[发明专利]一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置

说明书

本发明公开一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，该装置的结构包括高能脉冲激光、约束层、激光冲击波、吸收层、带微凹槽刚性接触膜。其具体过程是：高能脉冲激光透过约束层辐照在吸收层上，吸收层迅速汽化产生等离子体爆炸并诱导高压冲击波，在该冲击波的作用下，带有微凹槽的刚性接触膜将碾压微凸起，由于接触膜上开设有微凹槽，接触膜具有良好的柔性，更易于贴合在曲面上，并在抛光中保证抛光区域表面粗糙度的一致性，同时微凹槽的存在使接触膜底部在激光冲击波作用后能够恢复初始形状，不但能够在大面积抛光时保证工件表面抛光后的面型精度，并使接触膜可重复使用。本发明可应用于金属表面大面积自由曲面的抛光处理。

技术领域

本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置。

背景技术

抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。

现有技术中，机械抛光只能对规则表面进行抛光处理；化学抛光和电化学抛光耗时长、效率低；中国专利“一种基于激光冲击波的抛光方法及装置201410250823.X”提出通过控制激光冲击波的的峰值压力介于金属工件的动态屈服强度和雨贡纽极限HEL之间，通过多次冲击来熨平金属工件表面的微凸起，从而降低金属工件的表面粗糙度，该专利采用仅有下表面抛光处理的接触膜，未考虑到接触膜在碾压的过程中易产生较大斜度，从而造成碾压不均匀，同时在大面积抛光过程中，接触膜会在残余应力的作用下发生较大变形，从而影响工件抛光后的表面面型精度，同时光斑边缘的抛光效果较差，因此抛光效率低，无法获得较好的抛光效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置,以改善利用激光冲击波抛光金属工件中效率低、效果差的缺点。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种接触膜带有微凹槽的激光冲击波抛光装置，高能脉冲激光透过约束层作用于吸收层的上表面；约束层、吸收层、接触膜依次覆盖在金属工件的表面上，其特征在于：所述接触膜是带有微凹槽的接触膜；接触膜的上表层的横向和纵向开设有微凹槽阵列，微凹槽使接触膜的上表层被分割成多个小块。

所述接触膜的下表面经抛光处理，硬度高于金属工件的硬度。

所述接触膜厚度为50～150μm。

所述微凹槽深度h为接触膜厚度的60％～70％，宽度d为10～15μm，相邻微凹槽间的间距D为40～50μm。

所述的高能脉冲激光的脉宽范围为10～30ns，功率密度范围为10⁹～10¹⁰GW/cm²。

本发明的工作原理为：在激光冲击波抛光过程中，采用带微凹槽刚性接触膜，微凹槽的深度为接触膜厚度的60％～70％，凹槽的宽度为10～15μm，相邻凹槽间的间距为40-50μm，接触膜的上表层被这些微凹槽分割成多个微型小块。凹槽的深度为接触膜厚度的60％～70％，可以使接触膜具有良好的柔性，保证接触膜可以很好地贴合在工件表面，而开设有宽度仅为10～15μm、间距为40～50μm的凹槽，又可以保证接触膜具有足够的刚性，使接触膜具有良好的抛光效果，由于凹槽的宽度很小，激光冲击波并不会直接作用在接触膜下表层材料，下表层材料变形属于弹性变形，可以很好地恢复到初始状态；在高压激光冲击波作用下，当接触膜上表层不存在这些微凹槽时，接触膜的表层材料将会产生残余压应力，从而使接触膜发生反向变形，上表层开设宽度为10～15μm、间距为40～50μm的凹槽，可以很好的释放表层残余压应力，从而使接触膜不发生反向变形，保证了接触膜可以很好的贴合在工件表面。