[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣激光矯形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610727486.8
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN106271041B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永康;盧軼;張永俊
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;C21D10/00
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣激光矯形方法。本發(fā)明涉及激光噴丸矯形領(lǐng)域，特指一種能夠?qū)崟r監(jiān)測零件變形狀態(tài)，不斷調(diào)整激光參數(shù)的矯形方法與裝置。包括：涂水機(jī)器人、激光器、機(jī)械手。其特征在于，還包含：視覺應(yīng)變檢測裝置，伸縮軸、卡盤。卡盤安裝在伸縮軸上，用于夾緊機(jī)匣的底部。機(jī)械手夾緊伸縮軸，配合卡盤使伸縮軸位于機(jī)匣中軸線上。伸縮軸的頂端設(shè)有視覺應(yīng)變檢測裝置，可配合伸縮軸上下移動，監(jiān)測不同區(qū)域的應(yīng)變。機(jī)械手通過不斷調(diào)整機(jī)匣的姿態(tài)使激光垂直入射機(jī)匣需矯形的表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光噴丸矯形領(lǐng)域，特指一種能夠?qū)崟r監(jiān)測零件變形狀態(tài)，不斷調(diào)整激光參數(shù)的矯形方法與裝置。

背景技術(shù)

機(jī)匣是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件，在發(fā)動機(jī)工作時，承受氣體負(fù)載和質(zhì)量慣性力，還承受由溫差引起的熱載荷,在發(fā)動機(jī)啟動、停車、狀態(tài)變化或飛機(jī)飛行姿態(tài)變化時，機(jī)匣都要承受循環(huán)載荷，長期工作在上述惡劣環(huán)境中，可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)機(jī)匣產(chǎn)生疲勞裂紋而失效。設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)減重增效，機(jī)匣通常采用薄壁、整體回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，材料多為鈦合金、高溫合金等難加工材料，導(dǎo)致機(jī)匣在實(shí)際加工中存在諸多問題，其中加工變形難以控制最為突出，導(dǎo)致機(jī)匣的因變形而導(dǎo)致的報(bào)廢率極高。機(jī)匣在服役一段時間以后，其內(nèi)部也會產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致其變形失效，由于機(jī)匣生產(chǎn)周期長，制造難度高，直接更換機(jī)匣成本太高，而傳統(tǒng)的矯形方法難以精確成形，如噴砂成形只能大范圍整體處理，以及沖壓等冷變形方法只能對結(jié)構(gòu)簡單的零件進(jìn)行大尺寸矯形，對于機(jī)匣這類精密零件無能為力。

因此急需一種能夠?qū)ψ冃螆?bào)廢機(jī)匣進(jìn)行矯形的新工藝來降低機(jī)匣的報(bào)廢率及維修成本。基于機(jī)匣矯形工藝的現(xiàn)狀本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣激光矯形方法與裝置。它有效解決傳統(tǒng)工藝的不足，并能在矯形的同時引入殘余壓應(yīng)力，起到延壽的效果。

發(fā)明內(nèi)容

基于航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣矯形工藝的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣激光矯形方法與裝置，它能實(shí)時監(jiān)測矯形件的變形狀態(tài)，及時對激光參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將因變形而報(bào)廢的零件矯正為合格形態(tài)，并在矯形區(qū)域施加殘余壓應(yīng)力，提高零件的使用壽命。

本發(fā)明的原理為：采用大功率激光沖擊試樣表面時，會在材料表面施加微小的塑性變形和殘余壓應(yīng)力層，在殘余壓應(yīng)力的作用下材料將沿著激光入射相反的方向突起，形成彎曲變形。如圖2所示。

一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣激光矯形方法，首先對加工變形機(jī)匣表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行測量與模擬計(jì)算，獲得機(jī)匣表面殘余應(yīng)力分布。在拉應(yīng)力區(qū)域涂覆黑漆作為吸收層、水膜作為約束層，然后通過激光噴丸調(diào)控具有拉應(yīng)力的區(qū)域，針對不同的拉應(yīng)力大小施加不同的激光功率密度。在機(jī)匣的內(nèi)表面涂覆有光學(xué)顯影劑，通過視覺動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，監(jiān)測材料背部的變形，根據(jù)背部變形的的情況不斷微調(diào)激光功率最終實(shí)現(xiàn)機(jī)匣的矯形。

一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室機(jī)匣激光矯形裝置，包括：涂水機(jī)器人、激光器、機(jī)械手。其特征在于，還包含：視覺應(yīng)變檢測裝置，伸縮軸、卡盤。卡盤安裝在伸縮軸上，用于夾緊機(jī)匣的底部。機(jī)械手夾緊伸縮軸，配合卡盤使伸縮軸位于機(jī)匣中軸線上。伸縮軸的頂端設(shè)有視覺應(yīng)變檢測裝置，可配合伸縮軸上下移動，監(jiān)測不同區(qū)域的應(yīng)變。機(jī)械手通過不斷調(diào)整機(jī)匣的姿態(tài)使激光垂直入射機(jī)匣需矯形的表面。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.能夠?qū)Ρ”诓课贿M(jìn)行精確矯形，克服了傳統(tǒng)矯形方法只能整體處理、局部大變形處理的缺陷。

2.在進(jìn)行矯形的同時，在矯形區(qū)域引入了殘余壓應(yīng)力提高了材料的強(qiáng)度及使用壽命。

3.在矯形的過程中實(shí)時監(jiān)測反饋，保證了矯形的精確度。

附圖說明

圖1是機(jī)匣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是激光噴丸矯形原理圖；

圖3是機(jī)匣變形及殘余應(yīng)力分布示意圖；

圖4是激光噴丸矯形裝置示意圖；