量与期望值存在偏差，导致激光冲击强化效果达不到所需的要求，从而造成加工零件的报废。因此，控制激光斜冲击作用于零件的实际能量是目前该
研究人员亟待解决的技术难题，具有重大的工程应用指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种实时调节激光能量，控制精确和提高加工质量的激光斜冲击强化复杂零件的加工方法。该方法通过检测冲击过程中反射激光的能量，计算出激光器所需发射出来的能量，并且对比判断加工过程中实际作用于零件冲击区域的能量，并实时改变发射出的能量以对入射到零件上的能量进行补偿，实现精确控制的目的，提高了冲击强化的效果，提高了零件的质量和合格率。本专利技术的目的可采用以下技术方案来达到：一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法，包括以下步骤：S1、对待加工零件进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的区域；S2、根据待加工零件结构特征，确定激光斜入射角度α的值，以获得斜入射角α对应的反射角β，通过斜入射角度α获得实际作用于该区域的激光光斑的面积S；S3、在激光反射路径上设置激光能量测定仪，用于检测反射激光的能量E2；S4、根据待加工零件的材料和冲击区域所需要的强化强度，选取得出实际作用于待加工零件的冲击强化区域的激光功率密度I，以及激光冲击强化的激光脉冲宽度τ；并通过功率密度I＝E1/(s×τ)得出实际作用于冲击强化区域的激光能量E1，根据E1初步确定激光器所需要发射出来的能量E0、激光光斑直径、激光脉冲宽度、冲击次数n以及冲击路径，E0大于E1；S5、根据步骤S4初步确定的激光参数在阿尔门试片上进行预冲击，优化激光参数；S6、根据步骤S5优化所得的参数对待加工零件的区域进行激光斜冲击强化；根据步骤S5优化所得的参数对待加工零件进行激光冲击强化，至第n次激光冲击强化；每进行一次激光冲击强化，计算激光作用于待加工零件表面的实际能量E3，E3＝激光器发射的能量E0-反射激光的能量E2，并将其与S4的能量E1相比较：1)如果E3小于E1，则对该冲击区域进行一次补偿冲击；2)如果E3大于E1，则在下一次冲击时减小该区域的冲击能量；S7、零件强化效果检测：1)如果已加工零件符合要求，则加工完成；2)如果已加工零件不符合要求：2.1)则判断已加工零件是否可以进行修复，如果可以则重复S1-S6步骤；2.2)如果不可以则报废已加工零件。进一步地，所述S1的具体内容为：运用有限元软件对待加工零件进行受力分析和振动分析，并根据分析结果，确定零件的薄弱区域，再结合待加工零件使用过程中的出现的失效形式，最终确定需要冲击强化的区域。进一步地，所述S4的具体内容为：根据E1初步确定激光器所需要发射出来的能量E0比E1大2～4J。进一步地，所述S5的具体内容为：运用激光冲击强化系统，根据步骤S4初步确定的激光参数对阿尔门试片进行激光冲击强化试验，并通过激光能量测定仪检测激光斜冲击时反射激光的能量E2和检验冲击后阿尔门试片的强化效果，再根据强化的效果与能量E2的大小来调整优化激光工艺参数。进一步地，所述S4的具体内容为：所述步骤S4中实际作用于待加工零件的激光能量产生的冲击波压力峰值由功率密度I确定，冲击波压力峰值在材料的2σHEL到2.5σHEL之间进一步地，所述S5的具体内容为：所选用的阿尔门试片材料与待加工零件的冲击区域材料相同。进一步地，所述S5的具体内容为：所述激光能量测量仪与计算机控制系统通信连接，激光能量测量仪将检测数据传输到计算机控制系统进行数据分析和对比判断。进一步地，所述有限元软件为ANSYS。实施本专利技术，具有如下有益效果：本专利技术通过检测冲击过程中反射激光的能量，得出激光器所需发射出来的能量，并且将初步确定的激光参数在阿尔门试片上进行预冲击，优化激光参数，使得激光的加工参数能更好地适合待加工零件的加工要求，从而起到更好的冲击强化效果。在加工过程中，每进行一次激光冲击强化后计算激光作用于待加工零件表面的实际能量E3与期待值E1进行对比判断，然后实时改变下一次入射能量以进行补偿。