本發(fā)明涉及深冷處理、激光加工領域，具體地說是一種溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)。

背景技術：

目前，激光沖擊強化技術已經(jīng)成功應用于航空航天、船舶及汽車等行業(yè)，并且激光沖擊強化技術的出現(xiàn)很好的解決了傳統(tǒng)金屬材料強化技術的接觸加工、加工時間長等缺陷，但是當前的激光沖擊強化技術都是在室溫或者高溫下進行的，強化之后得到的金屬材料強度與塑性之間存在著此消彼長的矛盾，常溫下的激光沖擊強化技術雖然能夠提高材料強度，但是會伴隨著塑性的降低，從而達不到航空鈦合金的要求。隨著深冷激光沖擊強化技術的出現(xiàn)，更好的解決了強度與塑性之間的矛盾，即提高強度的同時保證了塑性。但是深冷激光沖擊過程中的工件溫度可控性、光束質量和約束效果仍然是需要解決的關鍵問題。

對于國內外相關文獻的查詢，公開號為cn102492805a的中國專利申請，一種深冷激光沖擊強化裝置，首次在超低溫環(huán)境下采用激光沖擊強化技術對材料進行強化處理，完畢后，保溫一段時間后，讓其緩慢升至室溫。但是該發(fā)明并沒有提出材料與約束層的加緊裝置，液氮也沒有與材料直接接觸，而是通過液氮儲存腔和深冷腔進行傳熱，這種傳熱方式降溫效率較差以及不能實現(xiàn)溫度可控，也就達不到深冷激光沖擊強化對于溫度的要求。公開號為cn103525995a的中國專利申請，一種提高合金材料強韌性和抗疲勞壽命的處理方法，對材料依次進行固溶處理、時效處理和激光沖擊。但是該發(fā)明并沒有將深冷處理和激光沖擊強化這兩種工藝進行復合。公開號為cn105063284a的中國專利申請，一種適用于深冷激光沖擊技術的高透光率的深冷激光沖擊頭及激光沖擊系統(tǒng)，但是用靜止液氮作為約束層會導致約束效果不佳，不如水等流動液體或者k9光學玻璃約束效果好。

由于深冷激光沖擊需要將工件保持在深冷環(huán)境下，所以常溫激光沖擊系統(tǒng)不再適用于深冷激光沖擊強化，而且將工件直接暴露在液氮中會導致液氮汽化從而降低透光率和光束質量，本發(fā)明通過嵌入式深冷箱蓋保持其與液氮接觸，用熱傳導的方式保證工件處于深冷環(huán)境下，通過超低溫溫度計對工件溫度進行實時監(jiān)測，通過液位檢測和液氮自動補充裝置控制液氮液面高度進而控制深冷箱蓋與液氮接觸面積，保證傳熱至工件后使其處于不同深冷溫度下，最后通過螺旋壓板對工件進行加緊保證約束效果，解決了深冷激光沖擊過程中工件與液氮接觸而產生的液氮汽化物質導致光束透過率低或者用空氣傳熱效率低的問題，實現(xiàn)了溫度可控、約束效果更佳的深冷激光沖擊強化實驗效果。

通過對國內外文獻進行檢索，目前還沒有通過嵌入式結構和熱傳導方式設計的溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)，也沒有螺旋壓板加緊裝置在深冷激光沖擊領域中的應用，本發(fā)明為首次提出這種熱傳導式溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)，通過嵌入式深冷箱蓋與液氮保持接觸，用熱傳導的方式保證工件置于深冷環(huán)境下，通過超低溫溫度計對工件溫度進行實時監(jiān)測，通過液位檢測裝置和液氮自動補充裝置控制液氮液面高度進而控制深冷箱蓋與液氮接觸面積，進而保證傳熱至工件后使其處于不同深冷溫度下，并且通過螺旋壓板對工件進行加緊保證約束效果，解決了深冷激光沖擊過程中工件與液氮接觸而產生的液氮汽化物質導致光束透過率低或者用空氣傳熱效率低的問題，實現(xiàn)了溫度可控、約束效果更佳的深冷激光沖擊強化實驗效果。該深冷激光沖擊強化系統(tǒng)能夠高精度和高效地將工件夾持在現(xiàn)有的激光沖擊強化設備上進行深冷激光沖擊強化。

