CN107630127B - 一种摆动式超声喷丸强化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆动式超声喷丸强化设备，所述喷丸强化设备包括：超声振动装置、喷丸室以及叶片夹持装置，其中，所述喷丸室包括外腔室以及容纳弹丸的内腔室，所述内腔室与所述外腔室可转动连接；所述超声振动装置与所述外腔室固定连接，内腔室与叶片夹持装置固定连接。本发明的喷丸装置包括外腔室以及位于外腔室的内腔室，内腔室可在外腔室内摆动，形成摆动式的喷丸腔室，克服了喷丸效率低的缺陷，以及弹丸入射角不可调的问题，能够有效提高阻尼台超声喷丸强化的效率，实现对风扇叶片阻尼台的多角度喷丸强化，提高了实时超声喷丸强化的效果。

Description

一种摆动式超声喷丸强化设备

技术领域

本发明涉及风扇叶片表面处理装置技术领域，具体涉及一种摆动式超声喷丸强化设备。

背景技术

在航空发动机中，叶片是产生动力的主要零件，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，阻尼台可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，阻尼台的表面质量，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，在制造过程中一般采用表面强化工艺进行强化处理，喷丸强化是最常用的一种处理方式，喷丸强化需要喷丸设备进行处理，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，压缩空气通过喷枪时，造成负压将弹丸吸入并高速喷出喷嘴，形成弹丸流喷射到零件表面。离心式喷丸机是通过叶轮的离心力将弹丸甩到金属表面，通过弹丸对金属表面的冲击作用使零件表面硬化。这两种喷丸装置均存在着缺陷，比如喷丸的冲击能量大，降低零部件的材料表面粗糙度，影响零件的寿命。

随着技术的发展，工程人员开发了新的喷丸强化方法，比如超声喷丸强化。超声喷丸技术是一种新型喷丸强化处理技术，其是利用超声波发生器发出15-40KHz左右的高频电振荡信号，换能器将电振荡信号转换为高频机械振动，喷丸室内放置待处理工件和弹丸。弹丸在振动头的冲击下以一定的速度撞击工件，在工件表面产生残余压应力，从而使工件表面获得均匀处理，提高工件的抗疲劳性能，实现强化的目的，目前，并未有相关的设备对具有阻尼台的风扇进行表面强化处理，亟待研发一种新型的摆动式超声喷丸强化设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摆动式超声喷丸强化设备以及用于执行风扇叶片阻尼台的超声喷丸强化方法，用以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种摆动式超声喷丸强化设备，所述喷丸强化设备包括：超声振动装置、喷丸室以及叶片夹持装置，其中，所述喷丸室包括外腔室、弹丸以及容纳弹丸的内腔室，所述内腔室位于所述外腔室内，且与所述外腔室可转动连接；

