[发明专利]一种薄壁轴承内圈激光冲击强化装置及方法

说明书

本发明公开了一种薄壁轴承内圈激光冲击强化装置及方法，包括激光发生装置、光路传输系统、数控移动系统、夹具装置、光斑检测装置、计算机控制系统；所述激光发生装置用于产生激光束，激光束通过所述光路传输系统对称分布在待加工薄壁轴承内圈两侧，进而保证在激光冲击强化过程中薄壁轴承内圈滚道的表层残余应力分布均匀，减小薄壁轴承的加工变形，减小后续研磨修形的去除量；所述数控移动系统能够根据所述光斑检测装置反馈的结果进行位置调整，以保证激光束光斑中心落在薄壁轴承内圈滚道的中央。本发明利用激光冲击诱导等离子体爆炸产生的冲击波作用在薄壁轴承内圈滚道表面，可以产生明显的残余压应力，提高滚道表面硬度与耐磨性，延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于激光加工处理技术领域，特指一种薄壁轴承激光冲击强化装置及方法。

背景技术

滚动轴承是一种关键基础零部件，被广泛应用于装备制造业，直接决定着重大装备的性能和可靠性。轴承滚道表层残余应力分布状态会对轴承疲劳寿命产生重大影响，残余拉应力会导致轴承疲劳寿命缩短，残余压应力有利于提高轴承疲劳寿命。为了提高轴承套圈的表层性能及其使用寿命，常用采用表面强化技术。目前，适用于轴承表面强化的技术主要有：表面涂层、表面改性和表面形变强化技术等，但如果要进一步提高轴承的承载能力以及疲劳寿命，只能采用新的表面强化技术来提高轴承滚道表面的残余压应力及改善表面变质层。

激光冲击强化技术能够有效提高材料表面耐磨性和疲劳强度，但目前薄壁轴承内圈的激光冲击强化技术主要存在以下问题：①薄壁轴承内圈刚度弱，激光冲击强化过程中易产生变形，出现圆度超差。②激光冲击强化加工效率低，加工设备自动化程度不高，柔性程度较低。

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轴承内圈激光冲击强化装置及方法，其目的是在薄壁轴承内圈滚道形成一定深度的残余压应力层和组织强化层的同时能够减小激光冲击强化过程中引起的加工变形；此外，本发明还能够提高加工效率，柔性程度高。

第一方面，本发明提供一种薄壁轴承内圈激光冲击强化装置，包括激光发生装置、光路传输系统、数控移动系统、夹具装置、光斑检测装置、计算机控制系统；

所述光路传输系统包括分束棱镜、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第一聚焦镜和第二聚焦镜，所述激光束能够经所述分束棱镜、所述第一全反镜、所述第三全反镜、所述第一聚焦镜后形成第一束光斑，同时所述激光束能够经所述分束棱镜、所述第二全反镜、所述第四全反镜、所述第二聚焦镜后形成第二束光斑，所述第一束光斑与第二束光斑对称分布在薄壁轴承内圈两个位置，所述第一聚焦镜与第一丝杠螺母固定连接，所述第二聚焦镜与第二丝杠螺母固定连接，第一旋转电机和第二旋转电机能够分别驱动所述第一丝杠螺母和所述第二丝杠螺母，以用于调节第一束光斑和第二束光斑的大小；所述薄壁轴承内圈附近设置光斑检测装置，以用于检测光斑的大小；

所述数控移动系统包括第一移动平台、第二移动平台、第三丝杠螺母、第三旋转电机、第四旋转电机，所述第三旋转电机能够驱动所述第一移动平台沿着X轴方向移动，所述第四旋转电机能够驱动所述第二移动平台沿着Y轴方向移动，所述X轴与Y轴垂直且两者平行于水平面。

进一步，所述夹具装置包括定位套、夹紧螺母，所述薄壁轴承内圈能够装夹在所述定位套上，所述夹紧螺母能够锁紧，所述薄壁轴承内圈，以用于薄壁轴承内圈的轴向固定。

进一步，相邻的两个所述薄壁轴承内圈之间设置有弹性橡胶垫圈。

进一步，所述夹具装置还包括第五旋转电机，所述第五旋转电机能够驱动所述定位套周向旋转。

进一步，所述第五旋转电机固定在所述支撑肋板上，所述第五旋转电机的电机旋转轴与所述定位套连接。

进一步，还包括喷水装置，用于形成约束层。

第二方面，本发明提供了一种薄壁轴承内圈的激光冲击强化方法，包括以下步骤：