一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法技术

本发明专利技术提供了一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法,首先利用HyperMesh建模软件生成叶片三维网格模型，通过Abaqus软件对叶片三维网格模型进行计算，采用Matlab软件进行分析并控制软件循环计算，得到叶片三维网格模型变形量小于特征变形量的区域参数集合，在此基础上通过响应面法设计控形工艺加工参数并对叶片进行加工，通过逆向工程获得控形加工后叶片的变形量，对加工参数进行回归拟合，得到变形量最小的控形工艺加工参数，进一步地在区域参数集合内比较叶片变形量，得到叶片变形量最小的控形工艺区域参数，从而完成叶片激光冲击强化控形工艺的优化，不仅可以改善叶片的疲劳寿命，耐腐蚀性能，更能满足航空工业工件的精密制造要求。密制造要求。密制造要求。

【技术实现步骤摘要】
一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法


[0001]本专利技术属于激光强化
，具体涉及一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法。

技术介绍

[0002]激光冲击强化技术(Laser shock processing，LSP)是使用高能脉冲激光束辐照金属材料表面，导致金属材料表面的吸收保护层形成高压等离子体(GPa级)，同时由于受到约束层的约束作用导致高压等离子体形成向金属材料内部定向传播的高压冲击波。当冲击波的峰值压力高于材料的动态屈服强度时，就会在材料表层引起剧烈的塑性变形并形成较高的残余压应力，这种表面强化方法可显著提高材料的结构疲劳特性、耐磨性以及应力腐蚀性能。
[0003]激光冲击强化技术用于航空发动机压气机叶片、涡轮叶片等部件的强化处理，用以提高叶片的服役寿命及服役可靠性。但是，在实际对叶片进行激光冲击强化的处理过程中，叶片极易发生较大程度的变形和扭曲，这会影响叶片在实际服役过程中的服役状态和力学性能，而通过机械矫形的方式不仅会增加投入成本，更可能会对叶片造成二次损伤。
[0004]目前，关于叶片在激光强化过程中控形工艺的制定和优化等方面的尚未公开。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供了一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法，解决现有技术中缺少针对叶片在激光强化过程中控形工艺优化方法的问题。
[0006]为实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法，包括以下步骤：
[0008]S1：采用三坐标测量仪获得并记录叶片初始三维数据A，所述三维数据为叶片不同位置处叶背及叶盆的轮廓曲线；
[0009]在叶片上选择激光冲击强化区域，设定强化区域宽度a，在叶片上选择控形工艺区域，设定控形工艺区域的区域几何参数和区域位置参数，所述区域几何参数包括第一距离x0和第二距离y0，所述区域位置参数包括第一到边距离x1和第二到边距离y1；将强化区域宽度a，第一距离x0、第二距离y0、第一到边距离x1和第二到边距离y1导入HyperMesh建模软件中，生成叶片三维网格模型；
[0010]S2：将所述叶片三维网格模型导入Abaqus软件中，对叶片三维网格模型的单元赋予分析参数并对分析参数进行计算，得出控形加工后叶片三维网格模型的变形量；
[0011]S3：所述叶片三维网格模型的变形量导入Matlab软件中进行分析并循环计算，判断变形量是否小于特征变形量，如果判断为是，则输出对应的区域参数，并重新执行步骤S1直到区域参数满足终止条件，如果判断为否，则直接重新执行步骤S1直到区域参数满足终止条件，获得叶片三维网格模型的变形量小于特征变形量的控形工艺区域参数集合；
[0012]S4：所述区域参数集合通过响应面法设计控形工艺的加工参数，对叶片进行控形
加工得到控形加工后叶片；
[0013]S5：采用三坐标测量仪获得所述控形加工后叶片的三维数据A1，并通过逆向工程与叶片初始三维数据A进行比较，获得控形加工后叶片的变形量；
[0014]S6：根据所述控形加工后叶片的变形量，对加工参数进行回归拟合，并对所得到的回归方程进行分析，计算得到变形量最小的控形工艺加工参数；
[0015]S7：根据所述变形量最小的控形工艺加工参数，在区域参数集合内比较叶片变形量，获得叶片变形量最小的控形工艺区域参数，即完成控形工艺优化。
[0016]优选的，所述步骤S1中第一距离x0为控形工艺区域的宽度距离，第二距离y0为控形工艺区域的长度距离，第一到边距离x1为控形工艺区域的长边到叶片上激光冲击强化区域的距离，第二到边距离y1为控形工艺区域的宽边到叶尖的距离。
[0017]优选的，所述步骤S2中所述分析参数包括材料参数和载荷参数，其中，所述材料参数包括密度、弹性模量、泊松比和屈服强度；所述载荷参数包括位移和预置压应力；所述变形量为叶片三维网格模型变形最严重位置的最大变形量；所述控形加工后叶片三维网格模型的变形量为叶片三维网格模型变形最严重位置的最大变形量。
