【技术实现步骤摘要】
本申请涉及金属表面喷丸强化，尤其涉及一种针对压气机叶片榫头的超声喷丸复合强化装置及复合强化方法。
技术介绍
1、叶片是航空发动机的关键部件，服役过程中会受到压气机盘榫槽较大的压力，其圆弧端面受力接触区域极易发生微动磨损失效，因此对叶片榫头进行表面强化至关重要。叶片榫头为复杂异形结构，拐角区域空间狭窄，具有半遮蔽等特征结构，受到几何尺寸的限制，传统的喷丸、喷砂等表面强化工艺易引起丸料堆积、粗糙度高、表面强化不均匀等问题，进而导致强化区域应力分布不均、易超差变形，因此保证喷丸均匀性是叶片榫头喷丸强化的主要难点。
2、超声喷丸是以高速运动的弹丸反复撞击榫头表面，使其表层发生塑性变形，合理地利用引入残余压应力，可改善榫头表面的抗疲劳和抗腐蚀等性能。但是超声喷丸在叶片榫头上的使用也存在一定的问题：复杂异形结构的叶片榫头在喷丸强化过程中弹丸很难直接冲击榫头遮蔽区域表面，导致喷丸强化过程中弹丸堆积、喷丸均匀性差。
3、为了解决上述技术问题，中国专利技术专利cn202211386840.7公开了一种用于航空发动机压气机轮盘榫槽的超声喷丸强化装置，该装置包括工作台；设置工作台上的压气机轮盘夹持装置，所述压气机轮盘夹持装置连接具有榫槽的压气机轮盘，用于调节所述压气机轮盘的水平角度及控制所述压气机轮盘进行旋转；固定在工作台上的滑台模组，所述滑台模组具有能够竖向调节的滑块；安装在所述滑块上的支架；以及固定在所述支架上的喷丸腔室及超声振动装置，所述喷丸腔室上侧具有开口、下侧具有通孔，喷丸腔室的上侧开口适配于压气机轮盘的榫槽，超声振
4、虽然上述专利文献通过设计压气机轮盘榫槽的专用喷丸腔室，利用超声喷丸强化技术对榫槽进行喷丸强化处理，提高榫槽表面强度，均匀榫槽区域应力分布，提高航空发动机压气机轮盘疲劳强度性能，解决了复杂构件采用传统喷丸后强化区域应力分布不均的问题，但是，该装置结构复杂，制造成本高，且其主要针对轮盘榫槽进行喷丸强化，对于叶片榫头的其他部位，比如叶片缘板近榫头端面等遮挡部位则难以适用。
5、因此，当前压气机叶片榫头喷丸强化过程中弹丸堆积、喷丸均匀性差等问题依然没有得到很好的解决，有必要提出一种新的方案来提高压气机叶片榫头性能。
技术实现思路
1、本申请提供一种压气机叶片榫头超声喷丸复合强化装置及复合强化方法，用以解决现有压气机叶片榫头在喷丸强化过程中存在弹丸堆积、喷丸均匀性差的问题。
2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
3、第一个方面，本申请提供一种压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，包括如下步骤：
4、s1：利用三维建模软件按照叶片榫头零件和超声喷丸强化装置的实际尺寸建立三维模型，超声喷丸强化装置包括喷丸腔室、叶片夹具、滚珠轴承和振动头；
5、s2：将步骤s1建立的三维模型导入edem软件中，在edem软件中建立弹丸模型、建立叶片榫头超声喷丸强化离散元仿真模型，利用仿真模型进行叶片榫头超声喷丸仿真，得到仿真结果；
6、s3：利用步骤s2得到的仿真结果分析采用首次建立的喷丸腔室对叶片榫头进行喷丸强化后榫头表面各区域的喷丸覆盖率情况，若覆盖率不达标，则返回步骤s1对喷丸腔室进行优化，若达标则进行喷丸腔室加工和表面强化处理；
7、s4：对步骤s3中喷丸不均匀的叶片榫头进行二次强化处理；
8、其中，喷丸腔室包括横置喷丸腔室和竖置喷丸腔室，竖置喷丸腔室用以对在横置喷丸腔室内喷丸不均匀的叶片榫头进行表面复合强化；或，横置喷丸腔室用以对在竖置喷丸腔室内喷丸不均匀的叶片榫头进行表面复合强化。
9、上述技术方案中进一步的，步骤s1中利用ug软件按照叶片榫头零件和超声喷丸强化装置的实际尺寸1：1建立三维模型，并将三维模型以能够被edem软件打开的格式导出。
10、进一步的，步骤s2中，在建立弹丸模型、建立叶片榫头超声喷丸强化离散元仿真模型时，设置模型材料属性、碰撞模型及碰撞属性。
