【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于零件表面强化领域，涉及一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法。
技术介绍
1、支臂梁零件采用钛合金模锻件整体机加制造,由耳片、腹板、缘条以及加强筋组成，如图1所示，为了提高零件使用寿命及疲劳强度，减少零件在使用过程中产生的应力腐蚀倾向，需对零件装配面(耳片平面)及应力集中区域(耳片与腹板连接处的r角)进行表面强化。
2、激光冲击强化是一种新型的表面强化技术，能够有效提高零件在使用条件下的抗疲劳、抗磨损、抗应力腐蚀等性能，已在航空航天、汽车、能源等行业广泛应用。但对于某些复杂结构的工件，如带耳片的支臂梁等，零件的强化部位受该零件其它部位遮挡，在强化过程中激光无法垂直入射到零件待强化表面，必须调整激光入射光路，使其以一定角度辐照到零件强化表面，导致强化后的光斑产生畸变，不能满足设计和标准要求。同时，对于r角强化的区域,由于无法直观的观察所需强化的排数，为保证强化区域的光斑覆盖率，其实际强化的区域会明显大于要求强化的区域，强化排数的增加，会降低强化效率，增加强化时间和成本。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法。针对零件形状特点和强化要求，本专利技术设计结构简单、操作方便的专用工装夹具，保证零件在强化过程中的稳定性；针对激光斜入射到零件待强化表面导致光斑产生畸变的问题，设计一种专用的光路调整方法，保证零件强化表面的光斑尺寸满足设计和标准要求；针对r角区域强化排数无法精准计算的问题，设计一种能够满足光斑覆盖率的最少强化
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：
3、一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，所述激光冲击强化方法包括如下步骤：
4、步骤1，检验待强化零件：
5、检查表面质量：零件表面无污染；
6、检查强化区域粗糙度符合标准；
7、测量强化角度：因耳片遮挡导致激光无法垂直入射零件耳片周围平面，需要测量激光可以射入零件的最大角度，用于确定激光光束与待强化区域表面的夹角θ，进而选取强化时所需的柱面透镜。
8、测量r角尺寸：测量强化区域中耳片与腹板连接处的r角尺寸，用于强化时确定r角的强化排数。
9、步骤2，清洗待强化零件：采用酒精或丙酮对待强化零件上激光冲击强化区进行二次擦洗。
10、步骤3，粘贴铝箔胶带：在待强化零件激光冲击强化区域粘贴2～3层铝箔胶带，粘贴后铝箔胶带表面粘贴紧实平整，无气泡、无褶皱、无明显划痕、无破损。粘贴覆盖区域应超出强化区域边界至少一个光斑尺寸的距离。
11、步骤4，利用专用工装夹具装夹待强化零件并安装到机械手上。
12、所述的专用工装夹具包括底板1、支撑板2、支座3、压板4、圆形定位销5、菱形定位销6、紧定螺栓7、螺栓8、定位销9、吊环10。
13、所述的底板1用于承载专用工装夹具各功能部件，其上表面钻有若干个定位孔和螺纹孔，其侧面固定吊环10，用于专用工装夹具的吊装。所述的支撑板2为长条形，其上表面中部设仿形槽，上表面整体型面按照待强化零件腹板中部型面仿形设计，支撑板2通过螺栓8和定位销9固定安装在底板1上表面中部，支撑板2用于支撑待强化零件，使待强化零件能够平整放置在支撑板2上且二者型面贴合。
14、所述的支座3共设两个，分别通过螺栓8和定位销9固定安装在底板1上表面的两端，并位于支撑板2长度方向的两侧，两个支座3的安装高度与支撑板2保持一致，用于支撑待强化零件腹板面的两端，两个支座3顶端均设置有定位孔，分别安装圆形定位销5和菱形定位销6，用于与待强化零件两端的定位孔配合，实现定位。装夹时，圆形定位销5和菱形定位销6分别插入待强化零件两定位孔中定位。
15、所述的压板4共设结构相同的两个，分别与两个支座3配合使用，压板4一端位于支座3上方，另一端通过紧定螺栓7与底板1连接，用于夹紧待强化零件，装夹时，旋转紧定螺栓7，使压板4向支座3靠近并贴合待强化零件表面，直至将待强化零件压紧在支座3上。
16、进一步的，所述的底板1、支撑板2、支座3、压板4、圆形定位销5、菱形定位销6由铝合金材料制造。
17、进一步的，所述的紧定螺栓7、螺栓8、定位销9由不锈钢材料制造。
18、进一步的，所述的吊环10采用碳钢材料制造。
19、如图3所示，先将专用工装夹具的底板1安装在机械手上，再将待强化零件腹板面向下，与支撑座2的仿形槽贴合；放置时，将待强化零件两侧的定位孔分别套入支座3上的圆形定位销5和菱形定位销6；将2个压板4分别放在指定位置，并利用紧定螺栓7进行压紧，确保待强化零件装夹牢固。
20、步骤5，设定机械手路径轨迹及各强化区域入射光束参数：
21、按照待强化零件激光冲击强化区域设置激光路径轨迹，对于不同强化区域，根据步骤1中测量的待强化零件尺寸，设置各强化区域入射光束参数，包括光斑形状、光斑大小、相邻光斑中心间距、强化排数、光斑搭接率、激光脉冲能量。
