CN112210659B - 一种激光冲击强化约束水喷管 - Google Patents

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Abstract

本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种激光冲击强化约束水喷管；本发明喷管有多个喷口，且喷口的水射流方向与管身的底部平面存在夹角θ，通过喷管的有效长度、喷口的面积、喷口的间距、喷口的数量和喷口流量等参数，在零件表面形成厚度约1～2mm、覆盖整个待强化区的均匀水膜，从而提高激光诱导等离子体冲击波压力；喷管采用聚氯乙烯、聚亚安酯、聚胺酯合成橡胶等材质，具有一定的柔性，并且管身截面为长方形，可粘贴或吸附在零件表面，从而实现在零件曲面上形成稳定、均匀的约束水膜；采用激光打孔的方法制备喷口，可以获得尺寸均一、形状多样的喷口，满足不同零件结构约束水膜铺展的需求。

Description

一种激光冲击强化约束水喷管
技术领域
本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种激光冲击强化约束水喷管。
背景技术
随着航空飞行器性能的提高，越来越多的零件采用整体结构型制，从而减少飞行器零件数量，降低结构重量。但是这种设计方式也会导致零件结构变得复杂，存在曲面、狭小内腔、半封闭沟槽等，引起结构干涉的问题，给零件加工带来巨大困难。
激光冲击强化是一种提高零件疲劳性能和可靠性的先进表面强化方法。该技术利用激光的力学效应引起材料表面产生塑性变形，产生残余压应力层和组织强化层，从而提高零件整体的疲劳性能。在工艺实施过程中，必须在零件的表面需要进行激光冲击的待强化区形成一层约束水膜，利用水的表面张力约束激光诱导的等离子体冲击波的作用力方向，提高作用力的幅值及时间，从而提高激光冲击强化效果。因此，水膜必须均匀铺展在零件表面，且厚度均匀，流速稳定。目前，约束水膜通常采用具有单一喷口的喷管进行，喷口与零件不接触，而是保持一定的距离。喷口产生的水射流溅射到零件表面，并在重力作用下，沿着零件表面流动，从而形成约束水膜。对于简单平面，该方法可以获得较好的水膜质量，但是对于曲面、狭小内腔或半封闭沟槽等，喷口产生的水射流受到待强化区的形状及其邻近部位的遮蔽的影响，容易产生水膜厚度不均匀、流速不一致的现象，难以在零件表面形成稳定、均匀的水膜，导致待强化区的激光强化效果不均匀的现象。因此，亟需设计一种新型的喷管，提高约束水膜的质量。
发明内容
本发明的目的是：一种激光冲击强化约束水喷管，可解决曲面、狭小内腔或半封闭沟槽等复杂结构的待强化区的约束水膜的流速不一致、厚度不均匀的难题，提高约束水膜的质量，满足大规模生产需求。
本发明的技术方案是：
一种激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：该喷管由管身1和喷口2组成，管身1的截面为长方形，管身1的内部存在空腔，管身1的右侧有入水口，左侧为封闭的盲端；管身1的正面有多个喷口2，所述喷口2数量为b，相邻两个喷口2的间距为h，喷口2的水流量为e；喷管参数之间的相互关系如下表：
表1喷管参数之间的相互关系
Figure BDA0002727207540000021
注：总水流量0.1m3/min～3m3/min，水压为0.1MPa～2MPa，100≥b≥4。
所述喷管的材质为聚氯乙烯、聚亚安酯、聚胺酯、聚酰胺、三元乙丙橡胶、充油丁苯橡胶、天然橡胶、合成橡胶中的一种。
所述喷口2的水射流方向与管身1的底部平面的夹角θ为0°～75°。
所述管身1长度L为10～1000mm，高度M为1～30mm，宽度N为1～30mm。
相邻两个喷口2的间距h为1～30mm。
所述管身1壁厚为1～5mm。
所述喷口2的形状为圆形、椭圆形、正方形或长方形，面积为S为0.01～25mm2。
所述喷口2的中心距管身1的底部平面的高度为c为0.1～10mm。
所述管身1采用压延成型、压出成型、模压成型、增材制造中的一种方法制备。
所述喷口2采用激光打孔的方法制备。
本发明的优点是：
其一，与传统的单一喷口相比，该喷管有多个喷口，且喷口的水射流方向与管身的底部平面存在夹角θ，通过喷管的有效长度、喷口的面积、喷口的间距、喷口的数量和喷口流量等参数，在零件表面形成厚度约1～2mm、覆盖整个待强化区的均匀水膜，从而提高激光诱导等离子体冲击波压力；
其二，该喷管采用聚氯乙烯、聚亚安酯、聚胺酯、聚酰胺、三元乙丙橡胶、充油丁苯橡胶、天然橡胶、合成橡胶等材质，具有一定的柔性，并且管身截面为长方形，可粘贴或吸附在零件表面，从而实现在零件曲面上形成稳定、均匀的约束水膜；
其三，采用激光打孔的方法制备喷口，可以获得尺寸均一、形状多样的喷口，满足不同零件结构约束水膜铺展的需求。
附图说明
图1为本发明喷管主视图
图2为本发明喷管在喷口2处的剖视图
具体实施方式
一种激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：该喷管由管身1和喷口2组成，管身1的截面为长方形，管身1的内部存在空腔，管身1的右侧有入水口，左侧为封闭的盲端；管身1的正面有多个喷口2，所述喷口2数量为b，相邻两个喷口2的间距为h，喷口2的水流量为e；喷管参数之间的相互关系如下表：
表1喷管参数之间的相互关系
Figure BDA0002727207540000031
注：总水流量0.1m3/min～3m3/min，水压为0.1MPa～2MPa，100≥b≥4。
所述喷管1的材质为聚氯乙烯、聚亚安酯、聚胺酯、聚酰胺、三元乙丙橡胶、充油丁苯橡胶、天然橡胶、合成橡胶中的一种；；管身1长度L为10～1000mm，高度M为1～30mm，宽度N为1～30mm，所述管身1壁厚为1～5mm；一般采用压延成型、压出成型、模压成型、增材制造中的一种方法制备。
所述喷口2的形状为圆形、椭圆形、正方形或长方形，面积为S为0.01～25mm2；相邻两个喷口2的间距h为1～30mm；所述喷口2采用激光打孔的方法制备。所述喷口2的水射流方向与管身1的底部平面的夹角θ为0°～75°；所述喷口2的中心距管身1的底部平面的高度为c为0.1～10mm。
实施例1
一种激光冲击强化约束水喷管，该喷管由管身1和喷口2组成，管身1的截面为长方形，其长度为100mm，高度为10mm，宽度为10mm，管身1的内部存在空腔，长度为92mm，高度为8mm，宽度为8mm；管身1的右侧有入水口，左侧为封闭的盲端。管身1的正面有10个喷口，相邻两个喷口1的间距为5mm；喷口1的形状为圆形，其直径为0.5mm，喷口2的中心距管身1的底部高度为2mm,喷口2的水射流方向与管身1的底部平面的夹角为45°。
表1喷管参数之间的相互关系
Figure BDA0002727207540000032
注：水压为0.1MPa～2MPa。
实施例2
喷口2的水射流方向与管身1的底部平面的夹角为30°。单个喷口流量为0.3m3/min，总水流量为3m3/min。喷管的材质为三元乙丙橡胶。

