CN110116270A - 一种整体叶盘的激光冲击强化装置 - Google Patents

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武艺
王欣
宋颖刚
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Abstract

本发明是一种整体叶盘的激光冲击强化装置，该装置通过激光冲击强化装置的轴套2、盖板8和中心螺钉9固定整体叶盘1，通过定位销7定位和螺钉6固定，确保装夹后的整体叶盘(1)的中轴线与工业机器人的法兰盘端面保持垂直，且与工业机器人的法兰盘保持同轴。为了减小工业机器人编程工作量，通过转动中部法兰盘10的方式，使第二个叶片转动到第一个叶片的位置，可重复调用第一个叶片的工业机器人运动程序，实现对第二个叶片和后续所有叶片的激光冲击强化，极大地减小了工作量和降低了程序的复杂程度。

Description

一种整体叶盘的激光冲击强化装置
技术领域
本发明是一种整体叶盘的激光冲击强化装置，属于零件表面处理技术领域。
背景技术
航空发动机压气机整体叶盘位于发动机前端，不仅受到受到高应力、高速等多重因素的共同作用，而且整体叶盘的叶片面临砂石、冰雹、鸟类等高速撞击，因而，整体叶盘面临较高的疲劳损伤失效风险。激光冲击强化是一种提高压气机整体叶盘的有效表面强化，利用激光诱导产生的等离子冲击波作用在材料表面的吸收层，使材料表面产生微观塑性变形，形成高幅值的残余压应力层和组织硬化层，从而提高整体叶盘的整体疲劳性能。美国等航空制造发达国家将激光冲击强化技术列为第四代发动机的关键技术，受到了广泛重视。
压气机整体叶盘均布10～50个叶片，每个叶片均需对叶身进行逐点激光冲击强化。在工艺实施过程中，激光出光口位置固定，由工业机器人抓举整体叶盘在空间中运动，实现激光光斑在叶身表面的逐点扫描。针对每一个叶片，现有工艺均进行工业机器人运动轨迹编程。编程工作不仅量大，而且难度高。因此，为了精简工艺，采用旋转工装的方法，扫描完第一个叶片后，使整体叶盘围绕中心轴旋转，将第二个叶片旋转至第一个叶片位置，再采用第一个叶片的程序扫描第二个叶片，依次类推，直至扫描完所有叶片。然而，在程序运行前，需要对第二个叶片进行对刀，目前常采用激光对准叶尖的方式，该方法由人眼判定位置，精度低，易造成后续激光扫描区域位置出现偏差；另外，在整体叶盘的安装或定位过程中，采用螺栓固定，常出现工装与整体叶盘不同轴的现象，造成后续叶片与第一个叶片位置不重合，也易造成后续激光扫描区域位置出现偏差；上述问题易造成整体叶盘的加工效率低、叶片变形严重、强化效果不佳等问题。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种整体叶盘的激光冲击强化装置，其目的是减小工业机器人运动轨迹编程量，提高叶片对刀精度，减少叶片变形，提高激光冲击强化效果和效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种整体叶盘的激光冲击强化装置包括一个轴套2，轴套2呈圆筒状，整体叶盘1的中心孔套装在轴套2的外圆柱面上，轴套2的中心为沿轴向的通孔，该通孔内插入并固定一连杆3的一端，该连杆3的另一端通过轴承5安装底座4的中心孔内，该底座4的底盘11固定在工业机器人的法兰盘上，该连杆3相对于底座4能够进行转动，该底座4的上部与位于连杆3中部的法兰盘10通过螺钉6固定连接，另外，在该底座4的上部与位于连杆3中部的法兰盘10之间还连接有定位销7，该定位销7的个数和连接位置对应于整体叶盘1上叶片的个数和位置，通过定位销7的定位作用使整体叶盘1上每一个叶片通过旋转连杆3并再固定后均可处于相对工业机器人的同一加工工位。
进一步，整体叶盘1的中心孔与轴套2的外圆柱面之间为呈间隙配合。
进一步，轴套2的中心孔与连杆3连接的右端为锥形孔，相应连杆3的连接端也是与之相应的锥形。
进一步，轴套2的中心孔的左端插装中心螺钉9，通过与连杆3的插入端连接将盖板8压紧在整体叶盘1的左端面上。整体叶盘1的右端面顶在轴套2外圆柱面上的台阶面上。
进一步，该底座4的上部与位于连杆3中部的法兰盘10通过均布的六个螺钉6固定连接。
进一步，位于连杆3中部的法兰盘10与连杆3为一体化结构。
进一步，装夹后的整体叶盘1的中轴线与工业机器人的法兰盘端面保持垂直，且与工业机器人的法兰盘保持同轴。
进一步，整体叶盘1的右端面与连杆3的中部法兰盘10的距离为整体叶盘厚度的50％～100％。
进一步，轴承5安装底座4的中心孔的内壁上。
本发明装置的工作原理是：通过激光冲击强化装置的轴套2、盖板8和中心螺钉9固定整体叶盘1，通过定位销7定位和螺钉6固定，确保装夹后的整体叶盘1的中轴线与工业机器人的法兰盘端面保持垂直，且与工业机器人的法兰盘保持同轴。为了减小工业机器人编程工作量，通过转动中部法兰盘10的方式，使第二个叶片转动到第一个叶片的位置，可重复调用第一个叶片的工业机器人运动程序，实现对第二个叶片和后续所有叶片的激光冲击强化，极大地减小了工作量和降低了程序的复杂程度。通过对无法激光直射的待强化区域，采用斜射冲击的方式，明确激光光束与待强化区域法线的夹角，不仅扩大了激光冲击强化区域范围，有利于前期工艺参数设计与研究，而且减小了工业机器人运动程序的编程工作量。上述装置提高激光冲击强化效率和效果。
本发明技术方案的优点是能够减小工业机器人运动轨迹编程量，满足激光斜射冲击强化要求，提高激光冲击强化效果和效率，满足图纸要求。本经对比试验证明，本发明技术方案的喷丸强化效果提高了50％以上，工业机器人运动轨迹编程量减小了90％以上，满足图纸要求。
附图说明
图1是本发明所述整体叶盘的激光冲击强化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1，该种整体叶盘的激光冲击强化装置包括轴套2、连杆3、底座4、轴承5、螺钉6、定位销7、盖板8和中心螺钉9。轴套2呈圆筒状，轴套2的左端有一个中心直通孔，轴套2的右端存在一个中心锥形孔；整体叶盘1的中心孔与轴套2的外表面相连接，呈间隙配合；底座4为圆筒状，底座4的左端为法兰盘，均布6个螺钉孔和多个定位孔，底座4的右端为底盘11，也为法兰盘，均布6个螺栓孔；连杆3的左端为锥形筒状，锥杆3的左端与轴套2的右端相连接；锥杆3的中部存在一个一体化的法兰盘10，法兰盘11上均布6个螺栓孔和多个定位孔，螺栓孔与底座4左端的螺钉孔一一对应，并通过螺钉6相连接，底座4的定位孔和法兰盘10的定位孔一一对应，并与整体叶盘1叶片的数量和位置一一对应；连杆3的右端为直筒状，插入底座4的中心孔中，并通过轴承5与底座4的中心孔内壁相连接。
采用该种整体叶盘的激光冲击强化装置进行叶片表面强化的方法的步骤如下：
1、整体叶盘的装夹：
将轴套的左端从整体叶盘的右端插入整体叶盘的中心孔内，将盖板8压在整体叶盘1的左端面上，并通过中心螺钉9固定在锥杆3上。将底座4左端底盘11固定在工业机器人的法兰盘上；
所述的装夹后的整体叶盘1的中轴线与工业机器人的法兰盘端面保持垂直，且与工业机器人的法兰盘保持同轴；整体叶盘1的右端面与锥杆3的中部法兰盘301的距离为整体叶盘厚度的一半；
2、激光冲击强化方法：
2.1、移动工业机器人，并编制机器人运动轨迹程序，打开激光器，对整体叶盘1的第一个叶片进行逐点表面强化，对于可被激光直射的待强化区域，激光光束与待强化区域法线呈90°；而对于无法激光直射的待强化区域，采用斜射冲击的方式，激光光束与待强化区域法线的夹角可选择30°、45°或60°；
2.2、第一个叶片强化结束后，取下锥杆3的中部法兰盘301上的定位销7，拧松并取下螺钉6，转动中部法兰盘10，使第二个叶片转动到第一个叶片的位置，装上定位销7，装上并拧紧螺钉6；
2.3、重复2.1步骤，对第二个叶片进行逐点表面强化，结束后重复2.2步骤，直至对整体叶盘的所有叶片进行逐点表面强化；
2.4、待强化结束后，关闭激光器和工业机器人，拧松中心螺钉9，取下盖板8和整体叶盘1，取下底座4。