11、进一步的，在edem软件的模型材料属性模块，写入叶片榫头、喷丸腔室、振动头及弹丸的性能参数，性能参数包括材料、泊松比、剪切模量、密度和重力。
12、进一步的，叶片榫头、喷丸腔室和振动头的材料均为tc17。
13、进一步的，叶片榫头、喷丸腔室和振动头的泊松比均为0.33。
14、进一步的，叶片榫头、喷丸腔室和振动头的剪切模量均为4.397×104gpa。
15、进一步的，叶片榫头、喷丸腔室和振动头的密度均为4.5g/cm3。
16、进一步的，弹丸的材料为zro2，泊松比为0.3，剪切模量为8.4×104gpa，密度为6.0g/cm3。
17、进一步的，叶片榫头、喷丸腔室、振动头和弹丸的重力均为9.8m/s2。
18、进一步的，在edem软件中，弹丸-叶片榫头的碰撞模型以及弹丸-弹丸的碰撞模型均选用edem软件默认模型。
19、进一步的，弹丸-叶片榫头的碰撞模型的材料为zro2-tc17，弹丸-叶片榫头的碰撞模型的恢复系数为0.6；弹丸-弹丸的碰撞模型的材料为zro2-zro2，弹丸-弹丸的碰撞模型的恢复系数0.8。
20、进一步的，步骤s2中利用仿真模型进行叶片榫头超声喷丸仿真时，设置叶片榫头超声喷丸强化离散元仿真参数为：弹丸材料为氧化锆，弹丸直径为2.5mm，弹丸个数为300个，振动头的振幅为0.06mm，频率为20khz。
21、进一步的，步骤s3中，利用步骤s2得到的仿真结果分析弹丸-叶片榫头表面各区域的碰撞情况，观察统计弹丸-叶片榫头碰撞点的分布情况，计算榫头表面各个区域喷丸覆盖率分布结果；若覆盖率不达标，则返回步骤s1，通过仿真结果优化喷丸腔室结构。
22、进一步的，横置喷丸腔室为圆柱形腔室，横置喷丸腔室的侧壁上开设安装孔，安装孔内设置滚珠轴承，叶片夹具安装在滚珠轴承内，通过叶片夹具夹持待喷丸的叶片榫头零件，横置喷丸腔室的一个底壁上安装振动头，完成安装的叶片榫头零件与振动头相对间隔设置；叶片榫头零件、叶片夹具及滚珠轴承的中心轴线共线；喷丸过程中，叶片榫头零件被驱动的沿自身轴线匀速旋转，当榫头工作面朝向振动头时，榫头暂停旋转预设时间，叶片榫头超声喷丸离散元仿真时长设置为20s；横置喷丸腔室的内腔尺寸为φ51mm×100mm。
23、进一步的，竖置喷丸腔室为圆柱形腔室，竖置喷丸腔室的一个底壁上开设安装孔，安装孔内设置滚珠轴承，叶片夹具安装在滚珠轴承内，通过叶片夹具夹持待喷丸的叶片榫头零件，竖置喷丸腔室的另一个底壁上安装振动头，完成安装的叶片榫头零件与振动头相对间隔设置；叶片榫头零件、叶片夹具、滚珠轴承及竖置喷丸腔室的中心轴线共线。
24、进一步的，通过竖置喷丸腔室对在横置喷丸腔室内喷丸不均匀的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，步骤S1中利用UG软件按照叶片榫头零件和超声喷丸强化装置的实际尺寸1：1建立三维模型，并将三维模型以能够被EDEM软件打开的格式导出。
3.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，步骤S2中，在建立弹丸模型、建立叶片榫头超声喷丸强化离散元仿真模型时，设置模型材料属性、碰撞模型及碰撞属性。
4.根据权利要求3所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，在EDEM软件的模型材料属性模块，写入叶片榫头、喷丸腔室、振动头及弹丸的性能参数，所述性能参数包括材料、泊松比、剪切模量、密度和重力；
5.根据权利要求3所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，在EDEM软件中，弹丸-叶片榫头的碰撞模型以及弹丸-弹丸的碰撞模型均选用EDEM软件默认模型；
6.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，步骤S3中，利用步骤S2
