[发明专利]一种轴承外圈的激光冲击强化方法及其装置

说明书

本发明是一种轴承外圈的激光冲击强化方法及其装置，本发明通过激光冲击强化装置将轴承外圈固定并悬置，使激光冲击强化用的约束水从轴承外圈(1)内壁的上部沿滚道(2)曲面的中线流到轴承外圈(1)内壁的底部，使激光光斑落在轴承外圈(1)内壁的下部的滚道(2)内，并使约束水水流经过激光光斑所在位置，并使约束水水流经过激光光斑所在位置；用激光光斑对准轴承外圈(1)内壁的滚道(2)表面并随滚道(2)的转动进行逐点强化，先逐点强化滚道(2)曲面的中线，再逐点强化中线的两侧，直至光斑全部覆盖整个滚道(2)，在轴承外圈的滚道内形成一定深度的残余压应力层(≥200μm)和组织硬化层(≥200μm)，提高涂层结合力，满足涂层制备工艺要求。

技术领域

本发明是一种轴承外圈的激光冲击强化方法及其装置，属于零件表面处理技术领域。

背景技术

轴承的服役环境非常恶劣，受到高应力、高速、高温等多因素共同作用，因与滚珠的相对运动发生磨损、接触疲劳失效的风险较高。激光冲击强化是一种形成深层残余压应力层、提高金属材料表面硬度的有效方法，由于效果显著，被国内外广泛应用于轴承等航空关键零部件的加工制造中。

轴承外圈的内滚道表面为了浸渗/沉积耐磨涂层，在涂层和基体之间需要形成一定深层的残余压应力层(≥200μm)和组织硬化层(≥200μm)，提高的涂层的结合力，而传统的喷丸强化技术形成的残余压应力层深度(≤200μm)和组织硬化层(≤200μm)有限，难以满足涂层制备工艺的要求。而目前采用的激光冲击强化方法，由于无法在轴承内圈内滚道形成稳定的水约束层，难以形成稳定可靠的激光冲击强化效果；另外，轴承内圈受到结构干涉的影响，无法采用激光直射的方式，难以在内滚道形成均匀分布的残余压应力场，导致轴承内圈变形量较大。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种一种轴承外圈的激光冲击强化方法及其装置，其目的是能够在轴承外圈的滚道内形成一定深度的残余压应力层(≥200μm)和组织硬化层(≥200μm)，提高涂层结合力，满足涂层制备工艺要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提出了一种轴承外圈的激光冲击强化方法，该方法的步骤如下：

步骤一、将轴承外圈1竖直放置，使激光冲击强化用的约束水从轴承外圈1内壁的上部沿滚道2曲面的中线流到轴承外圈1内壁的底部，使激光光斑落在轴承外圈1内壁的下部的滚道2内，并使约束水水流经过激光光斑所在位置；

步骤二、用激光光斑对准轴承外圈1内壁的滚道2表面并随滚道2的转动进行逐点强化，先逐点强化滚道2曲面的中线，再逐点强化中线的两侧，直至光斑全部覆盖整个滚道2。

在一种实施中，约束水水流在滚道2上的水落点3的法线与水平方向的夹角为0°～45°。

在一种实施中，激光光斑在滚道2内的光斑落点4的法线与水平方向的夹角为-30°～-60°。

在一种实施中，激光光斑的直径不超过滚道2截面圆弧最大直径的1/2。激光光斑在滚道2内的光斑落点4的法线与激光光束之间的夹角为45°～80°。上述措施确保了激光能量被均匀吸收，并在内滚道表面形成深度不低于300μm的残余压应力层和深度不低于220μm的组织硬化层。

在一种实施中，激光强化的工艺参数为：激光功率密度为1GW/cm²～20GW/cm²，搭接率为30％～75％，频率为1Hz～5Hz。

在一种实施中，约束水在轴承外圈1内壁底部的高度H低于激光光斑在滚道2内光斑落点4的高度。

在一种实施中，激光强化滚道2曲面的中线的激光功率密度最大，强化中线的两侧时逐渐递减，越远离中线，激光功率密度越低。