22、对于耳片内侧的平面，由于激光无法垂直入射，需通过转动待强化零件的方式，调整激光入射角度，激光入射角度θ依据步骤1测量的激光可以射入零件的最大角度选择，选择的激光入射角度θ应在75°、60°、45°中取最大值，且保证θ不大于激光可以射入零件的最大角度，进而通过激光入射角度θ确定该区域的入射光束参数。
23、对于r角区域强化排数的确定过程如下：为减少r角区域强化排数，同时保证强化效果，使该区域最小强化排数n能够满足强化区域的覆盖率要求，该区域使用圆形光斑，应保证第一排和最后一排的光斑中心间距不小于r角区域的弦长，从而保证光斑覆盖整个r角的弧长。
24、计算公式：
25、式中：d--光斑直径；
26、r--圆角尺寸；
27、α--r角两个边的夹角；
28、η--光斑搭接率。
29、步骤6，准备约束层：
30、调节水喷头位置，使水流在待强化位置均匀流动，流水采用去离子水，保证电导率≤1μs/cm，水流层即约束层厚度为1.2mm±0.2mm。
31、步骤7，激光冲击强化：
32、启动专用激光光路作为激光强化设备，获得激光脉冲宽度为15ns，按照步骤5设置的路径轨迹及各强化区域入射光束参数进行激光冲击强化，其中，不同区域所需入射光束光斑形状、光斑大小通过专用激光光路设置和调整。强化过程中，全程监控脉冲能量和机械手运行姿态，如果发现吸收层(铝箔胶带层)、约束层出现异常情况，需立即停机处理，并做好记录。
33、所述的专用激光光路包括内光路和外光路。
34、所述的内光路包括激光发射单元11、法拉第隔离器12、三级放大器13、反射镜14、分束镜15、四级放大境16、合束偏振片17。所述的激光发射单元11用于在保证良好的光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述激光冲击强化方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤4中，专用工装夹具包括底板(1)、支撑板(2)、支座(3)、压板(4)、圆形定位销(5)、菱形定位销(6)、紧定螺栓(7)；
3.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤5中，对于耳片内侧平面的激光入射角度，通过转动待强化零件的方式调整，激光入射角度θ依据步骤1测量的激光可以射入零件的最大角度选择，选择的入射角度θ在75°、60°、45°中取最大值，且θ不大于激光可以射入零件的最大角度。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤5中，对于R角区域强化排数N的确定过程如下：该区域使用圆形光斑，第一排和最后一排的光斑中心间距不小于R角区域的弦长，从而保证光斑覆盖整个R角的弧长；
5.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤7中，专用激光光路包括内光路和外光路；p>
6.根据权利要求5所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，将按照激光入射角度θ入射到待强化表面后的激光，通过柱面透镜(23)调整成符合设计要求的光斑尺寸，具体的：当需要圆形光斑时，将圆形光斑调整为椭圆形光斑，椭圆光斑长轴与原圆光斑半径一致，短轴长度为sinθ·R，其中，R为圆形光斑半径；当需要方形光斑时，将方形光斑调整为长方形光斑，长方形光斑长边与原方形光斑边长一致，短边为sinθ·L，其中，L为方形光斑边长。
...【技术特征摘要】
1.一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述激光冲击强化方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤4中，专用工装夹具包括底板(1)、支撑板(2)、支座(3)、压板(4)、圆形定位销(5)、菱形定位销(6)、紧定螺栓(7)；
3.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤5中，对于耳片内侧平面的激光入射角度，通过转动待强化零件的方式调整，激光入射角度θ依据步骤1测量的激光可以射入零件的最大角度选择，选择的入射角度θ在75°、60°、45°中取最大值，且θ不大于激光可以射入零件的最大角度。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金支臂梁激光冲击强化方法，其特征在于，所述的步骤5中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：康冲，刘刚，任津毅，王新宇，张增光，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。