CN109517955A - 一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，可用于增强发动机喷嘴射流孔件外表面的硬度和耐热性，通过采用超声喷丸的方式进行处理。将进行过预处理的发动机喷嘴射流孔件固定在位于腔室的三齿卡爪上，选择好一定直径范围的弹丸，设置好超声喷丸装置的工艺参数，在真空条件下利用超声波转化而来的机械能产生的冲击载荷压力，使弹丸在不同方向发起冲击作用将射流孔件外表面覆盖均匀完整，从而在射流孔件外表面形成一定层深的应变强化层和残余压应力层，能够消除或减弱由热效应引起的残余拉应力作用，延缓应力腐蚀，强化金属材料，从而提高发动机喷嘴射流孔件外表面的硬度和耐热性能。

Description

一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法及设备

技术领域

本发明涉及航空发动机防腐技术领域，具体涉及一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法及设备。

背景技术

喷嘴是航空发动机喷油系统的核心部件，高压燃油在发动机燃烧室内与空气混合雾化，然后组织燃烧，高温燃气通过喷嘴上的射流孔喷出。现有技术对于热循环效率的提高，以及燃料利用率的提高等措施，都会造成燃气温度的进一步升高。在喷射过程中温度过高并且速度快，高度集中的瞬时热会引起材料不均匀的弹塑性变形，同时由于喷嘴射流孔内外表面温度存在温度差，喷嘴射流处上产生不均匀的温度场，喷射时高温区金属的膨胀，将受到周围低温区金属的约束，而产生压缩塑性变形冷却时，其塑性压缩的压缩量不能自由地恢复，在射流孔的内部产生拉伸和压缩的复杂残余应力。残余应力的存在对材料的使用性能有很大的影响，它降低了材料的疲劳强度，缩短了零部件的使用寿命，以及降低了材料的抗应力腐蚀性能。长此以往将会导致喷嘴射流孔内外表面的热稳定性、耐蚀性和硬度等使用性能不断下降，同时这种由温度原因产生的应力是造成脆性断裂的主要原因，同时也是严重的断裂失效。

以上情况均影响喷嘴的使用寿命，导致断裂等情况的发生，甚至会损坏发动机。因此针对上述情况，须采取一定的方法来消除或降低对其性能不利的残余应力，形成残余压应力层，减缓应力腐蚀，提高喷嘴抗疲劳，抗腐蚀，抗变形的性能。

目前传统用的机械弹丸丸粒冲击力大小有限，其产生的残余应力的深度也是有限的，而且表面产生的凹痕比较深，这时的金属表面相当粗糙，有时达不到工业生产及安全的要求，同时传统机械弹丸成形则因板材太厚而不能有效成形。由此可见，传统的机械弹丸的应用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用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法及设备，用以解决发动机喷嘴射流孔件易断裂的问题。

为实现上述目的，本发明的所涉及的方法为：

对发动机喷嘴射流孔件外表面进行预处理；将发动机喷嘴射流孔件套在位于腔室内的旋转轴上，旋转轴一端的三齿卡爪末端紧贴在发动机喷嘴射流孔内表面；将弹丸放入腔室中，并设定超声发生器的参数；打开真空系统，排尽腔室中的空气；在持续保持真空的条件下开启超声发生器，弹丸在设定频率的超声振动作用下向各个方向冲击；到达设定时间后，当发动机喷嘴射流孔件的外表面被弹丸均匀覆盖后停止振动。

优选的，所述超声发生器的参数包括超声频率、振幅和持续作用时间，超声频率为20KHz，振幅为60-100微米，持续作用时间为120s。

优选的，所述弹丸可由铸钢、玻璃或陶瓷制成。

优选的，所述弹丸的直径范围为小于或等于2mm。

所述弹丸的个数取决于弹丸覆盖率、腔室大小、试件大小和弹丸均匀覆盖所需要时间。

优选的，所述预处理包括对发动机喷嘴射流孔件的清洗和烘干，所述清洗过程包括：依次用丙酮和无水乙醇去除射流孔件外表面的有害物质，所述有害物质包括油脂、污垢和灰尘；所述烘干过程包括：用电吹风吹干发动机喷嘴射流孔件外表面。

