[发明专利]一种水下激光冲击强化齿轮泵齿轮的装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于齿轮表面强化处理技术，特指一种高功率激光水下冲击强化齿轮泵齿轮的装置与方法。

背景技术

齿轮泵作为一种重要的液压动力元件在现代工业设备中的应用日益广泛，对齿轮泵性能的要求也越来越高。而齿轮泵中的一对齿轮是最关键的元件，齿轮的强度与泵的使用周期有着重要的关系，齿轮泵在服役过程中常因齿轮齿面磨损、塑性变形等因素导致齿轮泵的破坏、失效，因此有必要对齿轮泵齿轮进行表面强化处理，提高齿轮泵齿轮的接触强度、耐磨性和疲劳寿命。

激光表面强化是一种新型的齿轮表面强化技术，其能量清洁无污染，热影响区小，可以克服传统的齿轮表面强化工艺的硬化层分布不均、变形大等缺点。而水下激光冲击利用水约束气化物的扩散来增强冲击波强度和利用水传递冲击波，另外利用激光击穿水溶液产生空泡溃灭现象进一步加强冲击效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下激光冲击强化齿轮泵齿轮工件的装置和方法，用来提高齿轮表面冲击强化的质量和效率，减少齿轮表面强化工艺的能耗。

本发明采用的技术方案为：一种水下激光冲击强化齿轮泵齿轮的装置，包括激光发生系统和工件系统，所述激光发生系统由高功率脉冲激光发生装置、全反镜和激光加工头组成，其特征在于，所述激光加工头和所述工件系统均位于反应容器内，所述工件系统包括数字控制器、齿轮传动箱、三爪卡盘、多级芯轴、螺母、顶尖，工作台、升降机构、基座，所述多级芯轴依次由三爪卡盘固定段、过渡段和若干不同轴径大小的齿轮支撑段组成，所述三爪卡盘固定段固定在与所述齿轮传动箱相连的三爪卡盘内，所述每一段的齿轮支撑段上均设有和螺母相配合的螺纹，其中最小轴径的齿轮支撑段的端面中心孔与所述顶尖配合实现对所述多级芯轴的整体支撑定位；所述齿轮传动箱和所述顶尖位于所述工作台上，所述升降机构固定安装在所述工作台的下方，所述基座上设有X和Y向轨道，所述工作台的底部通过X和Y向导轨与所述基座上的X和Y向轨道相连；所述数字控制器通过控制所述升降机构来调节工作台的上下位移，所述数字控制器通过控制X和Y向导轨来调节工作台的左右位移；所述数字控制器通过控制所述齿轮传动箱的转动来调节多级芯轴的转速和转向。

上述方案中，还包括一个辅助系统，所述辅助系统由流量调节器、储液箱和电泵组成，所述流量调节器一端与所述反应容器的入水口相连，另一端与所述储液箱相连，所述电泵一端与所述储液箱相连，另一端与所述反应器下端的出水口相连，通过电泵使反应容器内的水溶液循环流动，所述流量调节器控制反应容器内水溶液的流动速度。

上述方案中，所述高功率脉冲激光发生装置、所述数字控制器和所述流量调节器均由计算机控制。

一种水下激光冲击强化齿轮泵齿轮的方法，包含以下步骤：

A. 预处理齿轮工件：用无水乙醇清洗齿轮工件表面，然后在齿轮表面均匀喷涂黑漆，黑漆厚度在0.16~0.4mm；

B. 齿轮工件的定位夹紧：将多级芯轴的三爪卡盘固定段固定在三爪卡盘里，把预处理后的齿轮工件根据其尺寸不同放置在对应的齿轮支撑段上，拧紧每一段齿轮支撑段上的螺母，实现齿轮工件在多级芯轴上的定位夹紧；用顶尖顶住多级芯轴端面的中心孔后摇动顶尖手柄锁紧顶尖，摇动三抓卡盘手柄实现多级芯轴的定位夹紧；

C． 调节数字控制器控制工作台、升降机构和齿轮传动箱，使得激光光斑中心位于齿轮工件的节度圆上，激光束与齿轮渐开线的切线大致垂直；

D． 向反应容器内注入水溶液至水面超出齿轮最高处20~40cm，调节流量调节器设置流量为0.6~1L/s，打开电泵使水溶液循环流动；

E． 打开高功率激光发生装置，通过计算机设置激光参数，高功率激光发生装置发出激光聚焦到齿轮表面，数字控制器控制齿轮传动箱、升降机构2和工作台3的动作次序来进行齿轮工件的激光冲击强化过程。

F．关闭所有装置，将冲击处理后的齿轮工件拆卸后，清除表面剩余的黑漆并用乙醇将表面清洗干净。

上述方法中，在螺母拧紧过程中，为了保护齿轮工件表面免受螺母压紧力的损害，可以在螺母和齿轮工件之间设置一个垫片。

上述方法中，高功率激光发生装置发出激光的激光参数为：激光波长1064nm，脉宽30ns，光斑直径6mm，激光能量32~50J，频率5HZ。