一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種噴水循環(huán)系統(tǒng)，特指在激光沖擊強(qiáng)化時(shí)約束層用水的循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光沖擊強(qiáng)化(Laser Shocking Peening,LSP)技術(shù)，也稱(chēng)激光噴丸技術(shù)。是通過(guò)高功率密度(GW/cm量級(jí))、短脈沖(10～30ns量級(jí))的激光通過(guò)透明約束層作用于金屬表面所涂覆的能量吸收涂層時(shí)，涂層吸收激光能量迅速氣化并幾乎同時(shí)形成大量稠密的高溫(>10K)、高壓(>1GPa)等離子體。該等離子體繼續(xù)吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強(qiáng)度沖擊波作用于金屬表面。當(dāng)沖擊波的峰值壓力超過(guò)材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度時(shí)，材料發(fā)生塑性變形并在表層產(chǎn)生平行于材料表面的拉應(yīng)力。激光作用結(jié)束后，由于沖擊區(qū)域周?chē)牧系姆醋饔?，其力學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為材料表面獲得較高的殘余壓應(yīng)力。

激光沖擊強(qiáng)化可分為有約束層(confined-plasma)和無(wú)約束層(directablation)兩種類(lèi)型。激光束透過(guò)水或玻璃被吸收層吸收，吸收層部分汽化形成等離子體,由于等離子體被約束在約束層和試樣之間，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程,在有約束層時(shí)可以比無(wú)約束層時(shí)獲得更高的沖擊波峰壓；同時(shí)在有約束層時(shí),沖擊波持續(xù)時(shí)間為無(wú)約束層時(shí)的2～3倍。

現(xiàn)階段大面積沖擊工具時(shí)約束層用水量較大，用水質(zhì)量不高，對(duì)噴水方向，位置的控制較為困難，因此需要一種提高約束層水利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)噴水方向大小準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，用于激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備的噴水循環(huán)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在激光強(qiáng)化過(guò)程中的約束層水的循環(huán)利用，并能夠有效地過(guò)濾水中雜質(zhì)，吸附水中的離子，對(duì)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證沖擊強(qiáng)化過(guò)程中約束層的穩(wěn)定，并且環(huán)保高效的利用水資源。

以下為本發(fā)明的技術(shù)方案:

一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，包括水槽、水泵、三通閥、離子吸附裝置、比例水閥，流量計(jì)，機(jī)械手和防濺水裝置；其中機(jī)械手上安裝噴頭，噴頭噴水作為激光沖擊強(qiáng)化時(shí)的約束層，使用信號(hào)線連接機(jī)械手控制柜與比例水閥，機(jī)械手示教器與機(jī)械手控制柜連接，通過(guò)機(jī)械手示教器控制比例水閥來(lái)調(diào)節(jié)水流量的大??；在激光出光口同軸環(huán)形安裝有出風(fēng)口，出風(fēng)口連接鼓風(fēng)機(jī)，可有效防止水滴飛濺到聚焦透鏡。

在水槽內(nèi)部裝有一定量的水，在水槽底部開(kāi)有出水口，并在出水口上方安裝濾芯，濾芯可過(guò)濾水中的較大雜質(zhì)；出水口引出主回路水管依次連接水泵，三通閥，離子吸附裝置，比例水閥，流量計(jì)和安裝在機(jī)械手上的噴頭；其中水槽，濾芯，水泵，三通閥構(gòu)成一個(gè)自循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)比例水閥完全關(guān)閉時(shí)，水仍然可以從三通閥上端的自循環(huán)回路水管流出，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通閥上端的自循環(huán)回路水管直徑采用Φ12mm，主回路水管為Φ24mm，避免自循環(huán)回路流量分散過(guò)多造成的主回路水流量不足。

在三通閥的右出水端連接離子吸附裝置，用于去除水中的離子雜質(zhì)，離子吸附裝置的主體是一個(gè)直徑60mm，長(zhǎng)度80mm的圓柱不銹鋼管，在鋼管的入水口和出水口均用塑料板封住端口并且塑料板上開(kāi)口與水管相連接，在兩端塑料板內(nèi)側(cè)裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)采用50目，鋼管內(nèi)部放有去離子樹(shù)脂，去離子樹(shù)脂使用1mm大小，保證其不會(huì)透過(guò)不銹鋼網(wǎng)，去離子樹(shù)脂投入的量不超過(guò)水管口高度，防止過(guò)多堵塞水管口，影響水流量。

