本发明专利技术属于零件表面处理技术，涉及一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置及其使用方法。包括可调底座(1)、机身支架(2)、可调支架(3)、弹丸型腔槽(4)、型腔底座(5)、变幅杆(6)、换能器固定卡箍(7)和换能器(8)；本发明专利技术通过设置本发明专利技术的装置的结构，先将半开放的榫槽全部封闭起来，形成型腔，然后，在型腔内放置硬质弹丸，弹丸在超声激励下高速撞击型腔内壁，从而使内壁表面发生弹塑性变形，实现表面强化。榫齿表面的强化效果是均匀的，解决了结构干涉问题，提高了榫齿表面的强化效果均匀性，不仅有利于提高涡轮盘榫槽的抗疲劳强化效果，还有利于减小榫齿变形，实现了型性协同控制。实现了型性协同控制。实现了型性协同控制。
【技术实现步骤摘要】
一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置及其使用方法
[0001]本专利技术属于零件表面处理技术，涉及一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置及其使用方法。
技术介绍
[0002]涡轮盘服役环境恶劣，承受叶片的离心载荷、自身的循环载荷、燃气高温腐蚀等多重载荷的作用，易发生低循环疲劳失效，成为航空发动机的“限寿件”之一，受到人们的极大关注。其中，榫槽是出现疲劳裂纹失效的主要区域之一。原因是，一方面榫槽的榫齿过渡R角具有较高的结构应力集中系数，在交变载荷作用下，R角区域承受的实际应力水平远高于外载，甚至超过材料屈服强度，极易引发低周疲劳失效；另一方面，榫齿表面刀痕细小，其底部圆角半径小，具有较高的应力集中系数，产生较高的表面局部应力集中，在交变载荷下，极易诱发疲劳裂纹的萌生；第三，榫齿受力面与叶片榫头接触，若装配不当，在交变载荷、交替热胀冷缩等因素作用下，两者存在微动磨损，易引发齿面的微动疲劳失效。
[0003]目前，常用的榫槽的强化方法是喷丸强化方法，即采用压缩气体驱动弹丸撞击零件表面。但是，榫槽的榫齿之间的间隙较小(小于10mm)，榫齿受力面受到相邻结构的遮挡，难以被弹丸撞击到，因此，榫齿受力面的中间部位难以达到图纸规定的喷丸强度，从而导致榫齿表面喷丸强化效果不均匀，一方面引起喷丸强化的抗疲劳效果无法达到预期，另一方面引起榫齿变形超差，影响装配。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是：提出一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置及其使用方法，目的是克服涡轮盘榫槽的榫齿弹丸可达性不佳的难题，提高榫齿的强化效果均匀性。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置：包括可调底座1、机身支架2、可调支架3、弹丸型腔槽4、型腔底座5、变幅杆6、换能器固定卡箍7和换能器8；其中，机身支架2固定在可调底座1上；可调支架3、型腔底座5通过定位销固定在机身支架2上，型腔底座5在可调支架3的前方；弹丸型腔槽4通过定位销固定在型腔底座 5上；换能器8与变幅杆6通过内螺纹连接，换能器8通过换能器固定卡箍7与机身支架2 连接固定；弹丸型腔槽4位于涡轮盘9的正下方，将涡轮盘9的正下方的榫槽的侧面封闭，变幅杆6的上端的工具头将涡轮盘9的正下方的榫槽的底部封闭，从而将榫槽完全封闭形成一个弹丸型腔。
[0006]可调支架3包括底板301、斜支撑杆302、竖直支板303、顶板304、导轨305、滑块306、定位孔支架307、定位销308、盘心孔主轴309、轮盘后夹板310、轮盘前夹板311、螺纹杆 312、旋钮313；其中，底板301固定在机身支架2上，通过定位销定位；竖直支板303位于底板301上，通过斜支撑杆302与底板301连接固定；竖直支板303的一侧固定安装有两条平行的导轨305；导轨305的上方有顶板304，与竖直支板303连接固定；滑块306位于两条平行的导轨305之间，滑块306上部的凹槽与螺纹杆312的下部相连接，螺纹杆312插入顶板304中央的螺纹孔中，并与旋钮313连接，滑块306的侧面正中央有个通孔，盘心孔主轴309的右端插入通孔
中，盘心孔主轴309的左端先插入轮盘后夹板310的中心孔中，再插入涡轮盘9的盘心孔中，最后插入轮盘前夹板311的中心孔中，将涡轮盘9夹紧并固定；定位孔支架307固定在型腔底座5上，定位孔支架307的顶部中央有个定位孔，定位销308穿过涡轮盘9的榫槽插入定位孔支架307的定位孔中。
[0007]弹丸型腔槽4与涡轮盘9的正下方的榫槽的侧面的间隙为0.05mm～0.5mm，变幅杆6的上端的工具头与涡轮盘9的正下方的榫槽的底部的间隙为0.05mm～0.5mm。
[0008]换能器8产生的超声波频率为20～25KHz，变幅杆6的谐振频率18～21KHz，振幅放大系数为12～16。
[0009]变幅杆6的上端的工具头的上端面与水平面的法线夹角不超过5
°
。
[0010]变幅杆6的中轴线与型腔底座5垂直。
[0011]一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置的使用方法：
[0012](1)先后将涡轮盘9和轮盘后夹板310装在盘心孔主轴309的左端，再将螺钉依次插入轮盘前夹板311的中心孔和盘心孔主轴309的左端的螺纹孔中，将涡轮盘9夹紧并固定；
