一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202410196669.6 | 申请日 | 2024-02-22 | 公开(公告)号 | CN117845045A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 西安天瑞达光电技术股份有限公司; | 发明人 | 姜楠; 王亚洲; 张梁舒怡; 刘萍; 田增; 何艳磊; 李国杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种圆 角 结构 激光冲击强化 的工艺设计及加工方法，包括以优选功率 密度 作为激光冲击强化的加工功率密度、 激光束 光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸、 能量 畸变角度集合中每种光斑尺寸对应的能量畸变角度作为激光束加工入射角度对平板试样板进行斜向激光冲击强化；对垂直向及斜向的激光冲击强化的平板试样板的表面残余压应 力 测试数据进行比较，获取垂直向和斜向之间的表面残余 应力 差值、 覆盖 圆角结构的光斑数量符合 阈值 数值的目标激光束光斑尺寸；根据目标激光束的光斑搭接率和光斑尺寸确定移动步长，从圆角结构的一侧开始激光冲击强化加工，在圆角结构上移动一个移动步长后进行激光冲击强化加工，直至加工至圆角结构的另一侧。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法技术领域[0001] 本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法。 背景技术[0002] 激光冲击强化技术是利用激光束辐照材料表面形成的等离子体爆炸冲击波，使金属材料表层发生高应变速率的塑形变形，在材料一定深度内置入高水平表面残余应力，以提高结构的抗疲劳、抗磨损、抗应力腐蚀性能。在机械领域，圆角(R角)结构在机械零件中的突变部位起到关键的连接过渡作用，可以有效减少应力集中，因此被广泛的应用于零部件的机械设计中。在现有技术对圆角结构进行激光冲击强化加工的过程中，没有针对圆角结构的尺寸设计出相应激光冲击强化工艺的方法，因此存在待改进之处。 发明内容[0003] 本发明提供一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法，以改善现有技术存在没有针对圆角结构的尺寸设计出相应激光冲击强化工艺的方法的问题。 [0004] 本发明提供一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法，包括： [0005] 设计梯度分布的激光束光斑尺寸集合，计算以集合中每种光斑尺寸的激光束辐照所述圆角结构表面时的能量畸变角度集合，激光束沿圆角径向辐照所述圆角结构弧面形成的光斑形状与原本激光束的光斑形状不一致，导致作用在材料上的激光束光斑内的激光能量发生畸变，形成能量畸变区域，以所述圆角结构的中心为顶点，所述能量畸变角度表征为该顶点与所述能量畸变区域的中心及边缘的连线形成的夹角； [0006] 设计梯度分布的激光束功率密度集合，以集合中的每种功率密度为激光冲击强化的加工功率密度对平板试样板进行激光冲击强化，选取所述平板试样板上表面残余压应力最大值对应的功率密度为优选功率密度； [0007] 以所述优选功率密度作为激光冲击强化的加工功率密度、所述激光束光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸对所述平板试样板进行垂直向激光冲击强化； [0008] 以所述优选功率密度作为激光冲击强化的加工功率密度、所述激光束光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸、所述能量畸变角度集合种每种光斑尺寸对应的能量畸变角度作为激光束加工入射角度对所述平板试样板进行斜向激光冲击强化； [0010] 根据目标激光束的光斑搭接率和光斑尺寸确定移动步长，从所述圆角结构的一侧开始激光冲击强化加工，在所述圆角结构上移动一个移动步长后进行激光冲击强化加工，直至加工至所述圆角结构的另一侧，所述光斑搭接率表示相邻两个光斑之间相同区域的重合度。 [0012] 在本发明的一个实施例中，所述激光束的光斑形状为圆形光斑或者矩形光斑，所述激光束的光斑尺寸为1mm～7mm，所述激光束的光斑尺寸至少为1mm。 [0013] 在本发明的一个实施例中，所述圆角结构尺寸表示为所述圆角结构的半径。 [0014] 在本发明的一个实施例中，激光束光斑形状为圆形光斑的能量畸变角度θ满足： [0015] R1为圆形光斑的半径，R0为所述圆角结构的半径； [0016] 激光束光斑形状为矩形光斑的能量畸变角度θ满足： [0017] L1为所述矩形光斑的边长，R0为所述圆角结构的半径。 [0019] 在本发明的一个实施例中，对于功率密度梯度分布的激光束，其具体参数为：单脉冲能量范围2J～15J，光斑直径3mm～5mm，脉宽5ns～20ns，光斑搭接率25％～75％，矩形或圆形光斑，黑胶带或黑漆作为吸收保护层，流动水层作为约束层；所述激光功率密度＝单脉冲能量/(光斑面积*脉宽)。 [0020] 在本发明的一个实施例中，在垂直向激光冲击强化测试下，激光束的入射方向与所述平板试样板表面的法线平行，激光冲击强化的具体参数为：单脉冲能量范围2J～15J，光斑直径1mm～7mm，脉宽5ns～20ns，光斑搭接率25％～75％，矩形或圆形光斑，黑胶带或黑漆作为吸收保护层，流动水层作为约束层。 [0021] 在本发明的一个实施例中，在斜向激光冲击强化测试下，激光冲击强化入射方向与所述平板试样板的表面法线夹角等于能量畸变角度，斜向激光冲击强化的具体参数与垂直向激光冲击强化的具体参数一致。 [0022] 在本发明的一个实施例中，激光束的移动步长表示为沿着所述圆角结构弧面的切向方向上，激光束中心轴线从上一个光斑圆心移动到下一个光斑圆心的旋转角度； [0023] 以第一个激光束的入射方向垂直于所述圆角结构底面的法线，且第一个激光束光斑圆心落在所述圆角结构与侧面切线为起始点进行激光冲击强化加工，当激光束的入射方向平行于所述圆角结构底面法线，且该入射方向下激光束的光斑圆心落在所述圆角结构与底面切线或切线外时结束激光冲击强化加工。 [0024] 本发明的有益效果：本发明提出一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法，以圆角结构尺寸为依据进行激光冲击强化工艺参数设计，可以避免因工艺参数和圆角结构尺寸不匹配造成的强化效果不足，本发明可得到疲劳增益效果和强化加工效率协调性最佳的优选工艺参数。本发明通过曲面特征确定圆角结构激光冲击强化实施方法，加工过程简单，实现过程精确可控。附图说明 [0025] 图1为本发明一实施例提供的圆角结构的连接示意图。 [0026] 图2为本发明一实施例提供的激光冲击强化工艺设计及加工方法步骤示意图。 [0027] 图3为本发明一实施例提供的激光能量畸变角度的示意图。 [0028] 图4是本发明一实施例提供的平面试样板的结构示意图。 [0029] 图5是本发明一实施例提供的目标激光束覆盖圆角结构的位置关系图。 具体实施方式[0030] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0031] 需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 [0032] 在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。 [0033] 请参阅图1至图5，本发明提出一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法，可应用在机械领域的曲面结构中，例如是发动机中的曲轴圆角(R角)结构、飞机框梁结构的圆角(R角)结构等。本发明根据现有的圆角结构激光冲击强化方法的不足，通过根据圆角结构尺寸、圆角特征确定激光冲击强化加工的工艺参数和加工方式，从而避免因工艺参数和圆角尺寸不匹配造成的强化效果不足。本发明可得到疲劳增益效果和强化加工效率协调性最佳的优选工艺，并具有加工过程简单，实现过程精确可控的优点。下面通过具体的实施例进行详细的描述。 [0034] 请参见图1，在本发明的一个实施例中，底面10和侧面20之间可通过圆角结构30进行过渡。底面10和侧面20之间可形成一夹角，圆角结构30的凹部可朝向该夹角的方向。例如，圆角结构30为底面10和侧面20相交处的过渡圆弧面，圆角结构30对应的圆心角为90°。即此时圆角结构30的两侧边分别与底面10、侧面20相切，底面10、侧面20和圆角结构30可为TC4钛合金的圆角(R角)结构，材料可为锻造态，表面粗糙度可为Ra0.8，圆角结构30的圆角半径R0可为4mm。在其他的实施例中，圆角结构30的形状还可为其他的曲面形状，圆角结构 30对应的圆心角可为其他的角度。 [0035] 请参阅图2，在本发明的一个实施例中，本发明可提出一种圆角结构激光冲击的工艺设计及加工方法，可包括如下的步骤。 [0036] 步骤S10、设计梯度分布的激光束光斑尺寸集合，计算以集合中每种光斑尺寸的激光束辐照圆角结构表面时的能量畸变角度集合，激光束沿圆角径向辐照圆角结构弧面形成的光斑形状与原本激光束的光斑形状不一致，导致作用在材料上的激光束光斑内的激光能量发生畸变，形成能量畸变区域，以圆角结构的圆心为顶点，能量畸变角度表征为该顶点与能量畸变区域的中心及边缘的连线形成的夹角。 [0037] 步骤S20、设计梯度分布的激光束功率密度集合，以集合中的每种功率密度为激光冲击强化的加工功率密度对平板试样板进行激光冲击强化，选取平板试样板上表面残余压应力最大值对应的功率密度为优选功率密度。 [0038] 步骤S30、以优选功率密度作为激光冲击强化的加工功率密度、所述激光束光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸对平板试样板进行垂直向激光冲击强化。 [0039] 步骤S40、以优选功率密度作为激光冲击强化的加工功率密度、激光束光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸、能量畸变角度集合中每种光斑尺寸对应的能量畸变角度作为激光束加工入射角度对平板试样板进行斜向激光冲击强化。 [0040] 步骤S50、对垂直向及斜向的激光冲击强化的平板试样板的表面残余压应力测试数据进行比较，获取垂直向和斜向之间的表面残余应力差值、覆盖圆角结构的光斑数量符合阈值数值的目标激光束光斑尺寸。 [0041] 步骤S60、根据目标激光束的光斑搭接率和光斑尺寸确定移动步长，从圆角结构的一侧开始激光冲击强化加工，在圆角结构上移动一个移动步长后进行激光冲击强化加工，直至加工至圆角结构的另一侧，光斑搭接率表示相邻两个光斑之间相同区域的重合度。 [0042] 下面对上述的步骤进行详细的描述。 [0043] 步骤S10、设计梯度分布的激光束光斑尺寸集合，计算以集合中每种光斑尺寸的激光束辐照圆角结构表面时的能量畸变角度集合，激光束沿圆角径向辐照圆角结构弧面形成的光斑形状与原本激光束的光斑形状不一致，导致作用在材料上的激光束光斑内的激光能量发生畸变，形成能量畸变区域，以圆角结构的圆心为顶点，能量畸变角度表征为该顶点与能量畸变区域的中心及边缘的连线形成的夹角。 [0044] 在本发明的一个实施例中，可采用规则形状作为激光冲击强化光束的光斑形状，并建立梯度分布的多种激光束光斑尺寸，记为激光束光斑尺寸集合。例如，当光斑形状选用圆形光斑的激光束时，激光束的光斑直径可为2mm、3mm、4mm和5mm。当光斑形状选用正方形的激光时，激光束的光斑边长可为2mm、3mm、4mm和5mm。计算激光束光斑尺寸集合中的多种激光在圆角结构30上的能量畸变角度。激光束照射在圆角结构30上，光斑形状发生形变后导致光斑覆盖范围的激光能量相比于平面发生能量畸变，形成能量畸变区域40，以圆角结构30的中心为顶点，能量畸变角度表征为该顶点与能量畸变区域40的中心及边缘的连线所形成的夹角。例如在图3中，当激光束的光斑形状为圆形时，激光束照射至圆角结构30的表面上形成能量畸变区域40，能量畸变区域40为椭圆形光斑。通过引入能量畸变角度，可体现出激光能量由于发生变化后对激光冲击强化效果的影响，即本发明在激光束照射至圆角结构30表面发生形变，将激光能量变化的因素进行了定量的分析。 [0045] 在本发明的一个实施例中，如图3所示，将圆形光斑的激光束沿圆角结构30的径向方向照射至圆角结构30的表面后，形成能量畸变区域40，能量畸变区域40为椭圆形光斑区域。以圆角结构30的中心310为顶点，将该顶点与椭圆形光斑区域的圆心420、长轴端点410的连线形成的夹角记为能量畸变角度。圆形光斑的激光能量畸变角度θ满足： [0046] R0为圆角结构的半径，R1为圆形光斑的半径。由此可得出，激光聚焦形成2mm直径的圆形光斑辐照至圆角结构的激光能量畸变角度约为14度。激光聚焦形成3mm直径的圆形光斑辐照至圆角结构的激光能量畸变角度约为22度。激光聚焦形成4mm直径的圆形光斑辐照至圆角结构的激光能量畸变角度约为30度。激光聚焦形成5mm直径的圆形光斑辐照至圆角结构的激光能量畸变角度约为39度。将激光束光斑尺寸集合对应的全部激光能量畸变角度进行统计，记为能量畸变角度集合。另外，当激光束光斑形状为矩形光斑时，对应的能量畸变角度θ满足： [0047] L1为所述矩形光斑的边长，R0为所述圆角结构的半径。 [0048] 步骤S20、设计梯度分布的激光束功率密度集合，以集合中的每种功率密度为激光冲击强化的加工功率密度对平板试样板进行激光冲击强化，选取平板试样板上表面残余压应力最大值对应的功率密度为优选功率密度。 [0049] 在本发明的一个实施例中，选取一种光斑尺寸的激光束，例如可为光斑尺寸为3mm2 的激光束。将3mm光斑尺寸的激光束设定不同的功率密度，例如功率密度可为3.1GW/cm 、 2 2 2 4.1GW/cm、5.1GW/cm和6.1GW/cm。激光的功率密度可表示为激光在单位面积上的功率。如图4所示，利用相同光斑尺寸、不同功率密度的激光束对平面试样板50的平面区域510进行激光冲击强化加工，通过残余应力测试获取平面区域510上的表面残余压应力。平面试样板 50和圆角结构30关于成型工艺、热处理工艺、强化表面粗糙度相一致。即平面试样板50的材料成型方式和TC4钛合金圆角结构30都为锻造态，平面试样板50的待强化表面粗糙度为Ra0.8。平面试样板50的尺寸可为30mm×30mm×10mm，平面区域510的大小可为20mm×20mm。 [0050] 利用相同光斑尺寸、不同功率密度的激光束对平面试样板50进行激光冲击强化后，可通过X射线衍射残余应力分析仪进行测量，以比较平面区域510上的表面残余压应力的大小。当然除了通过X射线衍射法，还可通过盲孔法、中子衍射法、超声波法等，对平面区2 域510上的表面残余应力进行测量。如表1所示，激光采用5.1GW/cm的功率密度进行加工时，其对应的表面残余压应力高于其他功率密度对应的表面残余压应力。因此将表面残余 2 压应力最大值所对应的功率密度5.1GW/cm，记为优选功率密度。 [0051] 表1、平面试样板关于功率密度对应的表面残余应力表 [0052] [0053] [0054] 1#试样：激光能量为4.4J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收2 保护层为黑胶带，功率密度为3.1GW/cm。 [0055] 2#试样：激光能量为5.8J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收2 保护层为黑胶带，功率密度为4.1GW/cm。 [0056] 3#试样：激光能量为7.2J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收2 保护层为黑胶带，功率密度为5.1GW/cm。 [0057] 4#试样：激光能量为8.6J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收2 保护层为黑胶带，功率密度为6.1GW/cm。 [0058] 步骤S30、以优选功率密度作为激光冲击强化的加工功率密度、激光束光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸对平板试样板上进行垂直向激光冲击强化。 [0059] 在本发明的一个实施例中，将优选激光功率密度设定为激光冲击强化的加工功率2 密度，即加工功率密度为步骤S20中残余压应力最大对应的5.1GW/cm ，分别以光斑尺寸集合中的2mm、3mm、4mm、5mm为光斑尺寸对平面试样板50进行冲击强化，激光束入射方向与平面试样板50的表面法线平行，通过残余应力测试获取光斑尺寸集合中每种光斑尺寸强化的平面区域510上的表面残余压应力。 [0060] 步骤S40、以优选功率密度作为激光冲击强化的加工功率密度、激光束光斑尺寸集合中的每种光斑尺寸作为加工光斑尺寸、能量畸变角度集合中的每种光斑尺寸对应的能量畸变角度作为激光束加工入射角度对平板试样板进行斜向激光冲击强化。 [0061] 在本发明的一个实施例中，将优选激光功率密度设定为激光冲击强化的加工功率2 密度，即加工功率密度为步骤S20中残余压应力最大对应的5.1GW/cm ，分别以光斑尺寸集合中的2mm、3mm、4mm、5mm为光斑尺寸对平面试样板50进行冲击强化，以能量畸变角度集合中的14度、22度、30度、39度分别作为2mm、3mm、4mm、5mm光斑尺寸条件下的激光束入射方向与平面试样板50的表面法线的夹角，通过残余应力测试获取光斑尺寸集合中每种光斑尺寸强化的平面区域510上的表面残余压应力。 [0062] 表2、平面试样板关于垂直角度、激光能量畸变角度对应的表面残余应力表[0063] [0064] 对于垂直向和斜向激光冲击强化加工的具体参数如下。 [0065] A1#试样：激光能量为3.2J，光斑直径为2mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线平行。 [0066] A2#试样：激光能量为7.2J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线平行。 [0067] A3#试样：激光能量为12.8J，光斑直径为4mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线平行。 [0068] A4#试样：激光能量为20J，光斑直径为5mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线平行。 [0069] B1#试样：激光能量为3.2J，光斑直径为2mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线夹角为14度。 [0070] B2#试样：激光能量为7.2J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线夹角为22度。 [0071] B3#试样：激光能量为12.8J，光斑直径为4mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线夹角为30度。 [0072] B4#试样：激光能量为20J，光斑直径为5mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶带，激光束与平面试样板50的表面法线夹角为39度。 [0073] 步骤S50、对垂直向及斜向的激光冲击强化的平板试样板的表面残余压应力测试数据进行比较，获取垂直向和斜向之间的表面残余应力差值、覆盖圆角结构的光斑数量符合阈值数值的目标激光束光斑尺寸。 [0074] 在本发明的一个实施例中，对垂直向及斜向激光冲击强化的平板试样的表面残余压应力的测试数据进行对比统计，可获取符合期望的目标激光束光斑尺寸。目标激光束光斑尺寸在垂直角度为入射角度进行激光冲击强化下形成第一表面残余压应力，目标激光束在以激光能量畸变角度为入射角度进行斜向激光冲击强化下形成第二表面残余应力，第一表面残余应力与第二表面残余应力之间的差值小于预设阈值应力。即对于目标激光束光斑尺寸而言，其在垂直角度、能量畸变角度为入射角度的激光冲击强化下，对平面区域510形成的第一表面残余应力和第二表面残余应力的差值较小。目标激光束光斑尺寸在照射圆角结构30进行激光冲击强化加工后，即使目标激光束光斑尺寸在圆角结构30上形成了激光的能量畸变区域40，由于目标激光束光斑尺寸在圆角结构30不同位置处形成的表面残余应力之间的差值较小的缘故，仍能保证圆角结构30上不同位置处的强化效果差异较小，也即可保持圆角结构30的疲劳增益效果和强化加工效率的协调性达到最佳。