7.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，所述横置喷丸腔室为圆柱形腔室，所述横置喷丸腔室的侧壁上开设安装孔，所述安装孔内设置滚珠轴承，所述叶片夹具安装在滚珠轴承内，通过叶片夹具夹持待喷丸的叶片榫头零件，所述横置喷丸腔室的一个底壁上安装振动头，完成安装的所述叶片榫头零件与所述振动头相对间隔设置；所述叶片榫头零件、叶片夹具及滚珠轴承的中心轴线共线；喷丸过程中，叶片榫头零件被驱动的沿自身轴线匀速旋转，当榫头工作面朝向振动头时，榫头暂停旋转预设时间，叶片榫头超声喷丸离散元仿真时长设置为20s；
8.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，所述竖置喷丸腔室为圆柱形腔室，所述竖置喷丸腔室的一个底壁上开设安装孔，所述安装孔内设置滚珠轴承，所述叶片夹具安装在滚珠轴承内，通过叶片夹具夹持待喷丸的叶片榫头零件，所述竖置喷丸腔室的另一个底壁上安装振动头，完成安装的叶片榫头零件与振动头相对间隔设置；所述叶片榫头零件、叶片夹具、滚珠轴承及竖置喷丸腔室的中心轴线共线；
9.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，所述叶片榫头、喷丸腔室和振动头的材料均为钛合金，所述弹丸的材料为氧化锆陶瓷材料。
10.一种压气机叶片榫头超声喷丸复合强化装置，其特征在于，包括喷丸腔室、振动头、滚珠轴承和叶片夹具；所述喷丸腔室包括横置喷丸腔室和竖置喷丸腔室，所述横置喷丸腔室的结构和尺寸以及所述竖置喷丸腔室的结构和尺寸均根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法确定。
...【技术特征摘要】
1.一种压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，步骤s1中利用ug软件按照叶片榫头零件和超声喷丸强化装置的实际尺寸1：1建立三维模型，并将三维模型以能够被edem软件打开的格式导出。
3.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，步骤s2中，在建立弹丸模型、建立叶片榫头超声喷丸强化离散元仿真模型时，设置模型材料属性、碰撞模型及碰撞属性。
4.根据权利要求3所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，在edem软件的模型材料属性模块，写入叶片榫头、喷丸腔室、振动头及弹丸的性能参数，所述性能参数包括材料、泊松比、剪切模量、密度和重力；
5.根据权利要求3所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，在edem软件中，弹丸-叶片榫头的碰撞模型以及弹丸-弹丸的碰撞模型均选用edem软件默认模型；
6.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，步骤s3中，利用步骤s2得到的仿真结果分析弹丸-叶片榫头表面各区域的碰撞情况，观察统计弹丸-叶片榫头碰撞点的分布情况，计算榫头表面各个区域喷丸覆盖率分布结果；若覆盖率不达标，则返回步骤s1，通过仿真结果优化喷丸腔室结构。
7.根据权利要求1所述的压气机叶片榫头超声喷丸复合强化方法，其特征在于，所述横置喷...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晋，张哲铭，李丹，
申请(专利权)人：上海蜂云航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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