[发明专利]一种基于激光冲击强化的空心叶片增寿控形方法

说明书

一种基于激光冲击强化的空心叶片增寿控形方法，包括以下步骤：步骤1，强化区域计算；步骤2，加载应力计算；步骤3，叶片整体变形计算；步骤4，夹具设计；步骤5，路径规划；步骤6，零件装夹；步骤7，零件清理；步骤8，对两个待强化区域，首先预置一层宽度为25‑60mm、厚度为0.05‑0.15mm的铝箔；其次在铝箔上面预置一层宽度为25‑60mm、厚度为0.1‑0.2mm的黑胶带；步骤9，约束层施加；步骤10，程序编制；步骤11，激光冲击强化第一强化部位；步骤12，激光冲击强化第二强化部位；步骤13，激光冲击强化第三强化部位；步骤14，吸收层去除及清理。根据强化区域要求设计激光冲击强化吸收层、梯度变化工艺参数满足空心叶片振动疲劳寿命提升要求。

技术领域

本发明属于表面强化技术领域，具体涉及一种基于激光冲击强化的空心叶片增寿控形方法，主要应用于航空、航天等工业中的空心叶片结构上。

背景技术

目前表面强化有激光冲击强化、喷丸、振动光饰、挤压等，针对实心叶片开展了较多研究，但针对空心叶片研究非常少，空心叶片截面如图1所示。

激光冲击强化技术(Laser shock processing简称LSP)，是利用强激光诱导冲击波来强化金属表面的一种新技术。当短脉冲高峰值功率密度的激光辐射金属表面时，金属表面吸收层(保护层)吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高压(Gpa)等离子体，该等离子体受到约束层的约束爆炸时产生高压冲击波，作用于金属表面并向内部传播。在材料表层形成密集、稳定的位错结构的同时，使材料表层产生应变硬化，残留很大的压应力，显著地提高材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能。激光冲击强化技术具有激光参数和作用区域可精确控制、变形可控等优点。

喷丸强化对实心叶片存在变形量较大，不易精确控制变形，对空心叶片更是难以调控参数；振动光饰存在疲劳性能提升不足的问题；挤压强化不适用于空心叶片类零件的问题。

宽弦空心风扇叶片具有增大推力、减轻质量、减少气流损失、降低噪音、降低机匣的包容性、提高发动机推重比和效率等优点。叶片结构的形式有两种：三层板SPF/DB结构(W型结构)和对开扩散焊结构(H型结构)，但是空心叶片相比实心叶片存在表面强化容易出现凹坑、裂纹、变形，疲劳寿命难以达标等问题，严重影响零件的使用，通过表面强化工艺提升疲劳寿命迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光冲击强化的空心叶片增寿控形方法，通过激光冲击强化对空心叶片类零件进行处理，振动疲劳寿命明显提升，并且表面粗糙度及变形量小。此种方法方便实用，具有可推广性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光冲击强化的空心叶片增寿控形方法，包括以下步骤：

步骤1，强化区域计算：利用有限元软件模拟空心叶片工作的最大应力位置、薄弱区域，计算出空心叶片需强化的区域范围；

步骤2，加载应力计算：利用有限元软件对空心叶片模型需强化的区域范围继续细分区域，计算各区域能够承受的加载应力；

步骤3，叶片整体变形计算：在空心叶片模型上预加载强化应力，计算空心叶片的变形趋势及变形量；

步骤4，夹具设计：根据空心叶片的变形情况，设计反变形夹具；

步骤5，路径规划：利用路径规划软件，对空心叶片模型、反变形夹具模型、轨迹机器人模型进行整体计算，计算出空心叶片的激光冲击强化轨迹，避免反变形夹具与激光干涉；

步骤6，零件装夹：将空心叶片榫头通过反变形夹具装夹至轨迹机器人上，使反变形夹具的夹具支架支撑螺纹杆带动金属压头、非金属垫块与空心叶片易变形部位紧密配合，确保待强化区域完全暴露，避免对激光进行干涉；

步骤7，零件清理：用绢布蘸取无水乙醇对空心叶片正反面进行擦拭，确保无油污；