[發明專利]一種基于激光沖擊強化的空心葉片增壽控形方法

有效

• 申請號: 202010945562.9
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112048614B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 張恭軒;桓恒;高宇;楊林青;陳慧斌
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D11/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種基于激光沖擊強化的空心葉片增壽控形方法，包括以下步驟：步驟1，強化區域計算；步驟2，加載應力計算；步驟3，葉片整體變形計算；步驟4，夾具設計；步驟5，路徑規劃；步驟6，零件裝夾；步驟7，零件清理；步驟8，對兩個待強化區域，首先預置一層寬度為25?60mm、厚度為0.05?0.15mm的鋁箔；其次在鋁箔上面預置一層寬度為25?60mm、厚度為0.1?0.2mm的黑膠帶；步驟9，約束層施加；步驟10，程序編制；步驟11，激光沖擊強化第一強化部位；步驟12，激光沖擊強化第二強化部位；步驟13，激光沖擊強化第三強化部位；步驟14，吸收層去除及清理。根據強化區域要求設計激光沖擊強化吸收層、梯度變化工藝參數滿足空心葉片振動疲勞壽命提升要求。

技術領域

本發明屬于表面強化技術領域，具體涉及一種基于激光沖擊強化的空心葉片增壽控形方法，主要應用于航空、航天等工業中的空心葉片結構上。

背景技術

目前表面強化有激光沖擊強化、噴丸、振動光飾、擠壓等，針對實心葉片開展了較多研究，但針對空心葉片研究非常少，空心葉片截面如圖1所示。

激光沖擊強化技術(Laser shock processing簡稱LSP)，是利用強激光誘導沖擊波來強化金屬表面的一種新技術。當短脈沖高峰值功率密度的激光輻射金屬表面時，金屬表面吸收層(保護層)吸收激光能量發生爆炸性汽化蒸發，產生高壓(Gpa)等離子體，該等離子體受到約束層的約束爆炸時產生高壓沖擊波，作用于金屬表面并向內部傳播。在材料表層形成密集、穩定的位錯結構的同時，使材料表層產生應變硬化，殘留很大的壓應力，顯著地提高材料的抗疲勞和抗應力腐蝕等性能。激光沖擊強化技術具有激光參數和作用區域可精確控制、變形可控等優點。

噴丸強化對實心葉片存在變形量較大，不易精確控制變形，對空心葉片更是難以調控參數；振動光飾存在疲勞性能提升不足的問題；擠壓強化不適用于空心葉片類零件的問題。

寬弦空心風扇葉片具有增大推力、減輕質量、減少氣流損失、降低噪音、降低機匣的包容性、提高發動機推重比和效率等優點。葉片結構的形式有兩種：三層板SPF/DB結構(W型結構)和對開擴散焊結構(H型結構)，但是空心葉片相比實心葉片存在表面強化容易出現凹坑、裂紋、變形，疲勞壽命難以達標等問題，嚴重影響零件的使用，通過表面強化工藝提升疲勞壽命迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于激光沖擊強化的空心葉片增壽控形方法，通過激光沖擊強化對空心葉片類零件進行處理，振動疲勞壽命明顯提升，并且表面粗糙度及變形量小。此種方法方便實用，具有可推廣性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于激光沖擊強化的空心葉片增壽控形方法，包括以下步驟：

步驟1，強化區域計算：利用有限元軟件模擬空心葉片工作的最大應力位置、薄弱區域，計算出空心葉片需強化的區域范圍；

步驟2，加載應力計算：利用有限元軟件對空心葉片模型需強化的區域范圍繼續細分區域，計算各區域能夠承受的加載應力；

步驟3，葉片整體變形計算：在空心葉片模型上預加載強化應力，計算空心葉片的變形趨勢及變形量；

步驟4，夾具設計：根據空心葉片的變形情況，設計反變形夾具；

步驟5，路徑規劃：利用路徑規劃軟件，對空心葉片模型、反變形夾具模型、軌跡機器人模型進行整體計算，計算出空心葉片的激光沖擊強化軌跡，避免反變形夾具與激光干涉；

步驟6，零件裝夾：將空心葉片榫頭通過反變形夾具裝夾至軌跡機器人上，使反變形夾具的夾具支架支撐螺紋桿帶動金屬壓頭、非金屬墊塊與空心葉片易變形部位緊密配合，確保待強化區域完全暴露，避免對激光進行干涉；

步驟7，零件清理：用絹布蘸取無水乙醇對空心葉片正反面進行擦拭，確保無油污；