專利名稱：一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體地是指一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法。
背景技術(shù)：
激光沖擊強(qiáng)化是一種新型的材料表面強(qiáng)化技術(shù)，可以在金屬制件表面獲得高幅殘余壓應(yīng)力層，大大提高制件的疲勞壽命，與常規(guī)噴丸技術(shù)相比，其殘余壓應(yīng)力層更深；21世紀(jì)初，美國(guó)將激光沖擊技術(shù)應(yīng)用到F101、F119和F414發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的強(qiáng)化和再制造上。整體葉盤可以大大簡(jiǎn)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，可以使壓氣機(jī)減重30%，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，同時(shí)可以提高啟動(dòng)效率，此外，整體葉盤的剛性好，平衡精度高，提高了壓氣機(jī)的使用壽命；然而，整體葉盤的葉片邊緣的疲勞斷裂問(wèn)題制約了其使用壽命，激光沖擊處理整體葉盤邊緣部分，可以大大提高葉片的疲勞壽命，從而提高整體葉盤的使用壽命，由于葉片邊緣非常薄，容易變形，在激光沖擊處理葉片過(guò)程中，穩(wěn)定的水膜對(duì)激光沖擊效果的穩(wěn)定性非常重要。整體葉盤的葉片的密度大，扭角大，無(wú)法拆卸下來(lái)單獨(dú)處理，在激光沖擊處理過(guò)程中，經(jīng)常需要手動(dòng)調(diào)節(jié)噴嘴的位置，這樣，水膜的形態(tài)在每一次調(diào)整中就有很大的隨機(jī)性，影響了處理工藝的一致性，而且大大降低了處理效率；國(guó)內(nèi)發(fā)明專利ZL200510094810.9“基于激光沖擊技術(shù)的新型水約束層增壓的方法和裝置”中提出利用隨行控制器控制水噴嘴與激光光斑的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水約束層的實(shí)時(shí)控制，并應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片激光沖擊處理；在實(shí)際激光沖擊處理中，需要采用長(zhǎng)焦透鏡，其焦距一般都超過(guò)I米，如果采用激光移動(dòng)的方式來(lái)處理整體葉盤，將導(dǎo)致控制系統(tǒng)和光路系統(tǒng)異常復(fù)雜；因此，在激光沖擊處理整體葉盤中，激光光斑的位置和水噴嘴的位置是固定不動(dòng)的，一般多自由度采用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)整體葉盤的運(yùn)動(dòng)，從而完成激光沖擊處理 ，這就需要采用合適的工藝來(lái)獲得穩(wěn)定的水膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)的不足，提供了一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法,在整體葉盤的激光沖擊處理全過(guò)程中，始終獲得穩(wěn)定的水膜,保證了激光沖擊處理效果的一致性。本發(fā)明的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法，整體葉盤裝夾在六自由度機(jī)械手上，在激光沖擊處理過(guò)程中，噴嘴的位置保持不變，并且通過(guò)六自由度機(jī)械手保證激光光斑的位置保持不變，以及保證由噴嘴噴出的水流在葉片的觸點(diǎn)位置及水流和觸點(diǎn)切平面的夾角保持不變，以此來(lái)保證在激光光斑的位置獲得穩(wěn)定的水膜；為保證全過(guò)程都獲得穩(wěn)定水膜，本發(fā)明將待處理葉片區(qū)域分成兩部分分別進(jìn)行處理。所述的觸點(diǎn)為水流與葉片表面接觸的位置，激光光斑與觸點(diǎn)的距離為15 20mm，噴嘴的中心線與水流中心線所構(gòu)成的平面是鉛垂面，激光光斑位于該鉛垂面內(nèi)，且激光光斑位于觸點(diǎn)下方；激光光斑所在位置的切平面與水平面成7(T80度夾角；先將所有葉片的一部分區(qū)域處理完畢，然后翻轉(zhuǎn)整體葉盤，繼續(xù)處理所有葉片的另外一部分，且這兩部分區(qū)域的交界部分重疊。