[發(fā)明專利]一種孔壁強(qiáng)化的防損傷方法及其裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010188527.7
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111235381A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳俊峰;曹子文;車志剛;孫汝劍;鄒世坤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種孔壁強(qiáng)化的防損傷方法及其裝置，包括工件夾持單元、防護(hù)板單元和控制系統(tǒng)，其中：工件夾持單元包括機(jī)械手II和工裝夾具II，所述工裝夾具II安裝在所述機(jī)械手II的執(zhí)行末端，用于夾持需進(jìn)行孔壁強(qiáng)化的工件；防護(hù)板單元包括機(jī)械手I、工裝夾具I、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和防護(hù)板，所述工裝夾具I安裝在所述機(jī)械手I的執(zhí)行末端，所述防護(hù)板通過所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在所述工裝夾具I的夾頭端，以調(diào)控所述防護(hù)板伸入工件孔壁內(nèi)的徑向和周向位置；控制系統(tǒng)包括控制器和計(jì)算機(jī)，所述控制器連接并控制所述機(jī)械手I和所述機(jī)械手II，所述計(jì)算機(jī)控制激光器，在激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，使所述激光器向工件的待加工部位發(fā)射激光束。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種孔壁強(qiáng)化的防損傷方法及其裝置。

背景技術(shù)

航空結(jié)構(gòu)件孔的結(jié)構(gòu)承受復(fù)雜交變載荷，常常產(chǎn)生微動疲勞等失效形式。為實(shí)現(xiàn)孔壁疲勞延壽，通常采用激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)對孔壁進(jìn)行表層改性處理，誘導(dǎo)表層高幅殘余壓應(yīng)力和晶粒細(xì)化，從而顯著提高孔壁疲勞壽命。目前，現(xiàn)有技術(shù)中的有關(guān)孔結(jié)構(gòu)激光沖擊強(qiáng)化(例如，飛機(jī)發(fā)動機(jī)整體葉盤相鄰葉盤強(qiáng)化過程)，僅從理論上考慮孔壁強(qiáng)化，并未考慮實(shí)際工程應(yīng)用中，多光斑搭接激光沖擊強(qiáng)化孔壁時(shí)，由于小孔效應(yīng)，激光爆轟波對孔壁強(qiáng)化區(qū)域?qū)?yīng)的孔壁面損傷問題。

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請基于理論和工程應(yīng)用考慮，提出了一種孔壁強(qiáng)化的防損傷方法及其裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種孔壁強(qiáng)化的防損傷方法及其裝置，通過工件夾持單元、防護(hù)板單元和控制系統(tǒng)協(xié)同作用，使得防護(hù)板始終能夠屏蔽孔壁強(qiáng)化產(chǎn)生的激光爆轟波，解決了對應(yīng)孔壁面及其表面吸收層產(chǎn)生損傷，減少吸收層粘貼次數(shù)，實(shí)現(xiàn)孔壁圓周一次性強(qiáng)化。

第一方面，本發(fā)明提供一種孔壁強(qiáng)化的防損傷裝置，包括工件夾持單元、防護(hù)板單元和控制系統(tǒng)，其中：

工件夾持單元，包括機(jī)械手II和工裝夾具II，所述工裝夾具II安裝在所述機(jī)械手II的執(zhí)行末端，用于夾持需進(jìn)行孔壁強(qiáng)化的工件；

防護(hù)板單元，包括機(jī)械手I、工裝夾具I、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和防護(hù)板，所述工裝夾具I安裝在所述機(jī)械手I的執(zhí)行末端，所述防護(hù)板通過所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在所述工裝夾具I的夾頭端，以調(diào)控所述防護(hù)板伸入工件孔壁內(nèi)的徑向和周向位置；

控制系統(tǒng)，包括控制器和計(jì)算機(jī)，所述控制器連接并控制所述機(jī)械手I和所述機(jī)械手II，所述計(jì)算機(jī)控制激光器，在激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，使所述激光器向工件的待加工部位發(fā)射激光束。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括軸向滑桿和橫向滑桿，所述橫向滑桿的一端安裝有調(diào)節(jié)滑塊，另一端安裝所述防護(hù)板，所述調(diào)節(jié)滑塊的中心開有通孔，通孔的軸線與橫向滑桿的軸線垂直，所述軸向滑桿的頂部安裝在所述工裝夾具I的夾頭端，所述軸向滑桿的底部通過調(diào)節(jié)滑塊的通孔與所述橫向滑桿連接，使所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的橫向滑桿通過調(diào)節(jié)滑塊可沿其軸向滑桿往復(fù)滑動，所述防護(hù)板的頂部可沿所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的橫向滑桿往復(fù)滑動，所述防護(hù)板的底部伸入工件的孔壁遮擋非加工面，實(shí)現(xiàn)爆轟波反射屏蔽。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)滑塊上設(shè)有軸向和徑向調(diào)節(jié)件，用于在所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的橫向滑桿在軸向滑動或者徑向轉(zhuǎn)動時(shí)，對其限位調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)所述防護(hù)板的底部伸入工件孔壁內(nèi)的深度及與孔壁面的徑向距離。

進(jìn)一步地，所述防損傷裝置還包括噴嘴，所述噴嘴安裝在所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的軸向滑桿底部，在激光強(qiáng)化前，用于提供孔壁強(qiáng)化區(qū)域表面均勻的水流約束層。

進(jìn)一步地，所述防護(hù)板的底部伸入工件孔壁內(nèi)與孔壁面的徑向距離為L₁為，其中，D為工件孔壁的孔徑，a為激光光斑的最大直徑尺寸，所述防護(hù)板(4)的寬度W為：厚度h為：所述防護(hù)板(4)寬度方向中心線與激光束輻射在孔壁上的光斑中心相一致。

進(jìn)一步地，所述防護(hù)板(4)的底部為平板或曲面板，所述防護(hù)板(4)的底部為曲面板時(shí)，該曲面防護(hù)板的凸曲面朝向孔壁中心一側(cè)，曲面半徑小于所述防護(hù)板(4)的材質(zhì)為不銹鋼。