本實用新型涉及一種葉片表面超聲沖擊強(qiáng)化裝置，屬于表面納米改性技術(shù)領(lǐng)域。包括機(jī)床和由超聲波發(fā)生器激勵的工具系統(tǒng)。機(jī)床本體由床身、雙X向工作臺、雙Z向工作臺、Y向工作臺、旋轉(zhuǎn)工作臺和翻轉(zhuǎn)夾具組成。旋轉(zhuǎn)工作臺及翻轉(zhuǎn)夾具裝載在Y向工作臺面上。通過Y向的移動以及旋轉(zhuǎn)工作臺和翻轉(zhuǎn)夾具的轉(zhuǎn)動調(diào)整葉片的位姿；再通過雙X軸與雙Z軸的聯(lián)動實現(xiàn)對葉片的雙面同步表面強(qiáng)化處理。X、Y、Z三方向運(yùn)動軸均采用精密滾珠絲杠與直線導(dǎo)軌副配合的方式，每根直線導(dǎo)軌裝配有兩個四方形滑塊。優(yōu)點在于：可以在葉片表面誘發(fā)梯度納米結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度、硬度和疲勞性能，同時大幅度提高加工效率，降低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及表面納米改性技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種葉片表面超聲沖擊強(qiáng)化裝置，可對葉片雙表面進(jìn)行同步強(qiáng)化處理。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機(jī)依靠數(shù)量龐大的葉片完成對氣體的壓縮、膨脹以及以最高的效率產(chǎn)生強(qiáng)大的動力來推動飛機(jī)前進(jìn)。作為航空發(fā)動機(jī)熱工轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，葉片長期處于高溫、高壓、高速氣流的包圍中，承受高頻甚至超高頻機(jī)械振動（次數(shù)通常在10¹⁰～10¹²之間）以及循環(huán)熱載荷（400℃以上）。此外，受服役環(huán)境的影響，葉片還可能受到大氣腐蝕、異物撞擊以及離心力等一系列外來作用。由此造成的失效事故不容忽視，尤其是高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片，因其數(shù)量多、形體單薄、載荷狀況嚴(yán)酷、工作環(huán)境復(fù)雜而成為發(fā)動機(jī)使用和實驗中故障率最高的零部件之一。據(jù)統(tǒng)計，在航空發(fā)動機(jī)中，葉片故障可占到總故障的40%以上?？梢姡~片的性能直接影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

在引發(fā)上述結(jié)構(gòu)失效的機(jī)制中以疲勞損傷、腐蝕和磨損較為常見，特別是疲勞破壞，已成為發(fā)動機(jī)葉片失效的主要形式，占所有斷裂事故的80％～90％。在大多數(shù)情況下，結(jié)構(gòu)的失效是從表面開始的。表面是疲勞裂紋萌生的重要部位，腐蝕和磨損也多始于表面。顯然，葉片的表面質(zhì)量是能否保證其長時間安全服役的關(guān)鍵指標(biāo)之一?？紤]到降低失效事故的發(fā)生概率，極大限度地延長服役壽命，節(jié)約維修成本，必須對葉片表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。

用于發(fā)動機(jī)葉片表面強(qiáng)化的工藝有噴丸、超聲噴丸、激光噴丸等。噴丸和超聲噴丸過程中丸粒的運(yùn)動是隨機(jī)不可控的，無法使葉片表面局部區(qū)域達(dá)到精密強(qiáng)化的理想效果。鑒于這一點，研究人員將數(shù)控技術(shù)融入到噴丸強(qiáng)化中，發(fā)展成為數(shù)控噴丸。這在一定程度上改善了不恰當(dāng)?shù)膰娡韫に囋斐傻牟焕绊懀科涓就枇＿\(yùn)動的不可控性是無法根除的，同時噴丸引入的殘余壓應(yīng)力場還有深化的空間。激光噴丸可以引入較深的殘余壓應(yīng)力場，但加工效率不高且設(shè)備昂貴。值得注意的是，航空發(fā)動機(jī)葉片在工作狀態(tài)下受到的載荷非常復(fù)雜，葉片不同區(qū)域承受的循環(huán)載荷應(yīng)力比R相差較大，對于低應(yīng)力比工況，噴丸等工藝引入的殘余壓應(yīng)力在提高疲勞強(qiáng)度上效果較為明顯，而當(dāng)應(yīng)力比較高時，表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響逐漸明顯。一般噴丸工藝獲得的表面微觀輪廓局部區(qū)域相對尖銳，應(yīng)力集中系數(shù)較大，在高應(yīng)力比區(qū)域這種情況極易萌生疲勞裂紋，在很大程度上抵消了壓縮殘余應(yīng)力帶來的疲勞強(qiáng)度提高效果。激光噴丸后葉片的表面粗糙度相對噴丸較好，但仍無法大面積消除表面微觀尖角。此外，葉片的幾何構(gòu)型是通過空氣動力學(xué)計算得出的，其復(fù)雜的曲面幾何特征直接影響著飛行性能。過度的噴丸處理會改變?nèi)~片的型面精度，影響發(fā)動機(jī)的正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種葉片表面超聲沖擊強(qiáng)化裝置，解決常規(guī)強(qiáng)化處理后，葉片表面粗糙度高、面型精度差、表層殘余壓縮應(yīng)力淺等問題，以滿足葉片表面高效精密的強(qiáng)化要求?？蓪崿F(xiàn)雙面同步強(qiáng)化葉片復(fù)雜曲面，并根據(jù)需要準(zhǔn)確調(diào)整機(jī)床參數(shù)，保證超聲工具系統(tǒng)的精確走位及葉片位置的精確調(diào)整，從而提高葉片表面強(qiáng)化的高效性和精密性。此外，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，裝配精度高，且針對不同形狀和尺寸的葉片均適用。激光噴丸工藝具有“點冷作”的優(yōu)越性，保證葉片面型精度的能力稍強(qiáng)些。本實用新型旨在消除噴丸處理過程的不可控性，并兼顧激光噴丸引入高數(shù)值大范圍殘余壓應(yīng)力等優(yōu)點，同時滿足加工效率的高要求并最大限度地降低成本。

本實用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：