[发明专利]一种激光斜冲击强化复杂零件的加工方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，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。

背景技术

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技术领域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。

发明内容

本发明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。

本发明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；