[0018]优选的，所述步骤S3中所述特征变形量为在不影响使用的情况下叶片的可允许变形量，所述终止条件为叶片可允许加工区域，即除激光冲击强化区域以外的区域。
[0019]优选的，所述步骤S4中所述控形工艺的加工参数包括激光能量、光斑直径和搭接率。
[0020]优选的，所述步骤S5中根据获得的控形加工后叶片的变形量，对加工参数进行回归拟合，并对所得到的回归方程进行分析，计算得到变形量最小的控形工艺加工参数。
[0021]优选的，所述步骤S5中对叶片的变形量进行多元回归分析，分别得到表征叶片的变形量与激光能量、光斑直径和搭接率之间关系的回归方程。
[0022]优选的，所述步骤S1中第一距离x0≥10mm、第二距离y0≥10mm、第一到边距离x1≥0和第二到边距离y1≥0。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术提供了以仿真计算和实际加工进行集成，利用HyperMesh建模软件生成叶片三维网格模型，通过Abaqus软件对叶片三维网格模型进行计算，采用Matlab软件进行分析并控制软件循环计算，得到叶片三维网格模型变形量小于特征变形量的区域参数集合，在此基础上通过响应面法设计控形工艺加工参数并对叶片进行加工，通过逆向工程获得控形加工后叶片的变形量，对加工参数进行回归拟合，得到变形量最小的控形工艺加工参数，进一步地在区域参数集合内内比较叶片变形量，获得叶片变形量最小的控形工艺区域参数，即完成控形工艺优化，从而改善叶片的抗疲劳性能，满足精密制造要求。
附图说明
[0025]图1是本专利技术一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法的流程图；
[0026]图2是本专利技术的实施例中钛合金叶片的控形加工区域参数示意图。
具体实施方式
[0027]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形
式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
[0028]如图1一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法的流程图所示，一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法，包括以下步骤：
[0029]S1：采用三坐标测量仪获得并记录叶片初始三维数据A，所述三维数据为叶片不同位置处叶背及叶盆的轮廓曲线；
[0030]如图2所示，选择叶片的叶身或叶背的进气边区域和排气边区域为激光冲击强化区域，设定强化区域宽度a，选择控形工艺区域，设定控形工艺区域的区域几何参数和区域位置参数，所述区域几何参数包括第一距离x0和第二距离y0，所述区域位置参数包括第一到边距离x1和第二到边距离y1；第一距离x0为控形工艺区域的宽度距离，第二距离y0为控形工艺区域的长度距离，第一到边距离x1为控形工艺区域的长边到叶片上激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片激光冲击强化控形工艺的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用三坐标测量仪获得并记录叶片初始三维数据A，所述三维数据为叶片不同位置处叶背及叶盆的轮廓曲线；在叶片上选择激光冲击强化区域，设定强化区域宽度a，在叶片上选择控形工艺区域，设定控形工艺区域的区域几何参数和区域位置参数，所述区域几何参数包括第一距离x0和第二距离y0，所述区域位置参数包括第一到边距离x1和第二到边距离y1；将强化区域宽度a，第一距离x0、第二距离y0、第一到边距离x1和第二到边距离y
1 导入HyperMesh建模软件中，生成叶片三维网格模型；S2：将所述叶片三维网格模型导入Abaqus软件中，对叶片三维网格模型的单元赋予分析参数并对分析参数进行计算，得出控形加工后叶片三维网格模型的变形量；S3：所述叶片三维网格模型的变形量导入Matlab软件中进行分析并循环计算，判断变形量是否小于特征变形量，如果判断为是，则输出对应的区域参数，并重新执行步骤S1直到区域参数满足终止条件，如果判断为否，则直接重新执行步骤S1直到区域参数满足终止条件，获得叶片三维网格模型的变形量小于特征变形量的控形工艺区域参数集合；S4：所述区域参数集合通过响应面法设计控形工艺的加工参数，对叶片进行控形加工得到控形加工后叶片；S5：采用三坐标测量仪获得所述控形加工后叶片的三维数据A1，并通过逆向工程与叶片初始三维数据A进行比较，获得控形加工后叶片的变形量；S6：根据所述控形加工后叶片的变形量，对加工参数进行回归拟合，并对所得到的回归方程进行分析，计算得到变形量最小的控形工艺加工参数；S7：根据所述变形量最小的控形工艺加工参数，在区域参数集合内比较叶片变形量，获得叶片变形量最小的控形工艺区域参数，即完成控形工艺优化。2.根据权利要求1所述的一种叶片激光冲击强化控形工艺的优...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜楠，王亚洲，何艳磊，李庆，
申请(专利权)人：西安天瑞达光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：