一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置与方法

本发明属于金属激光增材制造后处理强化，尤其涉及一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置与方法。

背景技术：

1、激光增材制造技术是一种利用高能激光束熔化金属粉末或丝材，并按照填充路径逐层堆积熔覆材料，进而来实现复杂金属构件成形的技术。由于激光增材制造技术的柔性化制造特点能够实现多品种、变批量零件加工的快速转换。该技术可用于承受较大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造。

2、由于激光增材制造的快速冷凝特点，激光束瞬时局部输入高能量造成目标构件表面区域的温度分布不均匀，冷却凝固时物体不同部位传热量不同，进而目标构件的不同部位之间相互制约，引起局部热塑性变形，进而在目标构件的成形件中形成较大的内应力。目前，利用超声冲击强化技术，通过冲击头的高频振动，能够有效地消减激光增材制造成形件中形成较大的内应力。但是，现有的冲击强化装置中，一般的液压缸控制冲击力装置在通过液压缸控制冲击力的过程中，由于液压缸内部会产生压力变化，进而导致冲击力波动，波动的产生会使装置因自重在工件表面产生较大的冲击凹痕，导致工件损伤。

3、为此，针对上述的技术问题，需要提供一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置与方法，以解决现有技术中液压缸内部会产生压力变化，进而导致冲击力波动，波动的产生会使装置因自重在工件表面产生较大的冲击凹痕，导致工件损伤的技术问题。

2、本发明第一方面提供了用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，包括：外壳；驱动机构，设置于外壳内部，并与外壳相连接；丝杠压缩杆，贯穿于外壳，并与驱动机构相邻设置，且与外壳相连接；升降齿轮，设置于外壳内部，并套设在丝杠压缩杆外部，且与驱动机构相连接；第一轴承，套设在升降齿轮外部，并与升降齿轮相连接；弹簧，设置于丝杠压缩杆的下方，并能够与丝杠压缩杆相接触，进而沿弹簧恢复弹性形变的方向为丝杠压缩杆提供作用力；超声冲击装置壳体，设置于外壳的下方，并与外壳相连接；卡槽，设置于超声冲击装置壳体的侧壁；自锁机构，设置于卡槽内部，并与丝杠压缩杆相连接，进而在弹簧带动丝杠压缩杆的情况下，使自锁机构在卡槽内卡紧。

3、可选地，驱动机构包括：调速电机，设置于外壳的上方，并与外壳相连接；传动轴，设置于外壳内部，且设置于调速电机的下方，并与调速电机的输出轴相连接；齿轮，套设于传动轴的外侧，且与升降齿轮相啮合；第二轴承，设置于传动轴的上下两侧，并与传动轴相连接。

4、可选地，超声冲击控制台，设置于外壳的外部，并与调速电机电连接。

5、可选地，外接固定架，设置于超声冲击装置壳体的中部，并与超声冲击装置壳体相连接。

6、可选地，冲击模块，设置于超声冲击装置壳体的下方，并与超声冲击装置壳体相连接。

7、可选地，端盖，设置于外壳的上部，并与外壳相连接；螺栓，穿设在端盖的顶端，使端盖与外壳相连接。

8、本发明第二方面提供了用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置的控制方法，该控制方法的具体步骤包括：s1：根据目标构件的残余应力分布特点，对超声冲击控制台进行冲击程序设置；s2：根据设置的冲击程序，超声冲击控制台控制驱动机构，进而带动升降齿轮运动，使升降齿轮带动丝杠压缩杆压紧弹簧至预设载荷值；s3：自锁机构固定丝杠压缩杆，使丝杠压缩杆按照预设载荷值保持稳定的载荷输出，使冲击模块对目标构件施加的冲击力稳定可控，实现目标构件的区域应力分布均匀化。

9、可选地，在步骤s1中，设置的冲击程序包括：在目标构件的残余应力聚集较大处，选用大冲击载荷对目标构件进行超声冲击强化处理；在目标构件的残余应力聚集较小处，选用小冲击载荷对目标构件进行处理。

10、相较于现有技术，本发明提供了一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置与方法，通过控制方法控制超声冲击控制台，进而控制驱动机构带动升降齿轮运动，进而使升降齿轮带动丝杠压缩杆运动，使得丝杠压缩杆压紧弹簧，丝杠压缩杆受到弹簧向上的反作用力，进而在弹簧带动丝杠压缩杆的情况下，使自锁机构在卡槽内卡紧，使得自锁机构难以滑脱卡槽，使冲击模块对目标构件施加的冲击力稳定可控，保证了冲击载荷的稳定性，使目标构件的区域应力分布均匀化，有效避免了冲击力波动，保证了工件的加工品质。

技术特征：

1.一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，其特征在于，所述驱动机构包括：

3.根据权利要求2所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，其特征在于，还包括：

7.一种如权利要求1所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置的控制方法，其特征在于，该控制方法的具体步骤包括：

8.根据权利要求7所述的用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置的控制方法，其特征在于，在步骤s1中，设置的冲击程序包括：

技术总结
本发明提供一种用于激光增材制造的机械增压式冲击强化装置，包括：外壳；驱动机构，设置于外壳内部；丝杠压缩杆，贯穿于外壳，并与驱动机构相邻设置，且与外壳相连接；升降齿轮套设在丝杠压缩杆外部；第一轴承套设在升降齿轮外部，并与升降齿轮相连接；弹簧设于丝杠压缩杆的下方，并能够与丝杠压缩杆相接触，进而沿弹簧恢复弹性形变的方向为丝杠压缩杆提供作用力；超声冲击装置壳体，设置于外壳的下方；卡槽设于超声冲击装置壳体侧壁；自锁机构，设于卡槽内部，并与丝杠压缩杆相连接。本发明通过设置驱动机构带动升降齿轮，进而带动丝杠压缩杆移动，实现对压紧弹簧的压紧或放松，并与自锁机构结合，保证了输出冲击载荷的稳定。

技术研发人员：卞宏友,吴先博,刘伟军,张凯,王慧儒,李强,王蔚,张林栋
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15