Claims (10)

1.一种激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：该喷管由管身(1)和喷口(2)组成，管身(1)的截面为长方形，管身(1)的内部存在空腔，管身(1)的右侧有入水口，左侧为封闭的盲端；管身(1)的正面有多个喷口(2)，所述喷口(2)数量为b，相邻两个喷口(2)的间距为h，喷口(2)的水流量为e；喷管参数之间的相互关系如下：
待强化区宽度为(b－3)×h；
喷管的有效长度为(b－1)×h；
水膜的宽度为(b－3)×h+10；
水膜的厚度为1～2mm；
单个喷口流量为e；
待强化区宽度、喷管的有效长度、水膜的宽度、水膜的厚度的单位均为mm；单个喷口流量的单位为m3/min；总水流量0.1m3/min～3m3/min，水压为0.1MPa～2MPa，100≥b≥4。
2.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述喷管的材质为聚氯乙烯、聚亚安酯、聚胺酯、聚酰胺、天然橡胶、合成橡胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述喷口(2)的水射流方向与管身(1)的底部平面的夹角θ为0°～75°。
4.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述管身(1)长度L为10～1000mm，高度M为1～30mm，宽度N为1～30mm。
5.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：相邻两个喷口(2)的间距h为1～30mm。
6.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述管身(1)壁厚为1～5mm。
7.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述喷口(2)的形状为圆形、椭圆形、正方形或长方形，面积S为0.01～25mm2。
8.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述喷口(2)的中心距管身(1)的底部平面的高度c为0.1～10mm。
9.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述管身(1)采用模压成型、增材制造中的一种方法制备。
10.根据权利要求1所述的激光冲击强化约束水喷管，其特征在于：所述喷口(2)采用激光打孔的方法制备。
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