[发明专利]薄壁结构件的单侧激光喷丸强化方法

说明书

本发明提供了一种薄壁结构件的单侧激光喷丸强化方法，其包括如下步骤：S1、对薄壁结构件进行厚度分析，筛选出N个特征厚度值；S2、确定薄壁结构件各厚度处的最优光斑尺寸；S3、确定薄壁结构件的激光喷丸路径；S4、以步骤S3所述的激光喷丸路径对薄壁结构件进行激光喷丸；其中，当所述薄壁结构件为等厚度薄壁结构件时，N＝1；当所述薄壁结构件为变厚度薄壁结构件时，N≥2。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、不借助外部夹具或者垫片，仅通过工艺参数的优化实现变形控制，提高了方法的通用性；2、仅通过单侧激光喷丸强化就能够在薄壁结构两侧均获得残余压应力，提高了对复杂结构强化的适用性。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体地，涉及一种薄壁结构单侧激光喷丸强化工艺方法，其不借助外部夹具或者垫片，仅通过工艺参数的优化使得在对航空发动机涡轮叶片叶缘等变厚度薄壁结构进行单侧激光喷丸强化的同时实现变形控制。

背景技术

航空发动机在服役过程中，其叶片叶缘容易受到外物损伤和高周疲劳的影响而产生疲劳破坏。激光喷丸强化技术是实现航空发动机叶片表面强化，提高叶片的抗疲劳和抗异物撞击损伤性能的有效方法，对于延长叶片的使用寿命和提高航空发动机的运行可靠性具有十分重要的意义。但是叶片叶缘的厚度只有0.4～0.6mm，是典型的变厚度薄壁结构件，在激光喷丸强化的同时总是伴随着叶缘的变形，而这些变形会对叶片的空气动力学性能产生很大的影响，因此需要建立变厚度薄壁结构的激光喷丸强化工艺方法，在实现强化的同时减少其扭曲变形。

已有的解决方案是通过双侧激光冲击来控制变形。而双侧冲击又分为双侧同步和双侧异步，双侧同步冲击因为载荷对称，从理论上讲就不存在变形，但是由于应力波在试样中间的叠加，因此有产生内部裂纹的风险，而且，由于需要双侧同步冲击也增加了光路的复杂性和控制的困难。双侧异步冲击没有应力波叠加的问题，对于平板也能有效地控制住变形，但是对于一些扭曲的叶片会出现变形不可控的问题。而且，对于如整体叶盘一类互相有一定遮挡的工件，光路不完全可达，想要实现双侧冲击变得更加困难。因此，本发明提供了一种单侧激光喷丸强化的工艺方法。

申请号为201310224538.6的发明公开的一种激光冲击飞机涡轮叶片的方法和装置，其通过设计与叶片形状相匹配的柔性夹具与垫片来抑制变形，再加上工艺参数的优化来实现变形控制。但是该发明针对不同造型的叶片需要单独设计夹具，系统复杂，通用性不够。此外，申请号为201310040844.4的发明公开的一种激光冲击处理发动机叶片的组合方法及装置，其通过控制叶片的残余应力场，用增加强化和未强化区域之间平缓过渡区域的方式，来达到提高叶片疲劳寿命的目的，发明中并未涉及叶片变形的控制。此外，申请号为201710065831.0的发明公开的一种涡轮叶片主导边双面异步激光冲击强化方法，和申请号为201710065820.2的发明公开的一种用于涡轮叶片主导边双面同步激光冲击强化的方法，都是通过双侧激光喷丸强化的方式实现变形控制，但是双侧的光路系统增加了系统结构的复杂性和编程的困难度，并且对于整体叶盘这一类有光路干涉结构的工件，需要额外设计导光系统来实现双侧的激光喷丸强化。此外，申请号为EP02250594.5的发明公开的一种用于整体叶盘的双侧同步激光喷丸方法，通过两束倾斜入射的激光以及调整整体叶盘的位姿，用椭圆形的光斑形状对叶片进行双侧的激光喷丸强化，但是其同样存在结构复杂、编程控制困难的问题。

综上所述，现有的关于航空发动机涡轮叶片叶缘等变厚度薄壁结构的激光喷丸强化方法中并没有一个不借助外部夹具、完全通过工艺参数优化的单侧激光喷丸强化的变形控制方法。所以，亟需一种可以适应变厚度薄壁结构激光喷丸强化的变形控制方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种薄壁结构单侧激光喷丸强化工艺方法，能够不借助外部夹具或者垫片，仅通过工艺参数的优化和单侧激光喷丸使得在对航空发动机涡轮叶片叶缘等薄壁结构进行强化的同时实现变形控制。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种薄壁结构单侧激光喷丸强化方法，其包括如下步骤：