[发明专利]一种薄壁环形零件激光喷丸强化装置及加工方法

说明书

本发明提供了一种薄壁环形零件激光喷丸强化装置及加工方法，包括激光发生装置、光路传输系统、自动上下料机械手、工位转盘、工件夹具系统和自动贴胶带装置；所述工位转盘包括至少2个加工工位和上下料工位；所述自动上下料机械手用于在上下料工位抓取薄壁环形零件；所述激光束通过光路传输系统分别射向加工工位的薄壁环形零件外圈，用于对薄壁环形零件强化处理；所述工位转盘的每个工位上均安装工件夹具系统和自动贴胶带装置；所述工件夹具系统用于夹紧薄壁环形零件后使薄壁环形零件自转；所述自动贴胶带装置用于在所述薄壁环形零件外圈形成约束层。本发明在薄壁环形零件表层形成均匀分布的残余压应力，提高其疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及激光加工处理技术领域或者薄板零件表面强化领域，特别涉及一种薄壁环形零件激光喷丸强化装置及加工方法。

背景技术

薄壁环形零件具有质量轻、推重比高、结构紧凑等优点，被广泛应用于装备制造业，直接决定着重大装备的性能与可靠性。薄壁环形零件的工作性能和使用寿命主要取决于薄壁环形零件工作表面的抗疲劳性能，而影响薄壁环形零件抗疲劳性能的关键因素是薄壁环形零件表层残余应力大小和分布状态。残余拉应力会导致薄壁环形零件疲劳寿命缩短，残余压应力有利于提高薄壁环形零件的疲劳寿命。因为残余压应力不仅抑制疲劳裂纹萌生，还会抑制疲劳裂纹扩展。目前，薄壁环形零件表层残余应力主要靠砂轮的磨削力产生，这种由磨削加工产生的残余压应力值较小，影响层较浅，薄壁环形零件的抗疲劳性能较差。因此，为了提高薄壁环形零件的表层性能及其使用寿命，采用表面强化技术是十分必要的。

激光喷丸强化技术是一种近年来迅速发展的新型表面强化技术，其利用高能量短脉冲激光冲击波诱导的应力强化和组织强化效应对所加工材料或部件实施表面改性，从而能够有效提高材料的疲劳强度，同时激光喷丸强化技术具有非接触、操作方便、可控性能强和使用范围广等特点，因此在薄壁环形零件表面强化领域具有良好的应用前景。

然而，目前薄壁环形零件激光喷丸强化技术主要存在以下问题：

①薄壁环形零件经激光喷丸强化后会产生不均匀的塑性变形，从而会导致薄壁环形零件表面应力状态分布不均匀，在实际工作中会导致零件表面应力集中，这种不均匀的表面应力状态不利于提高薄壁环形零件的疲劳寿命。

②薄壁环形零件激光喷丸强化加工效率低，加工设备自动化程度不高，柔性程度较低。

现有技术公开了一种薄壁环形零件激光强化装置，该装置通过双激光束对薄壁环形零件进行逐点搭接强化，易造成零件表面残余应力分布不均的误差累积，同时该装置装夹麻烦，只能对单个薄壁环形零件进行强化处理，不易实现自动化生产要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种薄壁环形零件激光喷丸强化装置及加工方法，在薄壁环形零件表层形成均匀分布的残余压应力，提高其疲劳寿命；本发明还能够提高加工效率，柔性程度高。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种薄壁环形零件激光喷丸强化装置，包括激光发生装置、光路传输系统、自动上下料机械手、工位转盘、工件夹具系统和自动贴胶带装置；

所述激光发生装置用于产生激光束；所述工位转盘包括至少2个加工工位和上下料工位；所述自动上下料机械手用于在上下料工位抓取薄壁环形零件；所述激光束通过光路传输系统分别射向加工工位的薄壁环形零件外圈，用于对薄壁环形零件强化处理；所述工位转盘的每个工位上均安装工件夹具系统和自动贴胶带装置；所述工件夹具系统用于夹紧薄壁环形零件后使薄壁环形零件自转；所述自动贴胶带装置用于在所述薄壁环形零件外圈形成约束层。

进一步，所述工件夹具系统包括气动三爪卡盘、法兰盘、电机座和第一旋转电机，所述气动三爪卡盘安装在法兰盘上，所述法兰盘通过电机座与所述第一旋转电机相连，用于使气动三爪卡盘旋转。