循環(huán)系統(tǒng)中水流大小的調(diào)節(jié)通過(guò)比例水閥來(lái)控制，比例水閥為一個(gè)0v～10v的比例水閥，比例水閥通過(guò)信號(hào)線連接在機(jī)械手控制柜上，通過(guò)機(jī)械手控制柜中的模擬量輸出單元控制比例水閥；機(jī)械手控制柜通過(guò)電纜與機(jī)械手示教器相連，機(jī)械手示教器用來(lái)操作機(jī)械手運(yùn)動(dòng)及比例水閥的調(diào)節(jié)，將比例水閥設(shè)為模擬量1，通過(guò)在機(jī)械手示教器上輸入Anout CHANNEL_1＝(),括號(hào)內(nèi)輸入數(shù)字0～1，對(duì)應(yīng)比例水閥的0v～10v控制水流量大小；水流大小的顯示通過(guò)比例水閥右側(cè)的流量計(jì)顯示出來(lái)。

進(jìn)一步地，在連接三通閥與離子吸附裝置的主回路水管上設(shè)有液位開(kāi)關(guān)，液位開(kāi)關(guān)通過(guò)信號(hào)線與機(jī)械手控制柜連接。當(dāng)水位超過(guò)所設(shè)定的警戒水位時(shí)，機(jī)械手控制柜會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒。

該噴水循環(huán)系統(tǒng)所采用的機(jī)械手為一個(gè)六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手，擁有A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆六個(gè)關(guān)節(jié)軸，使機(jī)械手具有X，Y，Z三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在A6軸開(kāi)放端安裝噴頭，水管連接在噴頭上，使用機(jī)械手示教器控制機(jī)械手噴頭方向從而控制水流噴射方向，使水在工件表面待沖擊區(qū)域形成1-2mm的均勻水膜，通過(guò)噴頭對(duì)水流方向的調(diào)整以及比例水閥對(duì)流量的調(diào)節(jié)保證水膜均勻并且緊密貼合在工件待沖擊表面。

為防止工件表面的水膜在沖擊時(shí)飛濺到光路出光口的聚焦透鏡上，在出光口前段安裝防濺水裝置，防濺水裝置是在出光口前端同軸方向上下左右安裝4個(gè)出風(fēng)口，出光口為Φ50mm的不銹鋼鐵管，出風(fēng)口為一根Φ15mm的圓形軟管，用支架固定軟管，并將每根軟管與出光口中心方向傾斜30°，在每根末端連接一個(gè)大功率鼓風(fēng)機(jī)作為風(fēng)源，加工時(shí)出風(fēng)口產(chǎn)生的風(fēng)力能有效的吹走即將進(jìn)入出光口的水滴，從而保護(hù)聚焦透鏡。工件加工時(shí)放置于水槽上方，這樣加工后的水落入水槽中，形成一個(gè)循環(huán)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，建立了一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，能夠更加高效、環(huán)保、節(jié)能地對(duì)零件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化。第二，能夠有效的凈化激光沖擊過(guò)程中水中的離子雜質(zhì)與大顆粒雜質(zhì)。第三，能夠有效的控制循環(huán)水流的大小，利用機(jī)械手還能夠調(diào)整噴水的方向，使水在工件表面待沖擊區(qū)域形成1-2mm的均勻水膜。第四，通過(guò)風(fēng)扇的可以有效的防止水飛濺到光路出光口聚焦透鏡上，保護(hù)光路。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-水槽，2-濾芯，3-水泵，4-三通閥，5-自循環(huán)回路水管，6-離子吸附裝置，7-比例水閥，8-比例水閥信號(hào)線，9-機(jī)械手控制柜，10-電纜，11-機(jī)械手示教器，12-流量計(jì)，13-機(jī)械手，14-噴頭，15-防濺水裝置，16-出光口，17-工件，18-液位開(kāi)關(guān)，19-液位開(kāi)關(guān)信號(hào)線。

圖2機(jī)械手示意圖

其中：A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆為六個(gè)關(guān)節(jié)軸

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的使用方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，由水槽1，濾芯2，水泵3，離子吸附裝置6、比例水閥7，由水槽1，濾芯2，水泵3，三通閥4構(gòu)成的自循環(huán)回路，液位開(kāi)關(guān)18，流量計(jì)12，機(jī)械手13，防濺水裝置15等共同構(gòu)成噴水循環(huán)系統(tǒng)。其中機(jī)械/13安裝噴頭14噴水作為激光沖擊強(qiáng)化時(shí)的約束層，使用信號(hào)線8連接機(jī)械手控制柜9與比例水閥7，通過(guò)機(jī)械手示教器11控制比例水閥7來(lái)調(diào)節(jié)水流量的大小；在出光口16同軸環(huán)形安裝有防濺水裝置15，防濺水裝置是在出光口前端同軸方向上下左右安裝4個(gè)出風(fēng)口，出風(fēng)口連接鼓風(fēng)機(jī)，可有效防止水滴飛濺到聚焦透鏡。