本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的。

一種溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)，其特征在于，包括夾具底座、液位監(jiān)測裝置、液氮自動補充裝置、第一支撐板、蓋板、螺桿壓緊裝置和周向定位裝置；兩個第一支撐板通過螺紋固定在夾具底座上，蓋板固定在兩個第一支撐板之間、并位于第一支撐板頂部；

所述液氮自動補充裝置包括電動液氮泵、集成控制器和自動調控流量漏斗，自動調控流量漏斗上口封閉、并通過螺紋連接在夾具底座上，自動調控流量漏斗與電動液氮泵采用螺紋連接，電動液氮泵與自動調控流量漏斗通過集成控制器和計算機系統(tǒng)相連，自動調控液氮液面高度，自動調控流量漏斗通過螺紋連接固定在深冷箱蓋上；

所述液位監(jiān)測裝置包括浮標與液位監(jiān)測器，液位監(jiān)測器與計算機系統(tǒng)相連收集即時液位信息，計算機系統(tǒng)根據(jù)液位監(jiān)測器所測液位高度，通過控制電動液氮泵與自動調控流量漏斗調控流量大小以保證液氮液面在指定高度；

所述螺桿壓緊裝置包括壓板、第一連接板、第二支撐板、第二連接板、升降塊、螺桿與旋轉把手，所述螺桿穿過所述蓋板上的通孔，上端與旋轉把手固定連接，下端與夾具底座轉動副連接；所述升降塊裝在螺桿上、并通過螺紋連接，所述第二支撐板通過第二連接板連接在升降塊上，所述壓板通過第一連接板連接在第二支撐板上，所述壓板中間具有圓形通孔；

所述周向定位裝置包括夾緊塊、擋塊、擋銷和擰緊旋鈕，所述擋銷固定在蓋板上，所述夾緊塊裝在螺桿上、并位于蓋板上方，所述擰緊旋鈕裝在夾緊塊、并通過螺紋連接，擋塊的與蓋板上的擋銷配合實現(xiàn)螺桿的周向定位。

優(yōu)選地，所述螺桿壓緊裝置還包括懸塊、支撐桿，兩個所述支撐桿固定在蓋板與夾具底座之間，所述懸塊裝在支撐桿上、且能夠沿支撐桿上下滑動，兩個懸塊均固定在第二支撐板上。

優(yōu)選地，所述深冷箱體上設有泄壓閥。

優(yōu)選地，所述升降塊與螺桿采用過盈配合。

優(yōu)選地，采用深冷箱蓋作為夾具底座，所述深冷箱蓋通過搭扣固定在深冷箱體上。

優(yōu)選地，所述的深冷箱體、深冷箱蓋分別采用鋁合金和紫銅材料制成。

優(yōu)選地，夾具底座上還設有用于定位工件的銷釘，作為待加工工件定位。

優(yōu)選地，所述螺桿與夾具底座和蓋板通過軸承連接。

優(yōu)選地，約束層與壓板通過底部的凹槽進行定位，并且凹槽內設有膠墊圈。

本發(fā)明通過螺桿壓緊機構對工件和約束層進行加緊定位，夾緊定位過程快速簡單，拆裝工件時間不超過2分鐘，用螺桿壓緊裝置通過壓板對約束層(光學玻璃)兩端均衡施加壓力，保證約束效果。通過活動塊與第一支撐板、第二支撐桿之間的端面接觸，保證壓板平穩(wěn)地施加在光學玻璃上。采用銷軸、端面定位的方法，重復定位精度高，且定位可靠，極大地提高了深冷激光沖擊強化的質量和生產效率。

