[发明专利]一种基于激光冲击强化和冷挤压的盲孔复合强化装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于激光冲击强化和冷挤压的盲孔复合强化装置及方法，装置包括工件移动组件、冷挤压强化组件和激光冲击强化组件；工件移动组件上安装有工件，工件上设置有盲孔，冷挤压强化组件位于工件移动组件上方，冷挤压强化组件底端可拆卸安装有与盲孔相匹配的硬质芯棒；激光冲击强化组件包括激光头，工件移动组件位于激光头下方。本发明通过向盲孔内部插入硬质芯棒在孔内壁上形成残余压应力，并以硬质芯棒端部为支撑，采用激光冲击强化工艺对盲孔外表面进行强化，解决了激光冲击强化后孔角塌陷、孔内壁强化效果不明显等问题，解决了冷挤压方法无法强化孔表面等问题，可对盲孔进行全方位强化，获得精度、表面质量及疲劳寿命均较高的盲孔。

技术领域

本发明属于金属材料中孔表面及内壁强化技术领域，更具体的说是涉及一种基于激光冲击强化和冷挤压的盲孔复合强化装置及方法。

背景技术

盲孔结构常见于航空航天、核电及轨道交通领域的多种结构件中，然而盲孔结构在加工过程中容易在孔内壁及孔外表面产生残余拉应力场，并且孔角处存在严重的应力集中，在服役过程中若存在疲劳载荷容易发生疲劳破坏，严重影响带孔构件的使用寿命和安全性能。因此，选用合适的强化方法提高盲孔服役可靠性对航空航天、核电及轨道交通领域的发展极为重要。

常见的盲孔强化方法有冷挤压强化及喷丸强化。冷挤压方法是将直径比孔径稍大的芯棒插入孔中，使得盲孔内壁由于挤压产生不可逆的塑性变形，拔出芯棒后盲孔内壁可获得较大的残余压应力场，有效抑制盲孔内壁出现疲劳裂纹。但是冷挤压法对孔角区域的强化效果有限，且无法对孔表面进行强化。喷丸方法是通过向待强化材料喷射高速硬质弹丸，使得材料表面发生塑性变形而形成残余压应力场，能够有效提高材料的疲劳性能。然而，常见的喷丸装置无法对小直径孔内壁进行加工，仅能对孔表面进行强化。如果采用喷丸法对盲孔进行强化，弹丸会在盲孔底部堆积，无法及时排出，制约了传统喷丸方法的推广应用。

激光冲击强化技术采用高能激光束照射材料表面诱导产生等离子体爆炸，并且在约束层的作用下形成冲击波，使得材料表面发生塑性变形从而在材料表面形成残余压应力场，可大幅提高材料的疲劳性能。激光冲击强化技术由于具备可控性好，环保高效及强化效果明显等优点，近年来受到各领域的广泛关注。但是，相关研究表明，采用激光冲击强化技术对孔结构表面进行强化时，极易导致孔角发生塌陷，反而降低孔结构的疲劳性能，并且激光难以直接辐照到孔内部直接对孔内壁进行冲击强化，严重制约了激光冲击强化技术在孔结构强化中的应用。

因此，如何提供一种基于激光冲击强化和冷挤压的盲孔复合强化装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于激光冲击强化和冷挤压的盲孔复合强化装置及方法，通过向盲孔内部插入硬质芯棒在孔内壁上形成残余压应力，并以硬质芯棒端部为支撑，采用激光冲击强化工艺对盲孔外表面进行强化，解决了激光冲击强化后孔角塌陷、孔内壁强化效果不明显等问题，解决了冷挤压方法无法强化孔表面等问题，可对盲孔进行全方位强化，获得精度、表面质量及疲劳寿命均较高的盲孔。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光冲击强化和冷挤压的盲孔复合强化装置，包括：工件移动组件、冷挤压强化组件和激光冲击强化组件；其中，所述工件移动组件上安装有工件，所述工件上设置有盲孔，所述冷挤压强化组件位于所述工件移动组件上方，且所述冷挤压强化组件底端可拆卸安装有与所述盲孔相匹配的硬质芯棒；所述激光冲击强化组件包括激光头，所述工件移动组件位于所述激光头下方。

优选的，所述工件移动组件包括加工平台、移动平台及工装夹具，所述工装夹具安装在所述移动平台顶端，所述工装夹具夹持工件，移动平台与上位机电连，在加工平台上移动，实现冷挤压强化组件与激光冲击强化组件之间的转运。