[發(fā)明專利]薄壁結(jié)構(gòu)件的單側(cè)激光噴丸強化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810515226.3
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108546818B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡永祥;楊若愚;姚振強
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 31236 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供了一種薄壁結(jié)構(gòu)件的單側(cè)激光噴丸強化方法，其包括如下步驟：S1、對薄壁結(jié)構(gòu)件進行厚度分析，篩選出N個特征厚度值；S2、確定薄壁結(jié)構(gòu)件各厚度處的最優(yōu)光斑尺寸；S3、確定薄壁結(jié)構(gòu)件的激光噴丸路徑；S4、以步驟S3所述的激光噴丸路徑對薄壁結(jié)構(gòu)件進行激光噴丸；其中，當(dāng)所述薄壁結(jié)構(gòu)件為等厚度薄壁結(jié)構(gòu)件時，N＝1；當(dāng)所述薄壁結(jié)構(gòu)件為變厚度薄壁結(jié)構(gòu)件時，N≥2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1、不借助外部夾具或者墊片，僅通過工藝參數(shù)的優(yōu)化實現(xiàn)變形控制，提高了方法的通用性；2、僅通過單側(cè)激光噴丸強化就能夠在薄壁結(jié)構(gòu)兩側(cè)均獲得殘余壓應(yīng)力，提高了對復(fù)雜結(jié)構(gòu)強化的適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種薄壁結(jié)構(gòu)單側(cè)激光噴丸強化工藝方法，其不借助外部夾具或者墊片，僅通過工藝參數(shù)的優(yōu)化使得在對航空發(fā)動機渦輪葉片葉緣等變厚度薄壁結(jié)構(gòu)進行單側(cè)激光噴丸強化的同時實現(xiàn)變形控制。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機在服役過程中，其葉片葉緣容易受到外物損傷和高周疲勞的影響而產(chǎn)生疲勞破壞。激光噴丸強化技術(shù)是實現(xiàn)航空發(fā)動機葉片表面強化，提高葉片的抗疲勞和抗異物撞擊損傷性能的有效方法，對于延長葉片的使用壽命和提高航空發(fā)動機的運行可靠性具有十分重要的意義。但是葉片葉緣的厚度只有0.4～0.6mm，是典型的變厚度薄壁結(jié)構(gòu)件，在激光噴丸強化的同時總是伴隨著葉緣的變形，而這些變形會對葉片的空氣動力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，因此需要建立變厚度薄壁結(jié)構(gòu)的激光噴丸強化工藝方法，在實現(xiàn)強化的同時減少其扭曲變形。

已有的解決方案是通過雙側(cè)激光沖擊來控制變形。而雙側(cè)沖擊又分為雙側(cè)同步和雙側(cè)異步，雙側(cè)同步?jīng)_擊因為載荷對稱，從理論上講就不存在變形，但是由于應(yīng)力波在試樣中間的疊加，因此有產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的風(fēng)險，而且，由于需要雙側(cè)同步?jīng)_擊也增加了光路的復(fù)雜性和控制的困難。雙側(cè)異步?jīng)_擊沒有應(yīng)力波疊加的問題，對于平板也能有效地控制住變形，但是對于一些扭曲的葉片會出現(xiàn)變形不可控的問題。而且，對于如整體葉盤一類互相有一定遮擋的工件，光路不完全可達，想要實現(xiàn)雙側(cè)沖擊變得更加困難。因此，本發(fā)明提供了一種單側(cè)激光噴丸強化的工藝方法。

申請?zhí)枮?01310224538.6的發(fā)明公開的一種激光沖擊飛機渦輪葉片的方法和裝置，其通過設(shè)計與葉片形狀相匹配的柔性夾具與墊片來抑制變形，再加上工藝參數(shù)的優(yōu)化來實現(xiàn)變形控制。但是該發(fā)明針對不同造型的葉片需要單獨設(shè)計夾具，系統(tǒng)復(fù)雜，通用性不夠。此外，申請?zhí)枮?01310040844.4的發(fā)明公開的一種激光沖擊處理發(fā)動機葉片的組合方法及裝置，其通過控制葉片的殘余應(yīng)力場，用增加強化和未強化區(qū)域之間平緩過渡區(qū)域的方式，來達到提高葉片疲勞壽命的目的，發(fā)明中并未涉及葉片變形的控制。此外，申請?zhí)枮?01710065831.0的發(fā)明公開的一種渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面異步激光沖擊強化方法，和申請?zhí)枮?01710065820.2的發(fā)明公開的一種用于渦輪葉片主導(dǎo)邊雙面同步激光沖擊強化的方法，都是通過雙側(cè)激光噴丸強化的方式實現(xiàn)變形控制，但是雙側(cè)的光路系統(tǒng)增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和編程的困難度，并且對于整體葉盤這一類有光路干涉結(jié)構(gòu)的工件，需要額外設(shè)計導(dǎo)光系統(tǒng)來實現(xiàn)雙側(cè)的激光噴丸強化。此外，申請?zhí)枮镋P02250594.5的發(fā)明公開的一種用于整體葉盤的雙側(cè)同步激光噴丸方法，通過兩束傾斜入射的激光以及調(diào)整整體葉盤的位姿，用橢圓形的光斑形狀對葉片進行雙側(cè)的激光噴丸強化，但是其同樣存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、編程控制困難的問題。

綜上所述，現(xiàn)有的關(guān)于航空發(fā)動機渦輪葉片葉緣等變厚度薄壁結(jié)構(gòu)的激光噴丸強化方法中并沒有一個不借助外部夾具、完全通過工藝參數(shù)優(yōu)化的單側(cè)激光噴丸強化的變形控制方法。所以，亟需一種可以適應(yīng)變厚度薄壁結(jié)構(gòu)激光噴丸強化的變形控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種薄壁結(jié)構(gòu)單側(cè)激光噴丸強化工藝方法，能夠不借助外部夾具或者墊片，僅通過工藝參數(shù)的優(yōu)化和單側(cè)激光噴丸使得在對航空發(fā)動機渦輪葉片葉緣等薄壁結(jié)構(gòu)進行強化的同時實現(xiàn)變形控制。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種薄壁結(jié)構(gòu)單側(cè)激光噴丸強化方法，其包括如下步驟：