所述外腔室的底部开设有通孔，所述超声振动装置的振动头靠近所述外腔室底部的通孔，所述内腔室可与所述叶片夹持装置固定连接；

所述内腔室的底部开设有滑动孔，所述滑动孔与所述通孔相对应。

本发明的一个实施例中，所述外腔室为具有容腔的半球形结构，其半球形结构的开口所在的圆的直径为对称轴，两侧倾斜切割形成对称的斜切口。

本发明的一个实施例中，所述喷丸强化设备还包括工作台，所述工作台上两侧设有对称的支撑架，所述支撑架的上端开设有U形口，所述工作台的中间开设有通孔；

所述外腔室开口的外侧壁上设有凸出部，所述凸出部与所述U形口配合固定。

本发明的一个实施例中，所述内腔室为具有容腔的半球形结构，所述内腔室的外端设有轴孔，所述内腔室通过所述轴孔与所述外腔室内侧的旋转轴可转动连接。

本发明的一个实施例中，所述叶片夹持装置包括下夹板、以及可与所述下夹板固定连接的上夹板，所述下夹板中部开设有与所述内腔室的上端口对应的夹板中心开口。

本发明的一个实施例中，所述超声振动装置还包括超声波发生器、超声换能器以及变幅杆，所述超声波发生器与所述超声换能器连接，所述变幅杆与所述振动头连接。

本发明还提供一种用于执行风扇叶片阻尼台的超声喷丸强化方法，所述方法包括：

把外腔室固定在工作台上；

将内腔室固定于所述外腔室内，使得内腔室可在外腔室内摆动；

夹持超声振动装置将振动头与所述外腔室底部的通孔配合；

将弹丸置于所述超声振动装置的振动头上；

将风扇叶片与所述内腔室固定；

启动所述超声振动装置。

本发明的摆动式超声喷丸强化设备具有以下优点：

本发明的超声喷丸装置包括外腔室以及位于外腔室内的内腔室，内腔室可在外腔室内摆动，形成摆动式的喷丸腔室，克服了喷丸效率低以及弹丸入射角不可调的问题，能够有效提高阻尼台超声喷丸强化的效率，实现对风扇叶片阻尼台的多角度喷丸强化，提高实时超声喷丸强化的效果。

附图说明

图1为本发明的摆动式超声喷丸强化设备的爆炸图。

图2为本发明的摆动式超声喷丸强化设备应用例的结构示意图。

图3为本发明的外腔室的结构示意图。

图4为本发明的内腔室的结构示意图。

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所示，本发明的一种摆动式超声喷丸强化设备，其包括：超声振动装置1、喷丸室以及叶片夹持装置，喷丸室包括外腔室3、弹丸以及容纳弹丸的内腔室4，内腔室4位于外腔室3内，且与外腔室3可转动连接。其中，超声振动装置1包括超声波发生器、超声换能器11、变幅杆12以及振动头13，超声波发生器与超声换能器11连接，变幅杆12与振动头13连接。外腔室3的底部开设有通孔，超声振动装置的振动头靠近外腔室3底部的通孔，内腔室4可与叶片夹持装置固定连接，内腔室3通过叶片夹持装置与风扇叶片7固定，由于内腔室4可在外腔室内摆动，使得弹丸可以多个角度对风扇叶片7及阻尼台进行喷丸强化。

其中，如图2和图3所示，外腔室3为具有容腔的半球形结构，其半球形结构开口所在的圆的直径为对称轴，两侧形成对称的斜切口32，半球形的外腔室3的底部开设有通孔31。摆动式超声喷丸强化设备还包括工作台2，其为正方形的平板结构，正方形平板结构的两侧上表面上设有对称的支撑架21，支撑架21的上端开设有U形口22，工作台2的中间处开设有通孔22，超声振动装置的振动头靠近外腔室3底部的通孔处，外腔室3对应对称轴的外侧上设有凸出部33，该凸出部33与支撑架21上的U形口22配合固定，凸出部33可卡和到该U形口22内，将外腔室3固定在工作台2上。

如图4所示，内腔室4为具有容腔的半球形结构，容腔内放置弹丸，内腔室4的底部设有滑动孔41，滑动孔41与外腔室3底部的通孔31相对应，内腔室4的外端设有轴孔，内腔室4通过轴孔42与外腔室3内侧的旋转轴配合转动连接，内腔室4的外径小于等于外腔室3的内径，使得内腔室4可以在外腔室3内摆动，在内腔室4摆动的过程中，由于滑动孔41的存在，避免了弹丸弹起时，弹到内腔室4的外侧壁上。此外，由于外腔室3上端口处开口所在的圆的直径为对称轴，两侧形成两个对称的斜切口32，斜切口32倾斜角度的大小，决定了内腔室4在外腔室3内的摆动角度的大小，内腔室摆动幅度的大小，决定了弹丸对风扇页面表面进行作用的角度。

叶片夹持装置包括下夹板5、以及可与下夹板5固定连接的上夹板6，上夹板6和下夹板5的外侧分别开设有4个螺栓孔52，上夹板6和下夹板5通过4个螺栓将风扇叶片7夹持固定，固定过程中，在上夹板6和风扇叶片7之间，以及下夹板5与风扇叶片7之间安装橡胶垫，用于防止上夹板6以及下夹板5夹持的过程中，损伤风扇叶片7。下夹板5中部开设有与内腔室4上端口对应的夹板中心开口51，风扇叶片的阻尼台71通过该夹板中心开口51进入内腔室4，内腔室4上端口的外侧壁上设有凸缘43，凸缘43上共设有螺孔，较佳的，螺孔的数量为4个，下夹板5的内侧靠近夹板中心开口51的位置处设有与内腔室4外侧凸缘上的螺孔相对应的螺孔，内腔室4通过凸缘43上的螺孔与下夹板5固定连接，外腔室3的底部通孔与超声振动装置的振动头13配合，内腔室4可在外腔室3内摆动，而内腔室4通过叶片夹持装置与风扇叶片7固定，使阻尼台71的两个侧面分别与超声波振动装置的振动头13相对，从而对风扇叶片喷丸强化的效果。