[0013](2)在弹丸型腔槽4中放入弹丸；
[0014](3)旋转旋钮313，使涡轮盘下降，使涡轮盘9的正下方的榫槽的底部贴近型腔底座5；
[0015](4)将定位销308穿过涡轮盘9的上部榫槽，再插入定位孔支架307的定位孔中，实现对涡轮盘9的精确定位；
[0016](5)开启电源，变幅杆6在超声波的驱动下做高速上下往复运动，驱动弹丸撞击榫槽内壁；
[0017](6)完成强化后，关闭电源，将定位销308抽出，旋转旋钮313，使涡轮盘上升，松开螺钉，取下轮盘前夹板311和涡轮盘9。
[0018]弹丸为圆球形状，数量为10～80颗，直径为Φ1mm～Φ2mm。
[0019]弹丸材质为陶瓷丸或铸钢丸，硬度为HRC55～62。
[0020]超声冲击强化的时间为10～60s。
[0021]本专利技术的优点是：
[0022](1)通过设置本专利技术的装置的结构，克服了榫槽结构干涉、弹丸可达性不佳的缺点，促使弹丸在型腔内高速作布朗运动，实现了榫槽(包括榫齿)内壁表面被弹丸无差别撞击，从而在榫槽各处获得了均匀的强化效果。利用超声源激振型腔内的硬质弹丸运动，先将结构半开放的榫槽全部封闭起来，形成型腔，然后，在型腔内放置硬质弹丸，弹丸在超声激励下高速撞击型腔内壁，从而使内壁表面发生弹塑性变形，实现表面强化。
[0023](2)该方法仅消耗少量弹丸(10～80颗)，远远少于传统喷丸强化，加工成本更低，粉尘量更少，噪音也更小。
[0024](3)由于超声波频率高达20～25KHz，变幅杆的谐振频率高达18～21KHz，因此，表面强化加工效率高。
[0025](4)该方法提高了榫齿表面的强化效果均匀性，不仅有利于提高涡轮盘榫槽的抗疲劳强化效果，还有利于减小榫齿变形，实现了型性协同控制。
附图说明
[0026]图1装置整体示意图
[0027]图2涡轮盘组装示意图
[0028]图3封闭弹丸型腔的组装示意图
[0029]图4封闭弹丸型腔的剖面示意图
[0030]其中：1－可调底座、2－机身支架、3－可调支架、4－弹丸型腔槽、5－型腔底座、6－变幅杆、7－换能器固定卡箍、8－换能器、301－底板、302－斜支撑杆、303－竖直支板、304－顶板、305－导轨、306－滑块、307－定位孔支架、308－定位销、309－盘心孔主轴、310－轮盘后夹板、311－轮盘前夹板、312－螺纹杆、313－旋钮
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术进一步说明：
[0032]如图1所示，一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置，该装置包括可调底座1、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置，其特征在于：包括可调底座(1)、机身支架(2)、可调支架(3)、弹丸型腔槽(4)、型腔底座(5)、变幅杆(6)、换能器固定卡箍(7)和换能器(8)；其中，机身支架(2)固定在可调底座(1)上；可调支架(3)、型腔底座(5)通过定位销固定在机身支架(2)上，型腔底座(5)在可调支架(3)的前方；弹丸型腔槽(4)通过定位销固定在型腔底座(5)上；换能器(8)与变幅杆(6)通过内螺纹连接，换能器(8)通过换能器固定卡箍(7)与机身支架(2)连接固定；弹丸型腔槽(4)位于涡轮盘(9)的正下方，将涡轮盘(9)的正下方的榫槽的侧面封闭，变幅杆(6)的上端的工具头将涡轮盘(9)的正下方的榫槽的底部封闭，从而将榫槽完全封闭形成一个弹丸型腔。2.根据权利要求1所述的一种涡轮盘榫槽的弹丸式超声冲击强化装置，其特征在于：可调支架(3)包括底板(301)、斜支撑杆(302)、竖直支板(303)、顶板(304)、导轨(305)、滑块(306)、定位孔支架(307)、定位销(308)、盘心孔主轴(309)、轮盘后夹板(310)、轮盘前夹板(311)、螺纹杆(312)、旋钮(313)；其中，底板(301)固定在机身支架(2)上，通过定位销定位；竖直支板(303)位于底板(301)上，通过斜支撑杆(302)与底板(301)连接固定；竖直支板(303)的一侧固定安装有两条平行的导轨(305)；导轨(305)的上方有顶板(304)，与竖直支板(303)连接固定；滑块(306)位于两条平行的导轨(305)之间，滑块(306)上部的凹槽与螺纹杆(312)的下部相连接，螺纹杆(312)插入顶板(304)中央的螺纹孔中，并与旋钮(313)连接，滑块(306)的侧面正中央有个通孔，盘心孔主轴(309)的右端插入通孔中，盘心孔主轴(309)的左端先插入轮盘后夹板(310)的中心孔中，再插入涡轮盘(9)的盘心孔中，最后插入轮盘前夹板(311)的中心孔中，将涡轮盘(9)夹紧并固定；定位孔支架(307)固定在型腔底座(5)上，定位孔支架(307)的顶部中央有个定位孔，定位销(308)穿过涡轮盘(9)的榫槽插入定位孔支架(307)的定位孔中。3.根据权利要求1所述的一种涡...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗学昆，田凯，王欣，许春玲，马世成，王强，宋颖刚，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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