一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法 |
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申请号 | CN202311468253.7 | 申请日 | 2023-11-07 | 公开(公告)号 | CN117512326A | 公开(公告)日 | 2024-02-06 |
申请人 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司; | 发明人 | 陈慧斌; 于真鹤; 杨淞皓; 杨林青; 高宇; | ||||
摘要 | 本 发明 提供了一种用于圆弧端齿 激光冲击强化 过程约束层控制方法,其特征在于:包括如下步骤:确定约束层的流动方向和实际零件加工的装夹方向;将圆弧端齿模型利用仿真 软件 进行延伸同时附加 水 流流场,保证延伸过程中的界面的连续性,观测流场的均匀性;根据仿真结果完成引流结构的3D打印;对约束层控制结构附着约束层,检测约束层厚度,1mm‑2mm;试运行激光冲击强化程序,观测约束层是否可完全 覆盖 强化区域且保证厚度一致。本发明与 现有技术 相比,其优点在于:应用于航空 发动机 圆弧端齿结构激光冲击强化方法,可引申至 齿轮 类零件,用于解决小面积结构强化过程中约束层不均匀的问题。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法,其特征在于:采用拓展激光冲击强化作用区域的面积,通过模拟仿真计算约束层水流的流向和形状,不同延展的面积延展方式与不同的水流方式做到协同控制,筛选出最优搭配组合,同时利用3D打印技术对约束层控制的效果进行验证; |
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说明书全文 | 一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法技术领域[0001] 本发明涉及激光冲击强化技术领域,特别涉及一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法。 背景技术[0002] 圆弧端齿结构通过激光冲击强化作用后可大幅度提高微动磨损的性能,进而提高服役寿命。对于航空发动机圆弧端齿的边长通常不超过15mm,需强化的面积远远小于叶片等结构件。而传统激光冲击强化技术,采用的激光光斑尺寸通常为毫米级,加工过程中约束层(去离子水)的水膜厚度要求控制在1‑2mm范围内,而约束层使用水管的出口也为毫米级,二者与圆弧端齿结构面积相近,这种情况会导致约束层水流无法在强化区域表面形成平稳水膜,通常该水膜形状截面为三角形,水膜厚度差远超2mm。这种情况会出现2种问题,一是水膜厚度过小会导致约束层对激光冲击强化产生的等离子体冲击波的约束能力过低,进而导致强化效果减弱。二是约束层厚度差过大会导致强化效果不均匀。 [0003] 激光冲击强化技术在对圆弧端齿结构中,除工艺参数的影响外,约束层的稳定控制也是影响强化效果的重要因素。 发明内容[0004] 本发明的目的是通过模拟仿真和结构加工设计适合航空发动机圆弧端齿结构的约束层布置方式,保证圆弧端齿激光冲击强化效果的稳定性,约束层控制结构还可以保护强化过程中吸收层边缘,防止边缘破裂烧蚀,特提供了一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法。 [0005] 本发明提供了一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法,其特征在于:采用拓展激光冲击强化作用区域的面积,通过模拟仿真计算约束层水流的流向和形状,不同延展的面积延展方式与不同的水流方式做到协同控制,筛选出最优搭配组合,同时利用3D打印技术对约束层控制的效果进行验证。 [0006] 激光冲击强化作用区域拓展方式的技术特征:由于激光冲击强化作用区域较小,可根据端齿的尺寸、约束层流动方向和零件装夹的方向进行不同作用区域拓展。在软件中将作用区域沿端齿表面的X、Y方向进行延伸,在实际操作中利用3D打印或辅助工装进行实现; [0007] 根据激光冲击强化圆弧端齿零件的不同工序状态,选择在零件上直接进行3D打印或设计辅助工装。强化区域拓展既可以用于约束层平稳,保证强化效果的稳定性,还可以保证激光冲击强化过程中边缘吸收层不发生破裂。 [0008] 包括如下步骤: [0009] 确定约束层的流动方向和实际零件加工的装夹方向; [0010] 将圆弧端齿模型利用仿真软件进行延伸同时附加水流流场,保证延伸过程中的界面的连续性,观测流场的均匀性; [0011] 根据仿真结果完成引流结构的3D打印; [0013] 对约束层控制结构附着约束层,检测约束层厚度,1mm‑2mm; [0014] 试运行激光冲击强化程序,观测约束层是否可完全覆盖强化区域且保证厚度一致。 [0015] 本发明与现有技术相比,其优点在于: [0017] 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明: [0018] 图1为航空发动机圆弧端齿结构部分示意图; [0019] a为圆弧端齿结构件,b为约束层引流吸收层保护结构,c为激光冲击强化区域,d为引流结构表面。 具体实施方式[0020] 下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释,但并不局限本发明,说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。 [0021] 图1为航空发动机圆弧端齿结构部分示意图,首先根据零件的加工部位要求和装夹方式对约束层引流吸收层保护结构进行设计和制造。 [0022] 1)将约束层引流吸收层保护结构与圆弧端齿结构进行装配。 [0023] 2)将端齿与约束层引流吸收层保护结构同时涂覆液态吸收层,a与b之间采用过渡配合,用液态吸收层填满间隙,通过液态吸收层的流入及b作为多余光斑的承受载体避免边缘烧蚀的问题。 [0024] 3)将约束层水管朝向d,设置水流速度和流量,使约束层在c处平稳展开,并测量约束层保证其厚度在1mm‑2mm范围内。 [0025] 4)对零件强化程序试运行,检测约束层的厚度是否均匀。 [0026] 5)将激光沿着c的法向方向入射,完成对所有c的全部范围进行激光冲击强化。 [0027] 6)将强化后的零件远离激光至安全位置,将零件取下。 [0028] 7)检测强化区域表面吸收层有无破损。 [0030] 9)关闭激光冲击强化设备。本发明未尽事宜为公知技术。 |