另外，由于需要多个目标激光束光斑尺寸对圆角结构30进行激光冲击强化加工，因此还需要对覆盖圆角结构30表面的目标激光束光斑尺寸的分布数量进行综合考虑，如果目标激光束光斑尺寸的分布数量过多，则会导致增加激光冲击强化的加工成本。 [0075] 请参阅表2，采用X射线衍射残余应力分析仪测量A1#～A4#、B1#～B4#试样对应的表面残余应力，可得出2mm直径和3mm直径激光束光斑尺寸在垂直角度、能量畸变角度为激光束入射角度的激光冲击强化下，对应激光冲击强化加工后的表面残余压应力之间的差异较小。另外，2mm直径激光束光斑尺寸的圆形光斑辐照至圆角结构30的能量畸变角度约为14度，3mm直径激光束光斑尺寸的圆形光斑辐照至圆角结构30的能量畸变角度约为22度。例如，在相同光斑搭接率50％的条件下，2mm光斑直径在圆角结构30的弧面切线方向的分布数量为8个，3mm光斑直径在圆角结构30的弧面切线方向的分布数量为6个。综合考虑光斑数量和表面残余应力的测试数据，对TC4钛合金圆角结构30的激光冲击强化光斑直径可选取为3mm直径。例如，对于TC4钛合金圆角结构30的工艺设计结果，可选取激光冲击强化具体参数：激光能量为7.2J，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，约束层为水，吸收保护层为黑胶 2 带，激光功率密度可为5.1GW/cm。 [0076] 步骤S60、根据目标激光束的光斑搭接率和光斑尺寸确定移动步长，从圆角结构的一侧开始激光冲击强化加工，在圆角结构上移动一个移动步长后进行激光冲击强化加工，直至加工至圆角结构的另一侧，光斑搭接率表示相邻两个光斑之间相同区域的重合度。 [0077] 在本发明的一个实施例中，通过预设的光斑搭接率、目标激光束光斑尺寸的能量畸变角度，计算目标激光束光斑尺寸在圆角结构30上的移动步长。激光束的移动步长表示为沿着圆角结构30弧面的切向方向上，激光束中心轴线从上一个光斑圆心移动到下一个光斑圆心的旋转角度。首先，从圆角结构30的一侧开始激光冲击强化加工。然后，沿着圆角结构30的一侧边至圆角结构30的另一侧边的方向，在增加移动步长后以目标激光束光斑尺寸对圆角结构30进行激光冲击强化加工，直至覆盖圆角结构30，以对圆角结构30进行激光冲击强化加工。如图5所示，具体的，以第一个激光束的入射方向垂直于圆角结构30对应底面10的法线，且第一个激光束光斑圆心落在圆角结构30与侧面20切线为起始点进行激光冲击强化加工。并且当激光束的入射方向平行于圆角结构30对应底面10法线，且该入射方向下激光束的光斑圆心落在圆角结构30与底面10切线或切线外时，结束激光冲击强化加工。 [0078] 请参阅图5，在本发明的一个实施例中，选取激光功率密度为5.1GW/cm2，3mm光斑直径、50％光斑搭接率的条件下，激光的移动步长为22度，在圆角结构30的弧面切向上可以分布6排光斑。在50％光斑搭接率的条件下，激光的移动步长为激光能量畸变角度。第一排目标激光的光斑圆心位于圆角结构30与侧面20的切线位置，第一排目标激光与底面10的外法线夹角为90度。第二排目标激光的光斑圆心位于第一排光斑圆周401上，第二排目标激光与底面10外法线夹角为112度。第三排目标激光的光斑圆心位于第二排光斑圆周402上，第三排目标激光与底面10外法线夹角为134度。第四排目标激光的光斑圆心位于第三排光斑圆周403上，第四排目标激光与底面10外法线夹角为156度。第五排目标激光的光斑圆心位于第四排光斑圆周404上，第五排目标激光与底面10外法线夹角为178度。第六排目标激光的光斑圆心位于第五排光斑圆周405上，第六排目标激光与底面10外法线夹角为180度。按照以上的激光冲击强化实施方法沿着圆角结构30的轴向进行加工，完成圆角结构30的激光冲击强化加工。 [0079] 综上，本发明提出一种圆角结构激光冲击强化的工艺设计及加工方法，具有提升圆角结构的疲劳增益效果和强化加工效率的协调性，本发明具有加工过程简单，实现过程精确可控的优点。 [0080] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