激光冲击超声滚压复合强化装置与强化方法 |
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| 申请号 | CN202410086484.X | 申请日 | 2024-01-22 | 公开(公告)号 | CN117644391A | 公开(公告)日 | 2024-03-05 |
| 申请人 | 西北工业大学; | 发明人 | 孙守义; 李磊; 陈辉涛; 豆敏; 赵登辉; 岳珠峰; | ||||
| 摘要 | 本公开涉及一种激光冲击超声滚压复合强化装置与强化方法。激光冲击超声滚压复合强化装置包括：振动发生机构，用于产生机械振动；变幅杆，用于接收并放大振动发生机构的机械振动；工具头，包括与变幅杆相连接的 支撑 杆，设于支撑杆远离振动发生机构一端的滚子；滚子的球面突出于支撑杆，滚子相对于支撑杆可滚动地设置，支撑杆用于将机械振动传递至滚子；激光发射装置，包括第一激光发射器，第一激光发射器与支撑杆的 侧壁 相连接，第一激光发射器的发射方向与支撑杆的轴线平行。本公开的激光冲击超声滚压复合强化装置与强化方法可以实现激光冲击表面强化与超声滚压表面强化的同步复合，达到工程构件延寿、服役性能提高的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光冲击超声滚压复合强化装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 激光冲击超声滚压复合强化装置与强化方法技术领域[0001] 本公开涉及航空航天领域，具体而言，涉及一种激光冲击超声滚压复合强化装置与强化方法。 背景技术[0002] 航空发动机叶片常采用燕尾榫连接结构与涡轮盘连接，在服役条件下，由于复杂的接触边界条件，发动机叶片榫头与榫槽间严重挤压并相对滑移，极易发生微动疲劳失效。随着高性能航空发动机的发展，涡轮部件服役温度、压力不断提高，发动机叶片榫头的微动疲劳问题愈加突出。 [0003] 在现有技术中，对发动机叶片榫头表面的强化处理难以满足其服役性能的要求。 [0004] 需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。发明内容 [0005] 本公开的目的在于提供一种激光冲击超声滚压复合强化装置与强化方法，可以实现激光冲击表面强化与超声滚压表面强化的同步复合，达到工程构件延寿、服役性能提高的目的。 [0006] 根据本公开的一个方面，提供一种激光冲击超声滚压复合强化装置，包括： [0007] 振动发生机构，用于产生机械振动； [0008] 变幅杆，用于接收并放大振动发生机构的机械振动； [0009] 工具头，包括与变幅杆相连接的支撑杆，设于支撑杆远离振动发生机构一端的滚子；滚子的球面突出于支撑杆，滚子相对于支撑杆可滚动地设置，支撑杆用于将机械振动传递至滚子； [0010] 激光发射装置，包括第一激光发射器，第一激光发射器与支撑杆的侧壁相连接，第一激光发射器的发射方向与支撑杆的轴线平行。 [0011] 在本公开的一种示例性实施方式中，激光发射装置还包括第二激光发射器，第二激光发射器与支撑杆的侧壁相连接，第二激光发射器的发射方向与支撑杆的轴线平行。 [0012] 在本公开的一种示例性实施方式中，振动发生机构包括超声波发生器与超声波换能器，超声波发生器与超声波换能器相连接，超声波发生器用于产生超声频电振荡，超声波换能器用于将超声频电振荡转化为超声机械振动，超声波换能器连接于变幅杆远离支撑杆的一端； [0013] 其中，超声波换能器、变幅杆、支撑杆与滚子的轴线共线。 [0014] 在本公开的一种示例性实施方式中，激光冲击超声滚压复合强化装置还包括辅助夹具，辅助夹具包括成对设置的第一夹头与成对设置的第二夹头； [0016] 两第二夹头之间设有第二连接杆，第二连接杆与至少一个第二夹头可活动地连接，以使两第二夹头可相对靠近或相对远离地设置。 [0017] 在本公开的一种示例性实施方式中，辅助夹具包括成对设置的第一伸缩杆，第一伸缩杆一一对应地与第一夹头连接，第一伸缩杆沿自身轴线可伸缩地设置。 [0018] 在本公开的一种示例性实施方式中，第一伸缩杆的顶部通过第一摆动杆与第一夹头相铰接，其中，第一摆动杆的一端与第一夹头固定连接，第一摆动杆的另一端铰接于第一伸缩杆的顶部。 [0019] 在本公开的一种示例性实施方式中，辅助夹具包括成对设置且相互平行的滑槽，第一伸缩杆远离第一夹头的一端一一对应地、沿滑槽可移动地设于滑槽内。 [0020] 在本公开的一种示例性实施方式中， [0021] 辅助夹具包括成对设置的第二伸缩杆，第二伸缩杆一一对应地与第二夹头连接，第二伸缩杆沿自身轴线可伸缩地设置； [0022] 第二伸缩杆的顶部通过第二摆动杆与第二夹头相铰接，其中，第二摆动杆的一端与第二夹头固定连接，第二摆动杆的另一端铰接于第二伸缩杆的顶部； [0023] 第二伸缩杆远离第二夹头的一端一一对应地、沿滑槽可移动地设于滑槽内。 [0024] 在本公开的一种示例性实施方式中， [0025] 支撑杆的轴线与第一伸缩杆的轴线相平行；激光冲击超声滚压复合强化装置还包括动力机构，动力机构用于驱动第一夹头与第二夹头移动，以使第一夹头与第二夹头夹持的工件相对于支撑杆移动。 [0026] 根据本公开的另一个方面，提供一种激光冲击超声滚压复合强化方法，包括： [0027] 将工件夹持固定于激光冲击超声滚压复合强化装置的辅助夹具，第一夹头与第二夹头夹紧工件，滚子与工件表面相接触； [0028] 驱动辅助夹具带动工件移动，以使滚子在工件表面滚动； [0029] 根据滚子的滚动方向与工件的滚压路线，确定第一激光发射器的脉冲能量。 [0030] 本公开的激光冲击超声滚压复合强化装置与复合强化方法，可以实现激光冲击表面强化与超声滚压表面强化的同步复合。第一激光发射器可以利用激光冲击在工件表面产生较大的残余应力梯度，有效抑制疲劳裂纹萌生扩展；而用于对工件进行超声滚压的工具头则可减小工件表面粗糙度，缓和应力集中，二者相互结合，共同对在工件表面发挥作用，可以达到工程构件延寿、服役性能提高的目的。附图说明 [0031] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0032] 为了更好地理解本公开，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本公开的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。其中： [0033] 图1为本公开激光冲击超声滚压复合强化装置的一种示例性实施方式的示意图； [0034] 图2为本公开激光冲击超声滚压复合强化装置对工件表面处理时激光光斑的示意图； [0035] 图3为叶片的结构示意图； [0036] 图4为本公开激光冲击超声滚压复合强化装置的一种示例性实施方式中辅助夹具以及对叶片伸根面强化处理的示意图； [0037] 图5为本公开激光冲击超声滚压复合强化装置的一种示例性实施方式中对叶片榫齿斜面强化处理的示意图； [0038] 图6为本公开激光冲击超声滚压复合强化装置的一种示例性实施方式中对叶片进行处理时的俯视示意图。 [0039] 附图标记说明如下： [0040] 1、振动发生机构；11、超声波发生器；12、超声波换能器；2、变幅杆；3、工具头；31、支撑杆；32、滚子；4、激光发射装置；41、第一激光发射器；411、激光光斑；42、第二激光发射器；43、激光系统控制器；44、滚子反馈线路；45、激光控制线路；5、辅助夹具；51、第一夹头；511、第一连接杆；512、第一夹持部；513、第一连接部；52、第二夹头；521、第二连接杆；522、第二夹持部；523、第二连接部；53、第一伸缩杆；531、第一摆动杆；54、第二伸缩杆；541、第二摆动杆；55、滑槽；56、第一螺母；57、第二螺母；61、刀柄；62、引电装置；63、数控机床控制器； [0041] 100、叶片；110、叶身；120、榫头；121、伸根/榫齿过渡弧面；122、榫齿斜面；123、榫齿弧面；124、伸根面。 