Claims (10)

1.一种整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：该装置包括一个轴套(2)，轴套(2)呈圆筒状，整体叶盘(1)的中心孔套装在轴套(2)的外圆柱面上，轴套(2)的中心为沿轴向的通孔，该通孔内插入并固定一连杆(3)的一端，该连杆(3)的另一端通过轴承(5)安装底座(4)的中心孔内，该底座(4)的底盘(11)固定在工业机器人的法兰盘上，该连杆(3)相对于底座(4)能够进行转动，该底座(4)的上部与位于连杆(3)中部的法兰盘(10)通过螺钉(6)固定连接，另外，在该底座(4)的上部与位于连杆(3)中部的法兰盘(10)之间还连接有定位销(7)，该定位销(7)的个数和连接位置对应于整体叶盘(1)上叶片的个数和位置，通过定位销(7)的定位作用使整体叶盘(1)上每一个叶片通过旋转连杆(3)并再固定后均可处于相对工业机器人的同一加工工位。
2.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：整体叶盘(1)的中心孔与轴套(2)的外圆柱面之间为呈间隙配合。
3.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：轴套(2)的中心孔与连杆(3)连接的右端为锥形孔，相应连杆(3)的连接端也是与之相应的锥形。
4.根据权利要求1或3所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：轴套(2)的中心孔的左端插装中心螺钉(9)，通过与连杆(3)的插入端连接将盖板(8)压紧在整体叶盘(1)的左端面上。
5.根据权利要求4所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：整体叶盘(1)的右端面顶在轴套(2)外圆柱面上的台阶面上。
6.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：该底座(4)的上部与位于连杆(3)中部的法兰盘(10)通过均布的六个螺钉(6)固定连接。
7.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：位于连杆(3)中部的法兰盘(10)与连杆(3)为一体化结构。
8.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：装夹后的整体叶盘(1)的中轴线与工业机器人的法兰盘端面保持垂直，且与工业机器人的法兰盘保持同轴。
9.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：整体叶盘(1)的右端面与连杆(3)的中部法兰盘(10)的距离为整体叶盘厚度的50％～100％。
10.根据权利要求1所述的整体叶盘的激光冲击强化装置，其特征在于：轴承(5)安装底座(4)的中心孔的内壁上。
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