[发明专利]一种基于射流辅助的超声滚压强化装置及系统

说明书

本发明涉及一种基于射流辅助的超声滚压强化装置及系统，基于射流辅助的超声滚压强化装置包括内部中空且沿轴向相连的外套筒和曲线保持壳；所述外套筒和曲线保持壳的内腔中设有依次相连的变幅杆、弯曲顶帽和滚压球，所述弯曲顶帽与所述曲线保持壳间隙配合，所述滚压球部分伸出所述曲线保持壳之外；所述弯曲顶帽上设有沿轴向贯通所述弯曲顶帽的射流通道。本发明提供的基于射流辅助的超声滚压强化装置及系统，通过在弯曲顶帽上设置射流通道，通过在射流通道中通入不同介质的射流，从而实现超声滚压强化过程中的润滑并对变幅杆的输出进行抑制或增强，从而提升表面强化质量和效果。

技术领域

本发明涉及材料表面强化领域，更具体地涉及一种基于射流辅助的超声滚压强化装置及系统。

背景技术

先进的材料和制造工艺是航空发动机实现减重、增效、改善性能的关键技术之一。在新一代航空发动机性能的提高中，制造技术与材料的贡献率为50~70%，而在减重的贡献率中，制造技术和材料的贡献率占70~80%，这充分表明材料与制造工艺是制约新一代航空发动机发展的关键技术。然而，涡轮盘用高温合金均属于典型的难加工材料，其较高的硬度和韧性及较低的热导率，导致在加工过程中表面及次表面引发较大的残余应力及微观组织结构演变。表面加工质量的不确定性，尤其表面微观组织结构演化导致的材料不均匀，可能会直接影响着涡轮盘的服役行为、损伤乃至裂纹扩展，因此，需要通过表面强化来提高其疲劳寿命。

表面强化是通过在材料表面引入形变，进而使材料表层微观组织结构发生变化，从而改变材料性能的一种工艺。因为机械构件的表面往往承受最大应力，且在服役过程中直接与各种介质接触，所以机械构件的失效往往始于构件表面。如果能够在机械构件表面引入一层残余应力，中和表面承受的应力，同时提高机械构件的表层硬度，降低表面粗糙度，改善表层微观组织结构等，就可以改善机械构件的疲劳性能和耐磨性，从而拓宽材料的应用范围。表面机械处理包括很多种，常见的有喷丸、激光冲击强化、低塑性抛光、表面滚压等。

传统的喷丸可控性差，强化后表面质量较差；激光冲击强化属于高能耗冲击方法，冲击后的表面虽然较传统喷丸好，但是表面质量仍然达不到要求；低塑性抛光可以使得表面质量得到较大的提高，但是表层残余压应力较小；传统的表面滚压可以使表层产生一定的残余压应力，但是残余压应力的层深较小。

发明内容

本发明提供一种基于射流辅助的超声滚压强化装置及系统，以提高材料表面强化后的表面质量及残余压应力层的深度。

料表面强化后的表面质量及残余压应力层的深度。

本发明一方面提供一种基于射流辅助的超声滚压强化装置，包括：

内部中空且沿轴向相连的外套筒和曲线保持壳；

所述外套筒和曲线保持壳的内腔中设有依次相连的变幅杆、弯曲顶帽和滚压球，所述弯曲顶帽与所述曲线保持壳间隙配合，所述滚压球部分伸出所述曲线保持壳之外；

所述弯曲顶帽上设有沿轴向贯通所述弯曲顶帽的射流通道。

进一步地，所述弯曲顶帽的一端设有容纳槽，所述滚压球安装在所述容纳槽中。

进一步地，所述射流通道包括多个射流通道，所述射流通道分别位于所述弯曲顶帽的中心和侧方。

进一步地，所述曲线保持壳和外套筒通过螺栓紧固相连。

本发明另一方面提供一种基于射流辅助的超声滚压强化系统，包括：介质存储器、机床、控制系统和如上所述的超声滚压强化装置，所述介质存储器与所述射流通道相连通，所述超声滚压强化装置固定在所述机床上，所述控制系统分别与所述机床和介质存储器相连。

进一步地，所述介质存储器内设有加热器和多个分隔的存储腔，所述存储腔与所述射流通道相连通。

进一步地，相邻的存储腔之间设有密封件。