[发明专利]一种叶片表面双侧超声滚压加工轨迹协调方法

说明书

本发明提供的一种叶片表面双侧超声滚压加工轨迹协调方法，包括：步骤S1，对叶片进行分层处理，获取叶片模型在不同高度时叶缘处为“A”字型和“n”字型的轮廓曲线；步骤S2：确定叶片加工轨迹的端点；步骤S3：规划叶片厚度与旋转角度，包括：步骤S31，求取所述轮廓曲线的主方向角α_主；步骤S32，求解叶片厚度d；步骤S33，求取叶缘处为“A”字型时叶片加工所需要旋转的角度；步骤S34，求取叶缘处为“n”字型时叶片加工所需要旋转的角度。本发明减小了超声滚压力产生的叶片形变，提升了加工效率，同时也提高了叶片加工的精度。

技术领域

本发明涉及叶片加工制造领域，更具体地涉及一种叶片表面双侧超声滚压加工轨迹协调方法。

背景技术

叶片是飞机发动机的重要组成部件，它的表面质量直接影响到发动机的服役性能。在高温高压高速的工作环境中，叶片易产生各种缺陷，如裂纹、磨损、扭曲、烧蚀等。叶片存在着巨大的经济与社会利益价值，世界各国都投入大量人力、物力和财力研究叶片的寿命提升技术，基本的方法就是通过表面超塑性制造，形成安全服役保障的寿命提升。

超声滚压技术是利用超声冲击能量和静载滚压相结合，对金属零部件表面进行高速撞击处理，使零件表层材料产生较大的塑性变形，卸载后形成有益的残余压应力，从而强化被加工表面。相较于传统表面纳米化方法，该方法可以产生更深的残余压应力层和应变硬化层。

超声滚压在钛合金、40Cr和双相不锈钢等材料中得到了应用。然而，传统的超声滚压技术大多用于细长杆、薄壁件等零件。发动机叶片表面为自由曲面，表面形状变化复杂。如果采用单侧超声表面滚压处理，不仅加工效率低，而且需要在叶片表面施加300N左右的恒定压力，这一恒定压力会引起叶片变形，从而影响加工质量。

在双侧超声表面滚压处理的情况下，首先分别确定叶片背弧面与内弧面的两个加工端点，然后使双加工头紧贴背弧面与内弧面从一个加工端点同步运动至另一个加工端点。在实际操作中，以一侧加工头的运动路径为基准，该侧的加工头必然能达到加工端点。但若不对叶片的旋转角度进行合理规划协调，在双加工头同步运动的情况下则无法保证另一侧加工头的正确运动，加工头可能会覆盖到叶缘内部区域(如图1a所示)或为达到加工端点造成未加工(如图1b所示)。

发明内容

为了解决现有技术中单侧超声表面滚压处理加工效率低和加工质量差的问题，本发明提供一种叶片表面双侧超声滚压加工轨迹协调方法。

本发明提供的一种叶片表面双侧超声滚压加工轨迹协调方法，包括：步骤S1，对叶片进行分层处理，获取叶片模型在不同高度时叶缘处为“A”字型和“n”字型的轮廓曲线；步骤S2：确定叶片加工轨迹的端点；步骤S3：规划叶片厚度与旋转角度，步骤S31，求取所述轮廓曲线的主方向角α_主；步骤 S32，求解叶片厚度d；步骤S33，求取叶缘处为“A”字型时叶片加工所需要旋转的角度；步骤S34，求取叶缘处为“n”字型时叶片加工所需要旋转的角度。

所述步骤S1包括：步骤S11：确定加工轨迹方向为叶宽方向；步骤 S12：确定加工区域，设置需要加工的叶片高度区间的最大和最小值，并将分层起点设置于该最小值；步骤S13：确定分层截取间隔；步骤S14：截取叶片轮廓曲线；步骤S15：判断当前高度是否达到所设置的高度区间最大值，若未达到则增加一个截取间隔继续截取叶片轮廓曲线，若达到则进入步骤 S2。

所述步骤S2确定加工轨迹端点采用半径比较算法。

所述步骤S33中叶缘处为“A”字型时叶片加工所需要旋转的角度为其中，α_主为所述轮廓曲线的主方向角。