[发明专利]一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统及方法有效

专利信息
申请号: 202110555881.3 申请日: 2021-05-21
公开(公告)号: CN113293270B 公开(公告)日: 2022-06-28
发明(设计)人: 王辉;吴动波;张巧林;余杰;张丽丽;梁嘉炜;周峰;陈海瑛 申请(专利权)人: 清华大学;中国航发动力股份有限公司
主分类号: C21D7/02 分类号: C21D7/02;C21D11/00;C22F1/00
代理公司: 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 冀志华
地址: 100084 北京市海淀区1*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 叶片 表面 超声 压强 自适应 调控 系统 方法
【说明书】:

发明涉及一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统及方法,其特征在于,包括:数据采集单元、中央控制单元和末端执行单元;所述数据采集单元用于对表面强化过程中叶片的变形信号以及表面强化工艺参数进行实时采集并发送到所述中央控制单元;所述中央控制单元用于对接收到的叶片变形信号和表面强化工艺参数进行处理和计算,并据此生成控制信号发送到所述末端执行单元;所述末端执行单元用于对使用的叶片工装进行调整,实现对表面强化工艺参数的优化和调整,改善叶片的表面强化质量。本发明可以广泛应用于航空发动机叶片加工领域。

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片加工领域,具体涉及一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统及方法。

背景技术

作为航空发动机的重要组成部分,叶片的加工质量直接影响着航空发动机的性能,因此对于叶片的加工精度和表面质量提出了严格的要求。叶片属于复杂曲面薄壁件,在精密铣削中最突出的问题之一是由于弱刚性引起的加工变形和表面质量降低。因此,在叶片铣削加工之后可以使用超声滚压强化工艺来提高叶片的加工精度和表面质量。超声滚压强化工艺能够经济有效地降低表面粗糙度,提高表面残余压应力进而提高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。超声滚压强化所使用的滚压力较小,相比传统表面强化工艺造成的工件变形更小,对叶片等薄壁零件具有特殊意义。

由于叶片具有复杂薄壁曲面特征,铣削加工后的叶片表面存在不均匀、不规则的局部凸凹区域。传统的超声滚压技术在凸点加工区域的材料去除率过大,在凹点加工区域的材料去除率不足,导致超声滚压强化后的叶片表面质量和强度不均匀,影响叶片的性能和寿命。而且在叶片表面超声滚压强化过程中,由于叶片不同部位的加工刚度不同,超声滚压导致的叶片变形不同,滚压效果也不同,同样会导致滚压效果不均匀,叶片性能不理想。因此,需要采用能够自适应叶片表面形状和加工过程动态调控的超声滚压强化系统及方法。

发明内容

针对上述问题,本发明的目的是提供一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统及方法,通过将表面强化过程中叶片的变形状态在线测量、表面强化参数调整和工装系统自适应姿态调整工作协调起来,实现了对航空发动机叶片表面强化过程的智能调控。

为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:

本发明的第一个方面,是提供一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统,其包括:

数据采集单元、中央控制单元、末端执行单元以及用于对叶片加工的数控机床;

所述数据采集单元用于对表面强化过程中叶片的变形位移量信号以及表面强化工艺参数进行实时采集并发送到所述中央控制单元,所述表面强化工艺参数包括进给速度、滚压间距、滚压次数、滚压路径、主轴位置与姿态;

所述中央控制单元用于对接收到的叶片变形信号和表面强化工艺参数进行处理和计算,并据此生成控制信号发送到所述末端执行单元;

所述末端执行单元用于对使用的数控机床中的叶片工装进行调整,实现对表面强化工艺参数的优化和调整,改善叶片的表面强化质量。

进一步,所述数据采集单元包括设置在所述数控机床的叶片工装上的激光位移传感器和机床数控系统;所述激光位移传感器用于实时获取叶片在表面强化过程中产生的变形信号;所述机床数控系统用于实时读取表面强化工艺参数;所述激光位移传感器和机床数控系统将采集数据发送到所述中央控制单元。

进一步,所述中央控制单元包括工业计算机,所述工业计算机与数据采集单元和末端执行单元相连;

所述工业计算机内设置有预处理模块、叶片变形预测模块、叶片变形数据库以及参数优化模块;

所述预处理模块用于对所述激光位移传感器发送的叶片的变形信号进行滤波降噪处理,得到叶片的实际变形信号;

所述叶片变形数据库用于存储历史叶片表面超声滚压强化相关数据,包括各个型号的叶片进行超声滚压强化产生的变形位移量数据以及对应使用的工艺参数;

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