所述设备包括超声发生器、振动头、喷丸室和旋转装置，所述超声发生器位于振动头下方，所述振动头位于喷丸室的正下方，所述喷丸室内部设置有腔室，所述旋转装置包括电机、旋转轴和三齿卡爪，所述旋转轴一端与喷丸室外的电机相连，另一端位于腔室内部且与三齿卡爪相连，旋转轴与腔室下表面平行。

优选的，所述喷丸室顶部设置有两个真空接头。

优选的，所述振动头垂直深入喷丸室底部，振动头上表面与腔室下表面的间隔距离小于或等于2mm。

本发明方法具有如下优点：

本发明公开了一种用于提高发动机喷嘴射流孔外表面热稳定性的方法，通过超声喷丸装置对发动机喷嘴射流孔外表面的进行弹丸处理，利用超声波转化而来的机械能产生的冲击载荷压力使弹丸从各个方向撞击射流孔外表面，形成较深层的应变强化层和残余压应力层，能够消除或减弱由热效应引起的残余拉应力作用，强化金属材料，延缓应力腐蚀，从而提高金属的抗疲劳能力、硬度和耐热性能，进而提高了发动机喷嘴射流孔外表面处的热稳定性。

附图说明

图1为一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的设备

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，本发明的一种用于提高发动机喷嘴射流孔热稳定性的设备主要由四部分构成，超声发生器1、振动头2、喷丸室3、旋转装置4；超声发生器1与振动头2的下表面相接触，开启超声发生器1，位于其上方的振动头2会在超声波作用下开始振动，振动头2材料是钛合金，钛合金传导超声波的效率比较高；振动头2上方是喷丸室3，振动头2的上表面与腔室31下表面间隔距离小于或等于2mm，喷丸室3内部设置有腔室31。腔室31下表面到喷丸室3下表面的间隔距离比腔室31上表面到喷丸室3上表面的间隔距离大，保证振动头2可以稳固在喷丸室3的下方，在振动头2开始振动的时候，放置在腔室31的弹丸6开始向射流孔件7外表面的不同方向撞击，为了使弹丸6能够连续不断的起到撞击的作用，腔室31的下表面与内侧面交接处为弧面，当弹丸6撞击到这个弧面时，能够以一定角度弹起，同时为了让弹丸6覆盖均匀，设置有旋转系统4，旋转系统4包括：电机41、旋转轴42和三齿卡爪43，将射流孔件7套在旋转轴42上，旋转轴42末端的三齿卡爪43与射流孔件7内表面呈线性接触，旋转轴43在电机41的带动下，匀速旋转，可以保证弹丸6均匀覆盖在射流孔件7的外表面；整个操作是在真空条件下完成的，腔室上表面相对应的位置上有两个真空接头5，在真空条件下操作可以避免气流对弹丸的影响，提高弹丸的撞击效率。