具体实施方式[0042] 下面将结合本公开示例实施例中的附图，对本公开示例实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中描述的示例实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本公开的保护范围，因此应当理解，在不脱离本公开的保护范围的情况下，可以对示例实施例进行各种修改和改变。 [0043] 除非另有规定或说明，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开使用“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量或重要性、顺序限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可活动地连接，或一体地连接，或可拆卸连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。“通信连接”可以是有线的通信连接，也可以是无线的通信连接，可以是直接通信，也可以是通过中间媒介间接实现信号连通。 [0044] 进一步地，本公开的描述中，需要理解的是，本公开的示例性实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词仅仅用于表示相对位置关系。出于方便，根据本公开激光冲击超声滚压复合强化装置实际使用时的位置和状态进行描述，或是根据附图所示的角度来进行描述，不应理解为对本公开的示例实施例的限定。 [0045] 在航空航天领域，航空发动机叶片常采用燕尾榫连接结构与叶盘连接，参考图3所示，在服役条件下，由于复杂的接触边界条件，发动机叶片100榫头120与榫槽间严重挤压并相对滑移，极易发生微动疲劳失效。因此，需要对叶片榫头120处的表面进行强化，以提高工程构件的疲劳寿命。 [0046] 根据本公开的第一个方面，提供一种激光冲击超声滚压复合强化装置，参考图1所示，激光冲击超声滚压复合强化装置包括：用于产生机械振动的振动发生机构1、用于接收并放大振动发生机构1的机械振动的变幅杆2、工具头3与激光发射装置4。其中，工具头3包括与变幅杆2相连接的支撑杆31和设于支撑杆31远离振动发生机构1一端的滚子32，滚子32的球面突出于支撑杆31，滚子32相对于支撑杆31可滚动地设置，支撑杆31用于将机械振动传递至滚子32。激光发射装置4包括第一激光发射器41，第一激光发射器41与支撑杆31的侧壁相连接，第一激光发射器41的发射方向与支撑杆31的轴线平行。 [0047] 本公开的激光冲击超声滚压复合强化装置包括相互连接的第一激光发射器41与支撑杆31，因而可以实现激光冲击表面强化与超声滚压表面强化的同步复合。第一激光发射器41可以利用激光冲击在工件表面产生较大的残余应力梯度，有效抑制疲劳裂纹萌生扩展；而用于对工件进行超声滚压的工具头3则可减小工件表面粗糙度，缓和应力集中，二者相互结合，共同对在工件表面发挥作用，可以达到工程构件延寿、服役性能提高的目的。 [0048] 在本公开的一种示例性实施方式中，参考图1所示，振动发生机构1包括超声波发生器11与超声波换能器12，超声波发生器11与超声波换能器12相连接，超声波发生器11用于产生超声频电振荡，超声波换能器12用于将超声频电振荡转化为超声机械振动，超声波换能器12连接于变幅杆2远离支撑杆31的一端，滚子32可以为滚珠，也可以为其他形式例如滚轮、硬币式滚头的结构，本公开对此不作特殊限定，滚子32可以为硬质合金例如WC‑Co基硬质合金；其中，超声波换能器12、变幅杆2、支撑杆31与滚子32的轴线共线。 [0049] 振动发生机构1、变幅杆2、工具头3与激光发射装置4整体可以固定于机床设备例如数控机床上，且相对于机床设备的相对位置不变，在本公开的一种示例性实施方式中，通过移动工件，使工件表面与滚子32滚动接触，激光发射装置4与工件表面相对位置同步发生变化，从而实现工件表面的复合强化。激光发射装置4还可以包括激光系统控制器43，激光系统控制器43可以固定于机床设备，并用于发出脉冲激光光束发射信号至第一激光发射器41，以控制第一激光发射器41发射的激光光斑411。 [0050] 具体地，参考图1所示，超声波换能器12、变幅杆2、支撑杆31与滚子32自上而下依次固定连接，超声波换能器12的顶部与刀柄61的底部固定连接，刀柄61的顶部固定于刀座(图中未示出)，超声波换能器12可以通过引电装置62与超声波发生器11相连接，超声波换能器12、变幅杆2、支撑杆31与滚子32的轴线位于同一直线上。 [0051] 在使用本公开的激光冲击超声滚压复合强化装置对工件表面进行强化时，参考图1所示，支撑杆31的轴线与待处理表面相垂直，第一激光发射器41的发射方向也与待处理表面相垂直，则滚子32与第一激光发射器41发射的激光光斑411在待处理表面上的投影点共线，且该直线平行于工件的滚压速度矢量u方向。需要说明的是，参考图1所示，在本公开的示例性实施方式的描述中，以工件“之”字形移动为例，对于待处理表面内的两个正交的方向，分别定义为滚压速度矢量u方向与进给速度矢量方向，在滚子32沿滚压速度矢量u方向从工件的一端移动至另一端的过程中，对路径上经过的工件待处理表面进行强化；当运动至工件边缘时，工件与滚子32在进给速度矢量方向相对移动，使得滚子32滚动至新的待处理表面的区域，滚子32再次沿与前一次相反的滚压速度矢量u方向从工件的一端移动至另一端，依次类推。 [0052] 示例性地，以工件的滚压速度矢量u方向为基准，可以是第一激光发射器41在支撑杆31的前方，即，对于工件表面上任一点，先经过第一激光发射器41发射的激光光斑411的冲击，再经过滚子32滚压。示例性地，也可以是支撑杆31在第一激光发射器41的前方，即，对于工件表面上任一点，先经过滚子32滚压，再经过第一激光发射器41发射的激光光斑411的冲击。又或者，在一种示例性实施方式中，参考图1示出的滚子32相对于待处理表面的运动轨迹，工件“之”字形移动，工件的滚压速度矢量u方向周期性反转，则在某一部分路径过程中，以工件的滚压速度矢量u方向为基准，第一激光发射器41在支撑杆31的前方；在某一部分路径过程中，支撑杆31在第一激光发射器41的前方；在某一部分路径过程中第一激光发射器41与支撑杆均沿进给速度矢量方向移动。 [0053] 当激光冲击超声滚压复合强化装置运行时，可以通过滚子32的运动情况确定第一激光发射器41的运行状态，当滚压速度和激光脉冲频率较高，且激光脉冲参数与滚压速度相匹配时时，激光冲击与超声滚压两种处理间的时间间隔可被忽略，即，可以等效为激光冲击超声滚压同步处理，因而可以有效避免工件表面激光冲击后，激光热量的逐步散失而导致随后超声滚压表面质量降低的情况。 [0054] 在本公开的一种示例性实施方式中，当工件与滚子32在进给速度矢量方向相对移动时，第一激光发射器41发射的脉冲能量为零，即，当工件与滚子32在进给速度矢量方向相对移动时，可以关闭第一激光发射器41，待工件与滚子32沿滚压速度矢量u方向相对移动时，再使第一激光发射器41工作。 [0055] 在本公开的一种示例性实施方式中，参考图1所示，激光发射装置4还包括第二激光发射器42，第二激光发射器42与支撑杆31的侧壁相连接，第二激光发射器42的发射方向与支撑杆31的轴线平行。