CN107574293A - 一种超声喷丸强化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声喷丸强化设备，所述超声喷丸强化设备包括：超声振动装置、弹丸以及容纳弹丸的喷丸腔室，其中，所述喷丸腔室为圆筒形结构，所述超声振动装置的振动头靠近所述喷丸腔室的下端口。本发明的超声喷丸强化设备超声喷丸强化时，所使用弹丸较少，能耗较低，能有效减少粉尘和噪声污染。将超声喷丸用于风扇叶片阻尼台的强化处理，克服了弹丸弹出的问题，能够有效提高风扇叶片阻尼台超声喷丸强化的效率。

Description

一种超声喷丸强化设备

技术领域

本发明涉及扇叶表面处理设备技术领域，具体涉及一种超声喷丸强化设备。

背景技术

在航空发动机中，叶片是产生动力的主要部件，涡轮风扇发动机中，一般会在风扇叶片高度适当的位置上设置互相对接的凸起部分，称为阻尼台，其作用是使叶片间形成一个环带，以增强叶片的刚性并防止风扇叶片颤振。阻尼台作为风扇叶片上的重要组成部分，其表面质量的好坏，直接影响风扇叶片的疲劳寿命以及整个发动机的安全性和可靠性。为提高阻尼台的疲劳强度，在制造风扇叶片的过程中，一般采用表面强化工艺进行强化处理。其中，喷丸强化是最常用的一种处理方式。传统的喷丸设备主要有两种：气动式喷丸机和离心式抛丸机。气动式喷丸机是由空气压缩机供给压缩空气，当压缩空气通过喷枪时会造成负压，将弹丸吸入并高速喷出喷嘴，形成的弹丸流喷射到零件表面。离心式喷丸机通过叶轮的离心力将弹丸甩到零部件的表面，利用弹丸对金属表面的冲击作用，使零件表面硬化。这两种喷丸装置在使用的过程中均存在着一定的缺点，弹丸的冲击能量大，影响零件的使用寿命。

由此可见，传统的喷丸装置在使用的过程中，在结构和使用方式上存在明显的不足和缺陷，亟待进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷丸强化设备，用以解决现有现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种超声喷丸强化设备，所述超声喷丸强化设备包括：超声振动装置、弹丸以及容纳弹丸的喷丸腔室，其中，所述喷丸腔室为圆筒形结构，所述超声振动装置的振动头靠近所述喷丸腔室的下端口。

本发明的一个实施例中，所述超声振动装置还包括超声发生器、超声换能器以及变幅杆；

所述超声发生器与所述超声换能器连接，所述超声换能器通过所述变幅杆与所述振动头连接。

本发明的一个实施例中，所述喷丸腔室的壁厚为8-12mm。

本发明的一个实施例中，所述弹丸的直径为1mm-4mm。

本发明的一个实施例中，所述喷丸强化设备还包括夹持装置，所述夹持装置夹持所述超声振动装置。

本发明的一个实施例中，所述喷丸腔室的高度为150mm-200mm。

本发明的一个实施例中，所述弹丸为钨钢弹丸。

本发明的一个实施例中，所述喷丸强化设备还包括工作平台，所述喷丸腔室固定在所述工作平台上。

本发明的一个实施例中，所述喷丸腔室的上端口的表面为曲面，其与风扇叶片的上表面的形状相吻合。

本发明的超声喷丸强化设备具有以下优点：

本发明的超声喷丸强化设备超声喷丸强化对零件的粗糙度影响较小。本发明的超声喷丸强化设备超声喷丸强化时，所使用弹丸较少，能耗较低，能有效减少粉尘和噪声污染。将超声喷丸用于风扇叶片阻尼台的强化处理，克服了弹丸弹出的问题，能够有效提高风扇叶片阻尼台超声喷丸强化的效率。

附图说明

图1为本发明的带阻尼台的风扇叶片的结构示意图。

图2为本发明的超声喷丸强化设备剖面图。

图3为本发明的超声喷丸强化设备结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图3所示，本发明提供一种超声喷丸强化设备，其包括：超声振动装置、弹丸以及可容纳弹丸的喷丸腔室1，弹丸4选用高质量钨钢弹丸，弹丸4的直径为1mm-4mm。其中，喷丸腔室1为圆筒形结构，其直径为200mm-300mm，高度为150mm-200mm，壁厚为8-12mm。喷丸腔室1的上端口表面为与风扇叶片3表面吻合的曲面，喷丸腔室1的下端与超声振动装置2连接。喷丸腔室1的上表面可与风扇叶片3的下表面配合，喷丸腔室1的上表面与风扇叶片3的下表面之间的间隙不大于0.5mm，防止弹丸在振动的过程中，从间隙蹦出来。喷丸腔室1的大小能够完全包容阻尼台31，喷丸腔室1底面与超声振动头2配合，超声振动头靠近喷丸腔室的下端口，喷丸腔室的底面与超声振动头之间的间隙不大于0.5mm，使振动头2能够自由振动。本发明通过超声喷丸强化设备对风扇叶片及叶片上的阻尼台进行处理，可以克服传统喷丸强化的缺点，喷丸强化时，弹丸使用量少，避免了弹丸破碎造成的零件表面损伤的情况，超声喷丸中使用的弹丸质量大，冲击速度低于传统喷丸速度，因此，对风扇阻尼台表面的粗糙度影响较小。