通过该方法能更精准地对实际作用于零件的能量进行控制和调整，使零件能更好地被具有合适参数的激光加工，从而获得更好的冲击强化效果，提高零件的综合机械性能和力学性能，进而提高了加工的合格率，延长零件的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术激光斜冲击强化复杂零件的加工方法的流程图；图2是本专利技术激光斜冲击强化复杂零件的加工方法的原理示意图；图3是本专利技术激光斜冲击强化复杂零件的加工方法的加工系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：参见图1至图3，本实施例涉及激光斜冲击强化复杂零件的加工方法，包括以下步骤：S1、对待加工零件1进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的区域；运用有限元软件ANSYS对待加工零件1进行受力分析和振动分析，并根据分析结果，确定零件的薄弱区域，再结合待加工零件1使用过程中的常出现的失效形式，最终确定需要冲击强化的区域；S2、根据待加工零件1结构特征，确定激光斜入射角度α的值，以获得斜入射角α对应的反射角β，通过斜入射角度α获得实际作用于该区域的激光光斑的面积S；S3、在激光反射路径上设置激光能量测定仪10，用于检测反射激光的能量E2；S4、根据待加工零件1的材料和冲击区域所需要的强化强度，选取得出实际作用于待加工零件1的冲击强化区域的激光功率密度I，以及激光冲击强化的激光脉冲宽度τ；并通过功率密度I＝E1/(s×τ)得出实际作用于冲击强化区域的激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对待加工零件进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的区域；S2、根据待加工零件结构特征，确定激光斜入射角度α的值，以获得斜入射角α对应的反射角β，通过斜入射角度α获得实际作用于该区域的激光光斑的面积S；S3、在激光反射路径上设置激光能量测定仪，用于检测反射激光的能量E2；S4、根据待加工零件的材料和冲击区域所需要的强化强度，选取得出实际作用于待加工零件的冲击强化区域的激光功率密度I，以及激光冲击强化的激光脉冲宽度τ；并通过功率密度I＝E1/(s×τ)得出实际作用于冲击强化区域的激光能量E1，根据E1初步确定激光器所需要发射出来的能量E0、激光光斑直径、激光脉冲宽度、冲击次数n以及冲击路径，E0大于E1；S5、根据步骤S4初步确定的激光参数在阿尔门试片上进行预冲击，优化激光参数；S6、根据步骤S5优化所得的参数对待加工零件的区域进行激光斜冲击强化；根据步骤S5优化所得的参数对待加工零件进行激光冲击强化，至第n次激光冲击强化；每进行一次激光冲击强化，计算激光作用于待加工零件表面的实际能量E3，E3＝激光器发射的能量E0‑反射激光的能量E2，并将其与S4的能量E1相比较：1)如果E3小于E1，则对该冲击区域进行一次补偿冲击；2)如果E3大于E1，则在下一次冲击时减小该区域的冲击能量；S7、零件强化效果检测：1)如果已加工零件符合要求，则加工完成；2)如果已加工零件不符合要求：2.1)则判断已加工零件是否可以进行修复，如果可以则重复S1‑S6步骤；2.2)如果不可以则报废已加工零件。...

【技术特征摘要】
1.一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对待加工零件进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的区域；S2、根据待加工零件结构特征，确定激光斜入射角度α的值，以获得斜入射角α对应的反射角β，通过斜入射角度α获得实际作用于该区域的激光光斑的面积S；S3、在激光反射路径上设置激光能量测定仪，用于检测反射激光的能量E2；S4、根据待加工零件的材料和冲击区域所需要的强化强度，选取得出实际作用于待加工零件的冲击强化区域的激光功率密度I，以及激光冲击强化的激光脉冲宽度τ；并通过功率密度I＝E1/(s×τ)得出实际作用于冲击强化区域的激光能量E1，根据E1初步确定激光器所需要发射出来的能量E0、激光光斑直径、激光脉冲宽度、冲击次数n以及冲击路径，E0大于E1；S5、根据步骤S4初步确定的激光参数在阿尔门试片上进行预冲击，优化激光参数；S6、根据步骤S5优化所得的参数对待加工零件的区域进行激光斜冲击强化；根据步骤S5优化所得的参数对待加工零件进行激光冲击强化，至第n次激光冲击强化；每进行一次激光冲击强化，计算激光作用于待加工零件表面的实际能量E3，E3＝激光器发射的能量E0-反射激光的能量E2，并将其与S4的能量E1相比较：1)如果E3小于E1，则对该冲击区域进行一次补偿冲击；2)如果E3大于E1，则在下一次冲击时减小该区域的冲击能量；S7、零件强化效果检测：1)如果已加工零件符合要求，则加工完成；2)如果已加工零件不符合要求：2.1)则判断已加工零件是否可以进行修复，如果可以则重复S1-S6步骤；2.2)如果不可以则报废已加工零件。2.根据权利要求1所述的一种激光斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永康，林超辉，杨丰槐，李佳敏，杨钞，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44