示例性地，第一激光发射器41与第二激光发射器42可以关于支撑杆31的轴线对称设置。即，第一激光发射器41、支撑杆31与第二激光发射器42三者轴线均垂直于待处理表面，三者在待处理表面上的投影点共线。 [0056] 在本公开的一种示例性实施方式中，激光系统控制器43与工具头3通过滚子反馈线路44通信连接，激光系统控制器43与第一激光发射器41与第二激光发射器42通过激光控制线路45通信连接，当滚子32在滚压速度矢量u方向相对工件表面滚动，即滚子32的运动方向平行于滚压速度矢量u时，滚子反馈线路44将u实时传输至激光系统控制器43，激光系统控制器43根据u的方向性，通过激光控制线路45为第一激光发射器41与第二激光发射器42分别独立地指派何者为通道一，何者为通道二，并根据u的大小确定并严格控制激光参数，保证激光冲击超声滚压同步均匀进行。当滚子32在进给速度矢量方向对工件表面滚动时，该速度投影到滚压速度矢量u方向为0，滚子反馈线路44将0信号传输到激光系统控制器43，使其进入信号间歇状态，无激光发射信号通过激光控制线路45传输至第一激光发射器41和第二激光发射器42，使得第一激光发射器41和第二激光发射器42均不工作，待工件与滚子32沿滚压速度矢量u方向相对移动时，再使第一激光发射器41与第二激光发射器42可以启动。 [0057] 在本公开的示例性实施方式中，工艺参数包括激光参数与超声滚压参数，其中，激光参数包括几何参数如光斑直径 (单位：mm)与光斑搭接率δ(单位：％)，强度参数如脉冲能量E(单位：J)与激光脉宽τ(单位：ns)，激光参数还包括牵连参数如脉冲频率f(单位：Hz)。激光参数涉及到的执行单元包括第一激光发射器41、第二激光发射器42、滚子反馈线路44、激光控制线路45与激光系统控制器43。其中，激光参数下标1、2分别代表通道一和通道二的对应参数，例如，E1表示通道一的脉冲能量，E2表示通道二的脉冲能量； 表示通道一的光斑直径， 表示通道二的光斑直径；δ1表示通道一的光斑搭接率，δ2表示通道二的光斑搭接率。 [0058] 超声滚压参数包括力值参数如静压力F(单位：N)、超声振动幅值A(单位：μm)与超‑1声振动频率f’(单位：Hz)，位移参数如滚压速度u(单位：mm·s )、滚压距离L(单位：mm)、进给量d(单位：mm)与循环次数N(单位：次)。超声滚压参数涉及到的执行单元包括刀柄61、超声波换能器12、变幅杆2、支撑杆31、滚子32与超声波发生器11。 [0059] 示例性地，通道一相对于滚子32的工件平面投影位置与滚压速度矢量u相同，而通道二则相反。例如如图1所示，图中支撑杆31左侧为第一激光发射器41，右侧为第二激光发射器42，当滚子32如图1所示地相对于工件表面向左滚动时，第一激光发射器41为通道一，第二激光发射器42为通道二。而当滚子32相对于工件表面向右滚动时，二者互换，第一激光发射器41为通道二，第二激光发射器42为通道一。 [0060] 示例性地，本公开的激光冲击超声滚压复合强化装置可以根据工件表面强化处理需求的不同，确定强化方式，为通道一和通道二赋予独立的激光参数。 [0061] 例如，可以实现单独超声滚压强化：F≠0，A≠0，u≠0，E1＝E2＝0；即，超声滚压静压力不为0，超声振动幅值不为0，滚压速度不为0，通道一与通道二的脉冲能量均为0，第一激光发射器41与第二激光发射器42均关闭。 [0062] 例如，可以实现单独激光冲击强化：F＝0，A＝0，u≠0，E1＝0，E2≠0或(E1≠0，E2＝0)；即，超声滚压静压力与超声振动幅值均为0，滚压速度不为0，通道一与通道二之中仅开启之一，第一激光发射器41与第二激光发射器42仅有其中之一开启。 [0063] 例如，可以实现激光冲击与的同步复合强化： [0064] 示例性地，可以实现超声滚压/激光冲击同步复合强化：F≠0，A≠0，u≠0，E1＝0，E2≠0；即，超声滚压静压力不为0，超声振动幅值不为0，滚压速度不为0，通道一关闭，通道二开启，对于工件表面任一点，在进行表面强化处理时，先经过滚子32超声滚压强化，再由通道二进行激光冲击强化。 [0065] 示例性地，可以实现激光冲击/超声滚压同步复合强化：F≠0，A≠0，u≠0，E1≠0，E2＝0；即，超声滚压静压力不为0，超声振动幅值不为0，滚压速度不为0，通道一开启，通道二关闭，对于工件表面任一点，在进行表面强化处理时，先由通道一进行激光冲击强化，再经过滚子32超声滚压强化。 [0066] 例如，可以实现激光冲击/超声滚压/激光冲击复合强化：F≠0，A≠0，u≠0，E1≠0，E2≠0，即，超声滚压静压力不为0，超声振动幅值不为0，滚压速度不为0，通道一和通道二均开启，对于工件表面任一点，在进行表面强化处理时，先由通道一进行激光冲击强化，再经过滚子32超声滚压强化，再由通道二进行激光冲击强化。 [0067] 示例性地，可以实现激光冲击/超声滚压/激光冲击同步同型复合强化： δ1＝δ2。即，通道一和通道二造成的几何光斑直径和搭接均一致。 [0068] 示例性地，可以实现激光冲击/超声滚压/激光冲击同步异型复合强化：和/或，δ1≠δ2。即，通道一和通道二造成的几何光斑直径和搭接不均一致，例如，通道一和通道二造成的几何光斑直径一致，搭接不一致；或，通道一和通道二造成的几何光斑直径不一致，搭接一致；或，通道一和通道二造成的几何光斑直径不一致，搭接也不一致。 [0069] 在本公开的一种示例性实施方式中，激光系统控制器43根据滚压速度矢量u的大小严格控制激光参数。假定时间t内(u≠0，且不改变方向)，在工件待处理表面上激光进行了n次冲击，则激光光斑411沿滚压速度矢量u的方向前进距离为 其中： 为光斑直径，δ为光斑搭接率，参考图2所示，滚子32滚动距离为L'＝ut。此时L＝L'为激光冲击和超声滚压同步的充要条件，从而得到激光脉冲频率f为： [0070] 在本公开的一种示例性实施方式中，激光冲击超声滚压复合强化装置还包括辅助夹具5。辅助夹具5可以用于将待处理的叶片100固定于数控机床的工作台上。参考图4所示，辅助夹具5包括成对设置的第一夹头51与成对设置的第二夹头52。其中，两第一夹头51之间设有第一连接杆511，第一连接杆511与至少一个第一夹头51可活动地连接，以使两第一夹头51可相对靠近或相对远离地设置。两第二夹头52之间设有第二连接杆521，第二连接杆521与至少一个第二夹头52可活动地连接，以使两第二夹头52可相对靠近或相对远离地设置。 [0071] 具体地，在对叶片榫头处的表面进行强化时，参考图3示出的航空发动机叶片100轮廓图，由图3可知，航空发动机叶片100由叶身110和榫头120组成；其中，榫头120为燕尾榫结构，其易损伤部位为伸根/榫齿过渡弧面121、榫齿斜面122与榫齿弧面123。在本公开的一种示例性实施方式中，工件叶片100的待处理表面为伸根面124的一部分、伸根/榫齿过渡弧面121、榫齿斜面122与榫齿弧面123，即两个平面和两个曲面连接而成的空间曲面。夹持叶片100时，参考图4与图5所示，辅助夹具5第一夹头51可以通过第一连接杆511夹持在榫头120燕尾端；第二夹头52可以通过第二连接杆521夹持在榫头120的伸根段。示例性地，第一连接杆511可以通过第一螺母56与一个第一夹头51可活动地连接，第二连接杆521可以通过第二螺母57与一个第二夹头52可活动地连接，以对叶片100的榫头120进行稳定夹持。 [0072] 在本公开的一种示例性实施方式中，参考图4与图5所示，辅助夹具5包括成对设置的第一伸缩杆53，第一伸缩杆53一一对应地与第一夹头51连接，第一伸缩杆53沿自身轴线可伸缩地设置。