其中，超声振动装置包括超声发生器、超声换能器、变幅杆以及振动头2，超声发生器与超声换能器连接，超声换能器通过变幅杆与振动头连接，振动头2与喷丸腔室1的下端口配合连接。超声发生器可产生20kHz±500Hz的电信号，电信号传递到超声换能器，超声换能器将电信号转换成20kHz±500Hz的机械振动信号，机械振动幅值由变幅杆放大，经放大后的机械振动用来驱动弹丸实施喷丸。本发明的超声振动设备可实现振幅10μm-120μm可调，其振幅的调节可利用超声发生器上的信号输出调节旋钮按比例调节超声发生器产生的电信号大小，进而调节振幅。或者利用专用控制软件，控制超声发生器的输出信号大小，进而调节超声振动装置的振动头的振幅。

其中，喷丸强化设备还包括夹持装置6，夹持装置6可夹持超声振动装置。喷丸腔室1固定在工作平台5上，然后，通过夹持装置6夹持超声振动装置，利用超声振动装置的振动头2与喷丸腔室1配合，实现风扇叶片阻尼台31的超声喷丸强化。

本发明的喷丸腔室1上表面与复杂的风扇叶片3曲面相配合，且喷丸腔室1的大小可以包容整个阻尼台31，通过喷丸腔室1对阻尼台31进行高效的超声喷丸强化。喷丸腔室1与风扇叶片3的接触面不是标准弧面，其为带有扭转的复杂曲面，喷丸腔室1的下端口表面根据被强化风扇叶片3的形状进行加工。在喷丸腔室1的上端口与风扇叶片3之间可填充橡胶材料以防止弹丸从喷丸腔室1与风扇叶片3的间隙之间漏出，喷丸腔室1的下端口表面与风扇阻尼台31之间的距离应大于200mm。

本发明的超声喷丸强化设备的工作过程如下：将喷丸腔室放置在工作台上，用固定设备固定。圆筒形结构的喷丸腔室大小是根据被强化阻尼台的尺寸进行选择，喷丸腔室的内径与超声装置的振动头间隙配合，喷丸腔室的底面为平面，其放置在水平的工作台上，喷丸腔室的上端口的表面为曲面，其与风扇叶片下表面相配合，对于不同型号的发动机叶片，叶片的形状不同，可根据被强化叶片的形状对喷丸腔室的上表面进行加工。将超声振动头安装到夹持装置上，夹持装置由机械手臂驱动可自由移动，调节机械手臂使超声振动头插入超声喷丸腔室的底部。超声振动头与喷丸腔室之间为间隙配合，配合间隙应不小于0.2mm，以保证振动头自由振动，配合间隙不大于0.5mm，以防止弹丸卡住或弹丸从间隙漏出。将精选的高质量钨钢弹丸放置在超声装置的振动头上。将风扇叶片置于喷丸腔室上，其阻尼台应置于喷丸腔室内，启动超声发生器。

本发明的超声喷丸强化设备对风扇叶片的阻尼台进行超声喷丸强化后，减小强化后的表面粗糙度，提高了零件的疲劳寿命。本发明的超声喷丸强化设备利用两组相同抛光工艺处理的Ti64试片，分别进行气压式喷丸强化和超声喷丸强化，在喷丸强度相同(均为0.23A)，覆盖率相同的情况下，对其粗糙度进行比较，采用气压式喷丸的试件，测得粗糙度指标Ra4.7，Rz16，而采用超声喷丸的试件粗糙度指标Ra1.7，Rz4.2，表明本发明的超声喷丸强化设备超声喷丸强化对零件的粗糙度影响较小。此外，本发明的超声喷丸强化设备超声喷丸强化时，所使用弹丸较少，能耗较低，能有效减少粉尘和噪声污染。将超声喷丸用于风扇叶片阻尼台的强化处理，克服了弹丸弹出的问题，能够有效提高风扇叶片阻尼台超声喷丸强化的效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种超声喷丸强化设备，其特征在于，所述超声喷丸强化设备包括：超声振动装置、弹丸以及容纳弹丸的喷丸腔室，其中，所述喷丸腔室为圆筒形结构，所述超声振动装置的振动头靠近所述喷丸腔室的下端口。

2.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述超声振动装置还包括超声发生器、超声换能器以及变幅杆；

所述超声发生器与所述超声换能器连接，所述超声换能器通过所述变幅杆与所述振动头连接。

3.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述喷丸腔室的壁厚为8-12mm。

4.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述弹丸的直径为1mm-4mm。

5.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述喷丸强化设备还包括夹持装置，所述夹持装置夹持所述超声振动装置。

6.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述喷丸腔室的高度为150mm-200mm。

7.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述弹丸为钨钢弹丸。

8.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述喷丸强化设备还包括工作平台，所述喷丸腔室固定在所述工作平台上。

9.根据权利要求1所述的超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述喷丸腔室的上端口的表面为曲面，其与风扇叶片的上表面的形状相吻合。