[發明專利]一種基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置及系統

有效

• 申請號: 202011460246.9
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112609053B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 張平;張顯程;龔從揚;涂善東;張成成;劉怡心
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;C22F1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;熊俊杰

本發明涉及一種基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置及系統，基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置包括內部中空且沿軸向相連的外套筒和曲線保持殼；所述外套筒和曲線保持殼的內腔中設有依次相連的變幅桿、彎曲頂帽和滾壓球，所述彎曲頂帽與所述曲線保持殼間隙配合，所述滾壓球部分伸出所述曲線保持殼之外；所述彎曲頂帽上設有沿軸向貫通所述彎曲頂帽的射流通道。本發明提供的基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置及系統，通過在彎曲頂帽上設置射流通道，通過在射流通道中通入不同介質的射流，從而實現超聲滾壓強化過程中的潤滑并對變幅桿的輸出進行抑制或增強，從而提升表面強化質量和效果。

技術領域

本發明涉及材料表面強化領域，更具體地涉及一種基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置及系統。

背景技術

先進的材料和制造工藝是航空發動機實現減重、增效、改善性能的關鍵技術之一。在新一代航空發動機性能的提高中，制造技術與材料的貢獻率為50~70%，而在減重的貢獻率中，制造技術和材料的貢獻率占70~80%，這充分表明材料與制造工藝是制約新一代航空發動機發展的關鍵技術。然而，渦輪盤用高溫合金均屬于典型的難加工材料，其較高的硬度和韌性及較低的熱導率，導致在加工過程中表面及次表面引發較大的殘余應力及微觀組織結構演變。表面加工質量的不確定性，尤其表面微觀組織結構演化導致的材料不均勻，可能會直接影響著渦輪盤的服役行為、損傷乃至裂紋擴展，因此，需要通過表面強化來提高其疲勞壽命。

表面強化是通過在材料表面引入形變，進而使材料表層微觀組織結構發生變化，從而改變材料性能的一種工藝。因為機械構件的表面往往承受最大應力，且在服役過程中直接與各種介質接觸，所以機械構件的失效往往始于構件表面。如果能夠在機械構件表面引入一層殘余應力，中和表面承受的應力，同時提高機械構件的表層硬度，降低表面粗糙度，改善表層微觀組織結構等，就可以改善機械構件的疲勞性能和耐磨性，從而拓寬材料的應用范圍。表面機械處理包括很多種，常見的有噴丸、激光沖擊強化、低塑性拋光、表面滾壓等。

傳統的噴丸可控性差，強化后表面質量較差；激光沖擊強化屬于高能耗沖擊方法，沖擊后的表面雖然較傳統噴丸好，但是表面質量仍然達不到要求；低塑性拋光可以使得表面質量得到較大的提高，但是表層殘余壓應力較??；傳統的表面滾壓可以使表層產生一定的殘余壓應力，但是殘余壓應力的層深較小。

發明內容

本發明提供一種基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置及系統，以提高材料表面強化后的表面質量及殘余壓應力層的深度。

料表面強化后的表面質量及殘余壓應力層的深度。

本發明一方面提供一種基于射流輔助的超聲滾壓強化裝置，包括：

內部中空且沿軸向相連的外套筒和曲線保持殼；

所述外套筒和曲線保持殼的內腔中設有依次相連的變幅桿、彎曲頂帽和滾壓球，所述彎曲頂帽與所述曲線保持殼間隙配合，所述滾壓球部分伸出所述曲線保持殼之外；

所述彎曲頂帽上設有沿軸向貫通所述彎曲頂帽的射流通道。

進一步地，所述彎曲頂帽的一端設有容納槽，所述滾壓球安裝在所述容納槽中。

進一步地，所述射流通道包括多個射流通道，所述射流通道分別位于所述彎曲頂帽的中心和側方。

進一步地，所述曲線保持殼和外套筒通過螺栓緊固相連。

本發明另一方面提供一種基于射流輔助的超聲滾壓強化系統，包括：介質存儲器、機床、控制系統和如上所述的超聲滾壓強化裝置，所述介質存儲器與所述射流通道相連通，所述超聲滾壓強化裝置固定在所述機床上，所述控制系統分別與所述機床和介質存儲器相連。

進一步地，所述介質存儲器內設有加熱器和多個分隔的存儲腔，所述存儲腔與所述射流通道相連通。

進一步地，相鄰的存儲腔之間設有密封件。