實(shí)施本發(fā)明的有益效果為:激光光斑與水流和葉片的觸點(diǎn)的距離為15 20mm，使激光光斑避開(kāi)了水流觸點(diǎn)附近的紊流區(qū)；將待處理葉片區(qū)域分成兩部分分別進(jìn)行處理，可以保證整個(gè)激光沖擊處理過(guò)程中激光光斑和水流觸點(diǎn)的距離固定；噴嘴的中心線與水流中心線所構(gòu)成的平面是鉛垂面，激光光斑位于該鉛垂面內(nèi)(如圖3所示)，且激光光斑位于觸點(diǎn)下方，保證了水膜中心部分始終位于激光光斑位置；激光光斑所在位置的切平面與水平面成7(T80度夾角(如圖5所示)，保證了在一定的水流條件下，覆蓋在葉片表面的水膜流速和流向也一定，從而獲得穩(wěn)定水膜。


圖1:激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法示意 圖中包括，I聚焦后的激光束、2整體葉盤、3六自由度機(jī)械手、4水膜、5激光光斑、6觸點(diǎn)、7水流、8夾角、9噴嘴；
圖2:激光沖擊處理整體葉盤中發(fā)動(dòng)機(jī)葉片需要處理的區(qū)域；
圖中包括，21未處理區(qū)域、22激光沖擊處理邊緣區(qū)域；
圖3:第一處理區(qū)域示意 圖中包括，23整體葉盤上端面、24第一處理區(qū)域、25葉片上邊緣、51激光光斑中心線、71水流中心線、91噴嘴中心線、10鉛垂面；
圖4:第二處理區(qū)域示意圖； 圖中包括，23整體葉盤上端面、25葉片上邊緣、26第二處理區(qū)域；
圖5:激光光斑所在位置的切平面與水平面夾角示意 圖中包括，11激光光斑所在位置的切平面、12水平面、13夾角、27葉片截面。
具體實(shí)施例方式為更好的闡述本發(fā)明的實(shí)施細(xì)節(jié)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法，包括聚焦后的激光束1、整體葉盤2、六自由度機(jī)械手3、水膜4、激光光斑5、觸點(diǎn)6、水流7、夾角8、噴嘴9。以整體葉盤2的葉片21的凸面的激光沖擊處理為例，實(shí)施本發(fā)明需要對(duì)整體葉盤2凸面的所有葉片21的邊緣區(qū)域22進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理，如圖1和圖3和圖4。實(shí)施本發(fā)明的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法執(zhí)行以下步驟:
1)將整體葉盤2安裝在六自由度機(jī)械手3上，整體葉盤的上端面23朝上；
2)調(diào)節(jié)六自由度機(jī)械手3，打開(kāi)噴嘴9，使水流7噴向葉片21的表面；調(diào)節(jié)噴嘴9位置，使水流7和觸點(diǎn)6的切平面的夾角8為1(T15度；使激光光斑5與水流7和葉片21形成的觸點(diǎn)5的距離為15 20_ ;使噴嘴9的中心線與水流7中心線所構(gòu)成的平面是鉛垂面10，激光光斑5位于該鉛垂面內(nèi)，且激光光斑5位于觸點(diǎn)6下方；使激光光斑5所在位置的切平面11與水平面12的夾角13為7(T80度；此時(shí)可得到一個(gè)穩(wěn)定的水膜4 ；3)首先對(duì)葉片21的第一處理區(qū)域24進(jìn)行激光沖擊處理；通過(guò)六自由度機(jī)械手3控制系統(tǒng)始終保持如步驟2所述的參數(shù)，完成第一處理區(qū)域24的激光沖擊處理；依次對(duì)其余所有葉片都按照前述方法完成第一處理區(qū)域24的處理；
4)然后對(duì)葉片21的第二處理區(qū)域26進(jìn)行激光沖擊處理；將整體葉盤2拆卸下來(lái)后重新進(jìn)行安裝，此時(shí)將整體葉盤的上端面23朝下安裝，此時(shí)上邊緣25位于下方，如圖4所示，其安裝參數(shù)如步驟2所述；
5)依次對(duì)整體葉盤2的所有第二處理區(qū)26進(jìn)行激光沖擊處理，其處理方法如步驟3所
述；
6)通過(guò)以上步驟，可 完成整體葉盤2的所有葉片21凸面的激光沖擊處理。
權(quán)利要求
