一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法与流程

本发明涉及激光冲击强化，特别涉及一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法。

背景技术：

1、圆弧端齿结构通过激光冲击强化作用后可大幅度提高微动磨损的性能，进而提高服役寿命。对于航空发动机圆弧端齿的边长通常不超过15mm，需强化的面积远远小于叶片等结构件。而传统激光冲击强化技术，采用的激光光斑尺寸通常为毫米级，加工过程中约束层(去离子水)的水膜厚度要求控制在1-2mm范围内，而约束层使用水管的出口也为毫米级，二者与圆弧端齿结构面积相近，这种情况会导致约束层水流无法在强化区域表面形成平稳水膜，通常该水膜形状截面为三角形，水膜厚度差远超2mm。这种情况会出现2种问题，一是水膜厚度过小会导致约束层对激光冲击强化产生的等离子体冲击波的约束能力过低，进而导致强化效果减弱。二是约束层厚度差过大会导致强化效果不均匀。

2、激光冲击强化技术在对圆弧端齿结构中，除工艺参数的影响外，约束层的稳定控制也是影响强化效果的重要因素。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过模拟仿真和结构加工设计适合航空发动机圆弧端齿结构的约束层布置方式，保证圆弧端齿激光冲击强化效果的稳定性，约束层控制结构还可以保护强化过程中吸收层边缘，防止边缘破裂烧蚀，特提供了一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法。

2、本发明提供了一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法，其特征在于：采用拓展激光冲击强化作用区域的面积，通过模拟仿真计算约束层水流的流向和形状，不同延展的面积延展方式与不同的水流方式做到协同控制，筛选出最优搭配组合，同时利用3d打印技术对约束层控制的效果进行验证。

3、激光冲击强化作用区域拓展方式的技术特征：由于激光冲击强化作用区域较小，可根据端齿的尺寸、约束层流动方向和零件装夹的方向进行不同作用区域拓展。在软件中将作用区域沿端齿表面的x、y方向进行延伸，在实际操作中利用3d打印或辅助工装进行实现；

4、根据激光冲击强化圆弧端齿零件的不同工序状态，选择在零件上直接进行3d打印或设计辅助工装。强化区域拓展既可以用于约束层平稳，保证强化效果的稳定性，还可以保证激光冲击强化过程中边缘吸收层不发生破裂。

5、包括如下步骤：

6、确定约束层的流动方向和实际零件加工的装夹方向；

7、将圆弧端齿模型利用仿真软件进行延伸同时附加水流流场，保证延伸过程中的界面的连续性，观测流场的均匀性；

8、根据仿真结果完成引流结构的3d打印；

9、将约束层控制结构与圆弧端齿结构进行装配，如在圆弧端齿结构上直接进行增材制造可忽略本步骤；

10、对约束层控制结构附着约束层，检测约束层厚度，1mm-2mm；

11、试运行激光冲击强化程序，观测约束层是否可完全覆盖强化区域且保证厚度一致。

12、本发明与现有技术相比，其优点在于：

13、本发明所述的用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法，应用于航空发动机圆弧端齿结构激光冲击强化方法，可引申至齿轮类零件，用于解决小面积结构强化过程中约束层不均匀的问题。

技术特征：

1.一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法，其特征在于：采用拓展激光冲击强化作用区域的面积，通过模拟仿真计算约束层水流的流向和形状，不同延展的面积延展方式与不同的水流方式做到协同控制，筛选出最优搭配组合，同时利用3d打印技术对约束层控制的效果进行验证；

2.根据权利要求1所述的用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种用于圆弧端齿激光冲击强化过程约束层控制方法，其特征在于：包括如下步骤：确定约束层的流动方向和实际零件加工的装夹方向；将圆弧端齿模型利用仿真软件进行延伸同时附加水流流场，保证延伸过程中的界面的连续性，观测流场的均匀性；根据仿真结果完成引流结构的3D打印；对约束层控制结构附着约束层，检测约束层厚度，1mm‑2mm；试运行激光冲击强化程序，观测约束层是否可完全覆盖强化区域且保证厚度一致。本发明与现有技术相比，其优点在于：应用于航空发动机圆弧端齿结构激光冲击强化方法，可引申至齿轮类零件，用于解决小面积结构强化过程中约束层不均匀的问题。

技术研发人员：陈慧斌,于真鹤,杨淞皓,杨林青,高宇
受保护的技术使用者：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8