一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法

摘要

一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法。本发明涉及激光喷丸矫形领域，特指一种能够实时监测零件变形状态，不断调整激光参数的矫形方法与装置。包括：涂水机器人、激光器、机械手。其特征在于，还包含：视觉应变检测装置，伸缩轴、卡盘。卡盘安装在伸缩轴上，用于夹紧机匣的底部。机械手夹紧伸缩轴，配合卡盘使伸缩轴位于机匣中轴线上。伸缩轴的顶端设有视觉应变检测装置，可配合伸缩轴上下移动，监测不同区域的应变。机械手通过不断调整机匣的姿态使激光垂直入射机匣需矫形的表面。

权利要求

1.一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法，其特征在于包括以下步骤：对加工变形机匣表面的残余应力进行测量与模拟计算，获得机匣表面残余应力分布；在拉应力区域涂覆黑漆作为吸收层、水膜作为约束层，然后通过激光喷丸调控具有拉应力的区域，针对不同的拉应力大小施加不同的激光功率密度；在机匣的内表面涂覆有光学显影剂，通过视觉应变检测系统，监测材料背部的变形，根据背部变形的的情况不断微调激光功率最终实现机匣的矫形；视觉应变检测系统不断检测机匣内部的变形情况，若产生局部变形超出设定尺寸则视觉应变检测系统将信号反馈给激光器，激光器在相邻区域用更大的激光功率进行喷丸，补偿局部过变形，直至机匣恢复成设定外形。

2.如权利要求1所述方法，其实施用的装置的特征在于包含：视觉应变检测系统，伸缩轴、卡盘；卡盘安装在伸缩轴上，用于夹紧机匣的底部；机械手夹紧伸缩轴，配合卡盘使伸缩轴位于机匣中轴线上；伸缩轴的顶端设有视觉应变检测系统，可配合伸缩轴上下移动，监测不同区域的应变；机械手通过不断调整机匣的姿态使激光垂直入射机匣需矫形的表面。

说明书

一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法

技术领域

[0001] 本发明涉及激光喷丸矫形领域，特指一种能够实时监测零件变形状态，不断调整激光参数的矫形方法与装置。

背景技术

[0002] 机匣是航空发动机的关键部件，在发动机工作时，承受气体负载和质量惯性力，还承受由温差引起的热载荷,在发动机启动、停车、状态变化或飞机飞行姿态变化时，机匣都要承受循环载荷，长期工作在上述恶劣环境中，可能导致发动机机匣产生疲劳裂纹而失效。设计中为了实现航空发动机减重增效，机匣通常采用薄壁、整体回转结构，材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，导致机匣在实际加工中存在诸多问题，其中加工变形难以控制最为突出，导致机匣的因变形而导致的报废率极高。机匣在服役一段时间以后，其内部也会产生复杂的内应力导致其变形失效，由于机匣生产周期长，制造难度高，直接更换机匣成本太高，而传统的矫形方法难以精确成形，如喷砂成形只能大范围整体处理，以及冲压等冷变形方法只能对结构简单的零件进行大尺寸矫形，对于机匣这类精密零件无能为力。

[0003] 因此急需一种能够对变形报废机匣进行矫形的新工艺来降低机匣的报废率及维修成本。基于机匣矫形工艺的现状本发明提出一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法与装置。它有效解决传统工艺的不足，并能在矫形的同时引入残余压应力，起到延寿的效果。

发明内容

[0004] 基于航空发动机燃烧室机匣矫形工艺的现状，本发明提出一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法与装置，它能实时监测矫形件的变形状态，及时对激光参数进行调整，将因变形而报废的零件矫正为合格形态，并在矫形区域施加残余压应力，提高零件的使用寿命。

[0005] 本发明的原理为：采用大功率激光冲击试样表面时，会在材料表面施加微小的塑性变形和残余压应力层，在残余压应力的作用下材料将沿着激光入射相反的方向突起，形成弯曲变形。如图2所示。

[0006] 一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法，首先对加工变形机匣表面的残余应力进行测量与模拟计算，获得机匣表面残余应力分布。在拉应力区域涂覆黑漆作为吸收层、水膜作为约束层，然后通过激光喷丸调控具有拉应力的区域，针对不同的拉应力大小施加不同的激光功率密度。在机匣的内表面涂覆有光学显影剂，通过视觉动态应变测量系统，监测材料背部的变形，根据背部变形的的情况不断微调激光功率最终实现机匣的矫形。

[0007] 一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形装置，包括：涂水机器人、激光器、机械手。其特征在于，还包含：视觉应变检测装置，伸缩轴、卡盘。卡盘安装在伸缩轴上，用于夹紧机匣的底部。机械手夹紧伸缩轴，配合卡盘使伸缩轴位于机匣中轴线上。伸缩轴的顶端设有视觉应变检测装置，可配合伸缩轴上下移动，监测不同区域的应变。机械手通过不断调整机匣的姿态使激光垂直入射机匣需矫形的表面。

[0008] 本发明的优点在于：

[0009] 1.能够对薄壁部位进行精确矫形，克服了传统矫形方法只能整体处理、局部大变形处理的缺陷。

[0010] 2.在进行矫形的同时，在矫形区域引入了残余压应力提高了材料的强度及使用寿命。

[0011] 3.在矫形的过程中实时监测反馈，保证了矫形的精确度。

附图说明

[0012] 图1是机匣结构示意图；

[0013] 图2是激光喷丸矫形原理图；

[0014] 图3是机匣变形及残余应力分布示意图；

[0015] 图4是激光喷丸矫形装置示意图；

[0016] 图5是光学显影剂、吸收层、约束层示意图；

[0017] 图6是矫形完毕后机匣外形示意图。

具体实施方式

[0018] 以下实施例用来说明本发明，但不是限制本发明。下面结合附图详细说明本发明提出的方法及装置的细节和工作情况。

[0019] 本发明的装置包括：涂水机器人4、激光器1、机械手8、视觉应变检测装置6、伸缩轴5、、卡盘7。卡盘安装在伸缩轴5上，用于夹紧机匣1的底部。机械手8夹紧伸缩轴5，配合卡盘7使伸缩轴5位于机匣1中轴线上。伸缩轴5的顶端设有视觉应变检测装置6，可配合伸缩轴5上下移动，监测不同区域的应变。机械手8通过不断调整机匣1的姿态使激光垂直入射机匣1需矫形的表面.

[0020] 具体实施例1：首先通过测量和模拟计算得出变形机匣的外形和表面应力分布，如图3所示，区域2具有较大的拉应力，因此对区域2进行激光喷丸矫形。由于区域2从下自上拉应力逐渐减小，因此需要采用不同的激光功率进行处理。

[0021] 首先在待处理区域表面涂覆上黑漆9作为吸收层，涂水机器人4喷涂水作为约束层。在机匣1的内部涂覆光学显影剂10，启动视觉应变检测装置6对机匣内部应变进行检测。接着激光器发射激光对拉应力区域进行冲击，残余拉应力越大的区域施加能量越大。视觉应变检测装置6不断检测机匣内部的变形情况，若产生局部变形超出设定尺寸则视觉应变检测装置6将信号反馈给激光器3，激光器3在相邻区域用更大的激光功率进行喷丸，补偿局部过变形，直至机匣1恢复成设定外形，如图6所示。

[0022] 在不脱离本发明精神或必要特性的情况下，可以其它特定形式来体现本发明。应将所述具体实施例各方面仅视为解说性而非限制性。因此，本发明的范畴如随附申请专利范围所示而非如前述说明所示。所有落在申请专利范围的等效意义及范围内的变更应视为落在申请专利范围的范畴内。