示例性地，第一伸缩杆53设于数控机床，第一伸缩杆53可以在数控机床的控制下伸缩，使第一夹头51的空间位置能受到数控机床的支配。 [0073] 在本公开的一种示例性实施方式中，参考图5所示，第一伸缩杆53的顶部通过第一摆动杆531与第一夹头51相铰接，其中，第一摆动杆531的一端与第一夹头51固定连接，第一摆动杆531的另一端铰接于第一伸缩杆53的顶部。示例性地，第一摆动杆531也在数控机床的控制下摆动。 [0074] 在本公开的一种示例性实施方式中，参考图4与图5所示，辅助夹具5包括成对设置且相互平行的滑槽55，第一伸缩杆53远离第一夹头51的一端一一对应地、沿滑槽55可移动地设于滑槽55内。示例性地，第一伸缩杆53在滑槽55内滑动，也受到数控机床的控制。 [0075] 示例性地，辅助夹具5包括成对设置的第二伸缩杆54，第二伸缩杆54一一对应地与第二夹头52连接，第二伸缩杆54沿自身轴线可伸缩地设置。第二伸缩杆54也可以设于数控机床，第二伸缩杆54也可以在数控机床的控制下伸缩，使第二夹头52的空间位置能受到数控机床的支配。 [0076] 示例性地，第二伸缩杆54的顶部通过第二摆动杆541与第二夹头52相铰接，其中，第二摆动杆541的一端与第二夹头52固定连接，第二摆动杆541的另一端铰接于第二伸缩杆54的顶部，第二摆动杆541也在数控机床的控制下摆动。 [0077] 示例性地，第二伸缩杆54远离第二夹头52的一端一一对应地、沿滑槽55可移动地设于滑槽55内。第二伸缩杆54在滑槽55内滑动，也受到数控机床的控制。 [0078] 在本公开的一种示例性实施方式中，参考图4与图5所示，支撑杆31的轴线与第一伸缩杆53的轴线相平行。激光冲击超声滚压复合强化装置还包括动力机构，动力机构用于驱动第一夹头51与第二夹头52移动，以使第一夹头51与第二夹头52夹持的工件相对于支撑杆31移动。 [0079] 示例性地，参考图4所示，第一夹头51包括第一夹持部512与第一连接部513，第一夹持部512用于与工件叶片100接触，以夹持叶片100，第一连接部513之间设有第一连接杆511。第二夹头52包括第二夹持部522与第二连接部523，第二夹持部522用于与叶片100接触，以夹持叶片100，第二连接部523之间设有第二连接杆521。 [0080] 示例性地，参考图4与图5所示，在左右两侧的两根滑槽55内分别设有一根第一伸缩杆53，在左右两侧的两根滑槽55内分别设有两根第二伸缩杆54。在辅助夹具5对叶片100进行夹持的初始状态下，第一摆动杆531与第一伸缩杆53同轴，使第一夹头51夹持在榫头120的燕尾端，第一连接杆511与叶片100的榫根底面平行，且第一连接杆511与叶片100的榫根底面相邻，通过第一螺母56调节第一连接杆511在两个第一夹头51间的长度，可以夹持不同轴向长度的叶片100。在辅助夹具5对叶片100进行夹持的初始状态下，第二摆动杆541与第二伸缩杆54同轴，使第二夹头52夹持在榫头120的伸根段，第二连接杆521与叶片100的伸根面124相平行，且第二连接杆521与叶片100的伸根面124相邻，通过第二螺母57调节第二连接杆521在两个第二夹头52间的长度，可以夹持不同轴向长度的叶片100。 [0081] 在本公开的一种示例性实施方式中，在对叶片100进行表面强化处理的过程中，工具头3以及激光发射装置4相对于数控机床的绝对坐标保持不变。两根第一伸缩杆53与四根第二伸缩杆54的相对升降控制了榫头120在滑槽55平面内的旋转；第一伸缩杆53与第二伸缩杆54在滑槽55内的移动控制了榫头120沿滑槽55的平移，且该平移矢量为旋转造成的牵连位移矢量和滚压进给矢量的叠加。 [0082] 根据本公开的另一方面，还提供一种激光冲击超声滚压复合强化方法，可以利用本公开前述的激光冲击超声滚压复合强化装置对工件待处理表面进行强化。