根據(jù)計算機系統(tǒng)接收到的液面監(jiān)測裝置所傳入即時數(shù)據(jù)，通過控制自動調控流量漏斗和電動液氮泵不斷進行液氮的保證液氮液面為固定值，深冷箱蓋傳熱至工件從而保證其溫度固定在一定深冷溫度下。壓板與約束層接觸的部位采用了膠墊，避免了對光學玻璃的損傷，夾具底座選用超高傳熱系數(shù)紫銅提高了對工件的降溫效率，夾具主體和深冷箱體采用鑄鐵材料，既節(jié)約了成本也降低了熱量的傳輸和液氮的損失。

通過嵌入式深冷箱蓋與液氮保持接觸，用熱傳導的方式保證工件置于深冷環(huán)境下，解決了深冷激光沖擊過程中工件與液氮接觸而產生的液氮汽化物質導致光束透過率低或者用空氣傳熱效率低的問題，通過超低溫溫度計對工件溫度進行實時監(jiān)測。本發(fā)明具有結構簡單、質量輕、使用方便、成本低等優(yōu)點，在提高生產效率的同時，實現(xiàn)了溫度可控、沖擊質量更好的深冷激光沖擊系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述深冷箱蓋及夾具示意圖。

圖2是本發(fā)明所述螺桿壓緊裝置和周向定位裝置局部結構示意圖。

圖3是所述溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)示意圖。

圖4是壓板示意圖。

圖中：

1.深冷箱體、2.夾具底座、3.第一支撐板、4.蓋板、5.旋轉把手、6.第二支撐板、7.第一連接板、8.自動調控流量漏斗、9.泄壓閥、10.加工工件、11.搭扣、12.約束層、13.壓板、14.懸塊、15.擋銷、16.擋塊、17.夾緊塊、18.擰緊旋鈕、19.升降塊、20.螺釘、21.第二連接板、22.螺桿、23.支撐桿、24.計算機系統(tǒng)、25.激光控制器、26.激光器、27.折射鏡、28.聚焦鏡、29.電動液氮泵、30.超低溫溫度計、31.集成控制器、32.液位監(jiān)測器、33.浮標。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述溫度可控的深冷激光沖擊強化系統(tǒng)中的夾緊裝置，包括夾具底座2、第一支撐板3、蓋板4、螺桿壓緊裝置和周向定位裝置；兩個第一支撐板3通過螺紋固定在夾具底座2上，蓋板4固定在兩個第一支撐板3之間、并位于第一支撐板3頂部。可以采用深冷箱蓋作為夾具底座2，所述深冷箱蓋通過搭扣固定在深冷箱體1上。所述深冷箱蓋上設有連通深冷箱體1的漏斗8，所述深冷箱體1上設有泄壓閥9。漏斗8通過螺紋連接在夾具底座2上，深冷箱體1與泄壓閥9采用螺紋連接。所述泄壓閥與漏斗所用材料為耐低溫材料，保證在液氮溫度下能有效的工作。

所述深冷箱蓋采用紫銅制成。紫銅的傳熱系數(shù)較高，利于加快熱量的傳輸和工件溫度的冷卻，螺桿壓緊裝置和螺釘采用鑄鐵和碳鋼材料，因為鐵的傳熱系數(shù)較低，利于減少熱量的傳遞和加快工件的冷卻，另外鐵價格便宜，成本低。深冷箱體外還包有泡沫盒，這樣能減少熱量的散失和液氮的消耗，降低實驗成本。

另外，如圖3所示，箱蓋采用嵌入式結構，這樣既能實現(xiàn)箱蓋跟箱體的精確定位也能保證箱蓋和工件與液氮的充分接觸，從而保證實驗環(huán)境的高效穩(wěn)定。

所述液氮自動補充裝置包括電動液氮泵29、集成控制器31和自動調控流量漏斗8，電動液氮泵29與自動調控流量漏斗8通過集成控制器31和計算機系統(tǒng)24相連，自動調控液氮液面高度，自動調控流量漏斗8通過螺紋連接固定在深冷箱蓋2上。