对发动机喷嘴射流孔件7外表面依次用丙酮和无水乙醇对表面存在的有害物质包括油脂、污垢、灰尘进行清洗，对清洗后的发动机喷嘴射流孔件7外表面用电吹风缓慢吹干外表面。将预处理后的发动机喷嘴射流孔件7套在位于腔室31内的旋转轴42上，旋转轴42一端的三爪卡爪43末端紧贴在发动机喷嘴射流孔件7内表面，三爪卡爪43上每个爪齿与射流孔件7内表面呈线性接触，可以防止射流孔件7在旋转时的脱落。选择合适弹丸6放入腔室31当中，弹丸6的参数包括四个：1.弹丸6的材质，弹丸6可以用多种材质包括铸钢、玻璃或陶瓷材料制成，材质的选择一般来说和受喷材料有关，如果受喷材料具有较强的硬度和强度，则塑性变化就会越困难，则采用具有强度较大的材料，如铸钢，发动机喷嘴射流孔件7则可以采用铸钢材料的弹丸6；2.弹丸6的直径，直径越小，速度越慢，直径越大，粗糙度越小，但要根据具体受喷材料来定，一般直径范围为小于或等于2mm；3.弹丸6的个数，机械弹丸的个数需要的比较多，超声的个数相对较少，同时根据弹丸6覆盖率、腔室大小、试件大小和均匀覆盖所需要时间的要求来确定要使用的弹丸6的个数。不能过多也不能太少，太多影响弹丸6撞击的动能，太少单位时间内达不到覆盖率，设定好超声发生器1的参数选好弹丸6后放入空心腔室31当中，并设定好超声喷丸装置的参数，超声喷丸装置的参数设定：超声频率为20KHz，振幅为60-100微米，持续作用时间为120s。频率越大，相应的弹丸6效率越高，振幅越大，静压力越大，则硬度和耐磨性越高，表面粗糙度越低，对板料的强化作用越强，持续的时间，设置为120s，当覆盖均匀后，再延长时间也没有影响。由于使用超声弹丸6可以冲击射流孔件7外表面的各个方向，可以保证射流孔件7外表面覆盖均匀，同时由于超声波转化来的机械能产生的冲击载荷压力远大于其他弹丸方式所产生的冲击载荷压力，可对板料产生更好的强化作用，从而实现厚度大于15mm板材的成型。打开真空系统，排尽腔室31中的空气；在持续保持真空的条件下开启超声发生器1，弹丸6在一定频率的超声振动作用下向不同的方向冲击，待到达设定时间后，当发动机喷嘴射流孔件7的外表面被弹丸6均匀覆盖后停止振动。以上超声弹丸成形过程，能够产生较深的残余压应力层和较深硬化层，可对射流孔件7产生更好的强化作用，提高射流孔件7的耐腐蚀性和抗疲劳能力。

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)

1.一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，其特征在于：所述方法包括下列步骤：

对发动机喷嘴射流孔件外表面进行预处理；

将发动机喷嘴射流孔件套在位于腔室内的旋转轴上，旋转轴一端的三齿卡爪末端紧贴在发动机喷嘴射流孔内表面；

将弹丸放入腔室中，并设定超声发生器的参数；

打开真空系统，排尽腔室中的空气；

在持续保持真空的条件下开启超声发生器，弹丸在设定频率的超声振动作用下向各个方向冲击；

到达设定时间后，当发动机喷嘴射流孔件的外表面被弹丸均匀覆盖后停止振动。

2.根据权利要求1所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，其特征在于：所述超声发生器的参数包括超声频率、振幅和持续作用时间，超声频率为20KHz，振幅为60-100微米，持续作用时间为120s。

3.根据权利要求1所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，其特征在于：所述弹丸由铸钢、玻璃或陶瓷制成。

4.根据权利要求1所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，其特征在于：所述弹丸的直径范围为小于或等于2mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，其特征在于：所述弹丸的个数取决于弹丸覆盖率、腔室大小、试件大小和弹丸均匀覆盖所需要时间。

6.根据权利要求1所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的方法，其特征在于：所述预处理包括对发动机喷嘴射流孔件的清洗和烘干，所述清洗过程包括：依次用丙酮和无水乙醇去除射流孔件外表面的有害物质，所述有害物质包括油脂、污垢和灰尘；所述烘干过程包括：用电吹风吹干发动机喷嘴射流孔件外表面。

7.一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的设备，其特征在于：所述设备包括超声发生器、振动头、喷丸室和旋转装置，所述超声发生器位于振动头下方，所述振动头位于喷丸室的正下方，所述喷丸室内部设置有腔室，所述旋转装置包括电机、旋转轴和三齿卡爪，所述旋转轴一端与喷丸室外的电机相连，所述旋转轴另一端位于腔室内部且与三齿卡爪相连，旋转轴与腔室下表面平行。

8.根据权利要求7所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的设备，其特征在于：所述喷丸室顶端设置有两个真空接头。

9.根据权利要求7所述的一种用于提高发动机喷嘴射流孔件热稳定性的设备，其特征在于：所述振动头垂直深入喷丸室底部，振动头上表面与腔室下表面的间隔距离小于或等于2mm。