激光冲击超声滚压复合强化方法包括步骤S710至步骤S730： [0083] 步骤S710：将工件夹持固定于激光冲击超声滚压复合强化装置的辅助夹具，第一夹头与第二夹头夹紧工件，滚子与工件表面相接触； [0084] 步骤S720：驱动辅助夹具带动工件移动，以使滚子在工件表面滚动； [0085] 步骤S730：根据滚子的滚动方向与工件的滚压路线，确定第一激光发射器的脉冲能量。 [0086] 本公开的激光冲击超声滚压复合强化方法，可以实现激光冲击表面强化与超声滚压表面强化的同步复合。第一激光发射器41可以利用激光冲击在工件表面产生较大的残余应力梯度，有效抑制疲劳裂纹萌生扩展；而用于对工件进行超声滚压的工具头3则可减小工件表面粗糙度，缓和应力集中，二者相互结合，共同对在工件表面发挥作用，可以达到工程构件延寿、服役性能提高的目的。 [0087] 具体地，在步骤S720，驱动辅助夹具带动工件移动，进行超声滚压之前，激光冲击超声滚压复合强化方法还可以包括：建立叶片100待处理表面的空间曲面模型，并输入数控机床控制器63，然后确定起始点，再将该起始点设为原点，进行对刀处理。通过此种方式，在辅助夹具带动工件移动，激光冲击超声滚压复合强化装置对工件进行表面处理过程中，第一伸缩杆53与第二伸缩杆54、第一摆动杆531与第二摆动杆541的实时运动可以被数控机床控制器63有效控制；从而可以通过工具头3、激光发射装置4、辅助夹具5与数控机床的协同配合，完成对叶片100燕尾榫榫头120的不同轴线的连续空间曲面(包括伸根面124的一部分、伸根/榫齿过渡弧面121、榫齿斜面122与榫齿弧面123)的激光冲击超声滚压同步复合强化。 [0088] 在本公开的一种示例性实施方式中，通过辅助夹具带动工件移动，使得在对工件表面进行处理时，工件上的冲击点切面和滚压点切面均实时对应垂直于冲击轴线和滚压轴线，因而可以避免斜面加工造成的能量损失，具有更高的能量接收效率，大大提高了材料有效塑性变形程度。 [0089] 参考图6所示，在一种示例性实施方式中，虚线框出的区域为待处理区域，第一激光发射器41、支撑杆31与第二激光发射器42三者轴线均垂直于待处理表面。在另一种示例性实施方式中，参考图6所示，虚线框出的区域也可以为已处理完毕的区域，第一激光发射器41、支撑杆31与第二激光发射器42三者轴线均垂直于正在进行处理的工件表面。 [0090] 在步骤S720中，使滚子在工件表面滚动，可以包括：通过刀柄61、超声波换能器12、变幅杆2、支撑杆3和超声波发生器11将具备前述超声滚压力值参数的作用传递到滚子32，同时固定工件(例如叶片100)的机床执行超声滚压的位移参数移动工件，使得滚子32相对工件沿前述的“之”字形移动，参考图1所示。而工具头3以及激光发射装置4相对于数控机床的绝对坐标保持不变。 [0091] 在步骤S730中，根据滚子的滚动方向与工件的滚压路线，确定第一激光发射器的脉冲能量。具体地，在激光冲击超声滚压复合强化装置运行前，可以在激光系统控制器43内预先输入通道一和通道二的激光冲击独立参数，然后利用前述的根据滚压速度矢量u的大小确定激光脉冲频率f的方法 在滚子反馈线路44将滚压速度矢量u实时反馈到激光系统控制器43的基础上，分别计算通道一的牵连参数激光——脉冲频率f1和通道二的牵连参数——激光脉冲频率f2。再由激光控制线路45将通道一和通道二的激光冲击参数实时指派给第一激光发射器41与第二激光发射器42，从而实现对工件的激光冲击超声滚压同步复合强化。 [0092] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。 [0093] 应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的保护范围仅由所附的权利要求来限制。 |
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