超声振动装置的振动头13通过工作台22底部的通孔22与外腔室3底部靠近，振动头13与外腔室3底部之间具有间隙配合，配合间隙小于所使用的弹丸的直径，超声振动装置可由机械手臂夹持自由移动。

本发明用于执行风扇叶片阻尼台的超声喷丸强化方法，包括以下步骤：

步骤A：将外腔室3固定到工作台2上；

步骤B：将内腔室4固定于外腔室3内，使得内腔室可在外腔室内摆动，并通过螺栓装配固定；

步骤C：用机械手臂夹持超声振动装置的振动头13移动到工作台2底部，使振动头13与外腔室3底部的通孔间隙配合；

步骤D：将弹丸放置于振动头13上，用超声振动装置的振动头13与外腔室3的底部的通孔之间间隙配合，振动通过弹丸对风扇叶片及阻尼台进行超声强化。

步骤E：通过下夹板5和上夹板6夹持风扇叶片，将风扇叶片的阻尼台深入内腔室4中，通过螺栓将下夹板5与内腔室固定连接，为了防止风扇叶片7的表面损伤，可在上夹板6下表面或者在下夹板5的上表面安装有橡胶垫。

步骤F：启动超声发生器，开始超声喷丸，超声喷丸过程中可以根据参数的需要，按照一定的角速度摆动风扇叶片，带动内腔室发生一定角度的摆动，从而实现阻尼台的多个角度的有效喷丸强化。

本发明的喷丸装置包括外腔室以及位于外腔室的内腔室，内腔室可在外腔室内摆动，形成摆动式的喷丸室，克服了传统装置喷丸效率低的缺陷，以及喷丸时弹丸入射角不可调的问题，能够有效提高风扇阻尼台超声喷丸强化的效率，实现对风扇叶片阻尼台的多角度喷丸强化，提高了实时超声喷丸强化的效果。

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 (5)

1.一种摆动式超声喷丸强化设备，其特征在于，所述喷丸强化设备包括：超声振动装置、喷丸室以及叶片夹持装置，其中，所述喷丸室包括外腔室、弹丸以及容纳弹丸的内腔室，所述内腔室位于所述外腔室内，且与所述外腔室可转动连接；

所述外腔室的底部开设有通孔，所述超声振动装置的振动头靠近所述外腔室底部的通孔，所述内腔室可与所述叶片夹持装置固定连接；

所述内腔室的底部开设有滑动孔，所述滑动孔与所述通孔相对应；

所述外腔室为具有容腔的半球形结构，其半球形结构的开口所在的圆的直径为对称轴，两侧倾斜切割形成对称的斜切口；

所述内腔室为具有容腔的半球形结构，所述内腔室的外端设有轴孔，所述内腔室通过所述轴孔与所述外腔室内侧的旋转轴可转动连接。

2.根据权利要求1所述的摆动式超声喷丸强化设备，其特征在于，所述喷丸强化设备还包括工作台，所述工作台上两侧设有对称的支撑架，所述支撑架的上端开设有U形口，所述工作台的中间开设有通孔；

所述外腔室开口的外侧壁上设有凸出部，所述凸出部与所述U形口配合固定。

3.根据权利要求1所述的摆动式超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述叶片夹持装置包括下夹板、以及可与所述下夹板固定连接的上夹板，所述下夹板中部开设有与所述内腔室的上端口对应的夹板中心开口。

4.根据权利要求1所述的摆动式超声喷丸强化设备，其特征在于，

所述超声振动装置还包括超声波发生器、超声换能器以及变幅杆，所述超声波发生器与所述超声换能器连接，所述变幅杆与所述振动头连接。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的摆动式超声喷丸强化设备用于执行风扇叶片阻尼台的超声喷丸强化方法，其特征在于，所述方法包括：

把外腔室固定在工作台上；

将内腔室固定于所述外腔室内，使得内腔室可在外腔室内摆动；

夹持超声振动装置将振动头与所述外腔室底部的通孔配合；

将弹丸置于所述超声振动装置的振动头上；

将风扇叶片与所述内腔室固定；

启动所述超声振动装置。