所述液位監(jiān)測裝置包括浮標33與液位監(jiān)測器32，液位監(jiān)測器32與計算機系統(tǒng)24相連收集即時液位信息，保證液位高度保持一定。

所述螺桿壓緊裝置包括壓板13、第一連接板7、第二支撐板6、第二連接板21、升降塊19、螺桿22與旋轉把手5，所述螺桿22穿過所述蓋板4上的通孔，上端與旋轉把手5固定連接，下端與夾具底座2轉動副連接；具體的，所述螺桿22與夾具底座2和蓋板4通過軸承連接。所述升降塊19裝在螺桿22上、并通過螺紋連接，所述第二支撐板6通過第二連接板21連接在升降塊19上，所述壓板13通過第一連接板7連接在第二支撐板6上。所述壓板13中間具有圓形通孔，如圖4所示，約束層12與壓板13通過底部的凹槽進行定位，并且凹槽內設有膠墊圈，避免光學玻璃受到損壞。其中壓板與第一連接板、第一連接板與第二支撐板、第二支撐板與第二連接板、第二連接板與升降塊均采用螺釘連接，升降塊與螺桿之間采用過盈配合。

所述周向定位裝置包括夾緊塊17、擋塊16、擋銷15和擰緊旋鈕18，所述擋銷15固定在蓋板4上，所述夾緊塊17裝在螺桿22上、并位于蓋板4上方，所述擰緊旋鈕18裝在夾緊塊17、并通過螺紋連接，擋塊16的與蓋板4上的擋銷15配合實現(xiàn)螺桿22的周向定位，所述擋銷15與擋塊16和蓋板4之間采用過盈配合。蓋板4與擋塊16之間通過擋銷15進行定位，采用過盈配合這樣既方便又可靠。

夾具底座2上還設有用于定位工件10的銷釘，所述的銷釘和深冷箱蓋2采用過盈配合。工件10與深冷箱蓋2之間通過銷釘15進行定位，通過擰旋轉把手5利用螺桿22和壓板13對約束層12和加工工件10施加約束力，保證深冷激光沖擊強化過程中的約束效果。所述的周向定位裝置通過夾緊塊15和擋塊14對螺桿實現(xiàn)周向約束。

本發(fā)明的工作過程是：

使用時，首先打開深冷箱蓋2，將工件10和約束層光學玻璃12放在深冷箱蓋2上，然后用錐度為7:24的錐型銷釘15對工件10進行定位，通過壓板13內的凹槽對光學玻璃12進行定位，擰緊旋轉把手5，通過螺桿22、升降塊19、連接板21、支撐板6、第二連接板7、壓板13對工件10和光學玻璃12實現(xiàn)加緊，從而保證約束效果；接著對螺桿22插入夾緊塊17旋上擰緊旋鈕18，插入擋塊16和通過擋銷15對其進行周向定位；將深冷箱蓋2蓋上，搭上搭扣11，關閉泄壓閥9，通過螺紋將流量自動控制漏斗8旋進深冷箱蓋2，打開電動液氮泵29、計算機系統(tǒng)24、液位監(jiān)測器32、超低溫溫度計30和集成控制器31，根據(jù)所需溫度調節(jié)液位監(jiān)測器閾值，向深冷箱體1中加入液氮到一定液位高度并且不斷補充液氮直至超低溫溫度計30上顯示溫度穩(wěn)定在固定值，兩分鐘后打開激光控制器25和激光器26，調試激光光斑和能量參數(shù)，開始深冷激光沖擊強化實驗。

沖擊完一個工件10后關閉激光器26，拿走擋銷15和擋塊16，擰開擰緊旋鈕18撤走夾緊塊，擰開旋轉把手5撤走壓板13，更換光學玻璃11和工件10，并重復上述加載步驟。

試驗結束后關閉激光器26和激光控制器25，重復上述步驟撤走工件10和光學玻璃12，打開泄壓閥9進行液氮回收，解開搭扣11，去下深冷箱蓋2。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。