1.一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法,其特征在于:整體葉盤(2)裝夾在六自由度機(jī)械手(3)上，在激光沖擊處理過(guò)程中，噴嘴(8)的位置保持不變，并且通過(guò)六自由度機(jī)械手(3)保證激光光斑(5)的位置保持不變，以及保證由噴嘴(9)噴出的水流(7)在葉片(21)上的觸點(diǎn)(6)位置及水流(7)和觸點(diǎn)(6)切平面的夾角(8)保持不變，以此來(lái)保證在激光光斑(5 )的位置獲得穩(wěn)定的水膜(4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法，其特征在于:將待處理葉片區(qū)域分成第一處理區(qū)域(24)和第二處理區(qū)域(26)兩部分分別進(jìn)行處理，先將所有葉片的第一處理區(qū)域(24)部分處理完畢，然后翻轉(zhuǎn)整體葉盤(2)，繼續(xù)處理所有葉片的第二處理區(qū)域(26)部分，保證在整個(gè)處理過(guò)程中水膜的穩(wěn)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法，其特征在于:激光光斑(5)與觸點(diǎn)(6)的距離為15 20mm，水流(7)和觸點(diǎn)(6)切平面的夾角(8)為1(T20度，噴嘴(9)的中心線(91)與水流(7)中心線(71)所構(gòu)成的平面是鉛垂面(10)，激光光斑(5)中心線(51)位于該鉛垂面內(nèi)，且激光光斑(5)位于觸點(diǎn)(6)下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法，其特征在于:激光光斑(5)所在位置的切平面(11)與水平面(12)的夾角(13)為7(T80度； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將整體葉盤安裝在六自由度機(jī)械手上，整體葉盤的上端面朝上； 2)調(diào)節(jié)六自由度機(jī)械手，打開(kāi)噴嘴，使水流噴向葉片的表面；調(diào)節(jié)噴嘴位置，使水流和觸點(diǎn)的切平面的夾角為10 15度；使激光光斑與水流和葉片形成的觸點(diǎn)的距離為15 20_ ；使噴嘴的中心線與水流中心線所構(gòu)成的平面是鉛垂面，激光光斑位于該鉛垂面內(nèi)，且激光光斑位于觸點(diǎn)下方；使激 光光斑所在位置的切平面與水平面的夾角為7(T80度；此時(shí)可得到一個(gè)穩(wěn)定的水膜； 3)首先對(duì)葉片的第一處理區(qū)域進(jìn)行激光沖擊處理；通過(guò)六自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)始終保持如步驟2所述的參數(shù)，完成第一處理區(qū)域的激光沖擊處理；依次對(duì)其余所有葉片都按照前述方法完成第一處理區(qū)域的處理； 4)然后對(duì)葉片的第二處理區(qū)域進(jìn)行激光沖擊處理；將整體葉盤拆卸下來(lái)后重新進(jìn)行安裝，此時(shí)將整體葉盤的上端面朝下安裝，此時(shí)上邊緣位于下方，如圖所示，其安裝參數(shù)如步驟所述； 5)依次對(duì)整體葉盤的所有第二處理區(qū)進(jìn)行激光沖擊處理，其處理方法如步驟3所述； 6)通過(guò)以上步驟，可完成整體葉盤的所有葉片的激光沖擊處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光沖擊處理整體葉盤中獲得穩(wěn)定水膜的方法；在激光沖擊處理過(guò)程中，噴嘴的位置保持不變，并且通過(guò)六自由度機(jī)械手保證激光光斑的位置保持不變，以及保證由噴嘴噴出的水流在葉片的觸點(diǎn)位置及水流和觸點(diǎn)切平面的夾角保持不變，以此來(lái)保證在激光光斑的位置獲得穩(wěn)定的水膜；為保證全過(guò)程都獲得穩(wěn)定水膜，本發(fā)明將待處理葉片區(qū)域分成兩部分分別進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)C21D9/00GK103205546SQ20131004085
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者鞏水利, 戴峰澤, 張永康, 鄒世坤, 魯金忠 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所, 東南大學(xué), 江蘇大學(xué)