當(dāng)進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化工件時(shí)，在水槽1內(nèi)部裝有一定量的水，水槽1為一個(gè)2.5m×1.2m×0.6m的不銹鋼水槽，在水槽1底部開(kāi)有出水口，并在出水口上方安裝濾芯2，濾芯2采用不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾芯，濾芯2直徑50mm,長(zhǎng)度100mm，可過(guò)濾水中的較大雜質(zhì)；出水口引出主回路水管依次連接水泵3，三通閥4，離子吸附裝置6，比例水閥7，流量計(jì)12和機(jī)械手13上的噴頭14；水泵3采用NH-100PX-N-PANWORLD型號(hào)磁力泵，輸出功率在65w-90w，揚(yáng)程4m，流量20L/min，水,1，濾芯2，水泵3，三通閥4構(gòu)成一個(gè)自循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)比例水閥7完全關(guān)閉時(shí)，水仍然可以從三通閥上4端的自循環(huán)回路水管5流出，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通閥4上端的自循環(huán)回路水管5直徑采用Φ12mm，主回路水管為Φ24mm，避免自循環(huán)回路流量分散過(guò)多造成的主回路水流量不足。

在三通閥4的右出水端連接離子吸附裝置6，用于去除水中的離子雜質(zhì)，離子吸附裝置6的主體是一個(gè)直徑60mm，長(zhǎng)度80mm的圓柱不銹鋼管，在鋼管的入水口和出水口均用塑料板通過(guò)螺母封住端口，在塑料板中心開(kāi)口與水管相連接，在兩端塑料板內(nèi)側(cè)裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)采用50目，鋼管內(nèi)部放有去離子樹(shù)脂，去離子樹(shù)脂使用1mm大小，保證其不會(huì)透過(guò)不銹鋼網(wǎng)，去離子樹(shù)脂投入量的高度為15mm，防止過(guò)多堵塞水管口，影響水流量。

循環(huán)系統(tǒng)中水流大小的調(diào)節(jié)通過(guò)比例水閥7來(lái)控制，比例水閥7為一個(gè)0v～10v的比例水閥，比例水閥7通過(guò)信號(hào)線8連接在庫(kù)卡KR1400機(jī)械手控制柜9上，通過(guò)庫(kù)卡KR1400機(jī)械手控制柜9中的模擬量輸出單元控制比例水閥7；機(jī)械手控制柜9通過(guò)電纜與庫(kù)卡KR1400機(jī)械手示教器11相連，機(jī)械手示教器11用來(lái)操作機(jī)械手13運(yùn)動(dòng)及比例水閥7的調(diào)節(jié)，將比例水閥7設(shè)為模擬量1，通過(guò)在機(jī)械手示教器11上輸入Anout CHANNEL_1＝(),括號(hào)內(nèi)輸入數(shù)字0～1，對(duì)應(yīng)比例水閥7的0v～10v控制水流量大小，水流大小的顯示通過(guò)比例水7右側(cè)的流量計(jì)12顯示出來(lái)。

該噴水循環(huán)系統(tǒng)所采用的庫(kù)卡KR1400機(jī)械手為一個(gè)六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手，擁有A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆六個(gè)關(guān)節(jié)軸，在A6軸開(kāi)放端安裝噴頭，水管連接在噴頭上，使用庫(kù)卡KR1400機(jī)械手示教器控制機(jī)械手噴頭方向從而控制水流噴射方向，使水在工件表面待沖擊區(qū)域形成1-2mm的均勻水膜，通過(guò)噴頭對(duì)水流方向的調(diào)整及比例水閥對(duì)流量的調(diào)節(jié)保證水膜均勻并且緊密貼合在工件待沖擊表面。為防止工件表面的水膜在沖擊時(shí)飛濺到光路出光口的聚焦透鏡上，在出光口前段安裝防濺水裝置，防濺水裝置是在出光口前端同軸方向上下左右安裝4個(gè)出風(fēng)口，出光口為Φ50mm的不銹鋼鐵管，出風(fēng)口為一根Φ15mm的圓形軟管，用支架固定軟管，并將每根軟管與出光口中心方向傾斜30°，在每根末端連接一個(gè)大功率鼓風(fēng)機(jī)作為風(fēng)源，鼓風(fēng)機(jī)功率為600w，2.8m³/min，16000r/min，加工時(shí)出風(fēng)口產(chǎn)生大約8m/s的風(fēng)力能有效的吹走即將進(jìn)入出光口的水滴，從而保護(hù)聚焦透鏡，工件加工時(shí)放置于水槽上方，這樣加工后的水落入水槽中，形成一個(gè)循環(huán)。

該噴水循環(huán)系統(tǒng)還在水槽內(nèi)部安裝液位開(kāi)關(guān)，液位開(kāi)關(guān)通過(guò)信號(hào)線連接庫(kù)卡KR1400機(jī)械手控制柜，當(dāng)水位超過(guò)0.5m時(shí)，觸發(fā)報(bào)警裝置，在庫(kù)卡KR1400機(jī)械手示教器上發(fā)出警報(bào)。