羅羅公司的幾種整體葉盤表面強(qiáng)化新工藝，有針對(duì)性地解決了常規(guī)整體葉盤噴丸時(shí)表面粗糙度增大、殘余壓應(yīng)力不均勻等缺點(diǎn)。

作為盤和葉片的整體結(jié)構(gòu)的整體葉盤，與傳統(tǒng)的葉片與葉盤組裝的結(jié)構(gòu)相比，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低了燃油消耗與污染物排放。表面強(qiáng)化技術(shù)作為制造整體葉盤的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠商的高度關(guān)注。近年來(lái)，羅羅公司披露了幾種整體葉盤表面強(qiáng)化新工藝，包括：采用卡鉗式噴射器的噴丸強(qiáng)化工藝[1]、高壓空化水射流噴丸強(qiáng)化工藝[2]、深滾碾壓強(qiáng)化工藝[3]。這些工藝有針對(duì)性地解決了常規(guī)整體葉盤噴丸表面粗糙度增大、殘余壓應(yīng)力不均勻等缺點(diǎn)。其中，采用卡鉗式噴射器的噴丸強(qiáng)化工藝自2010年左右開始應(yīng)用，取得了良好效果，其他兩種工藝未見公開的工程應(yīng)用報(bào)道。

采用卡鉗式噴射器的噴丸強(qiáng)化工藝

卡鉗式噴射器的噴丸強(qiáng)化工藝的原理是利用特殊設(shè)計(jì)的噴口控制彈丸流方向（如圖1所示），使彈丸以直角沖擊整體葉盤葉片，并且使用卡鉗式的噴管在葉片的葉盆和葉背采用相同的工作參數(shù)相對(duì)沖擊，使葉片的葉盆和葉背受到相同的作用力，保證葉片不發(fā)生變形，也能使葉片的葉盆和葉背同時(shí)獲得均勻的噴丸強(qiáng)度和覆蓋率。在進(jìn)、排氣邊和葉根轉(zhuǎn)角處采用較小的彈丸沖擊，也可取得很好的噴丸強(qiáng)化效果（如圖2所示）。

圖1 彈丸流方向示意圖

圖2 卡鉗主體結(jié)構(gòu)圖

高壓空化水射流噴丸強(qiáng)化工藝

高壓空化水射流噴丸強(qiáng)化工藝的原理是利用高壓水射流周圍空化氣泡潰滅產(chǎn)生的沖擊力對(duì)葉片表面進(jìn)行強(qiáng)化。將整體葉盤待強(qiáng)化葉片放置在兩個(gè)噴管之間，噴管緊鄰葉片一側(cè)均布有噴口（如圖3所示）。當(dāng)高速水射流從噴口噴出時(shí)，與周圍靜態(tài)水發(fā)生剪切作用，在射流附近局部區(qū)域產(chǎn)生低壓區(qū)，從而產(chǎn)生許多空化氣泡，沿著高壓水射流逐漸被壓縮，在葉片表面或接近表面處向內(nèi)破裂，空化氣泡潰滅產(chǎn)生的沖擊波和微射流在葉片材料表面引起一系列的微觀塑性變形，從而在其表面形成了殘余壓應(yīng)力層（如圖4所示）。

此工藝可在一次加工操作中均勻柔和地完成對(duì)葉片的葉盆和葉背的強(qiáng)化，能保證殘余壓應(yīng)力在葉片表面均一分布，同時(shí)能規(guī)避常規(guī)噴丸強(qiáng)化引起的表面糙度增大。

圖3 高壓空化水射流噴丸強(qiáng)化裝置

圖4 高壓空化水射流噴丸強(qiáng)化原理

深滾碾壓強(qiáng)化工藝

深滾碾壓強(qiáng)化工藝是通過(guò)彈簧或靜液壓系統(tǒng)將壓力傳遞給滾動(dòng)元件，滾動(dòng)元件在零件表面施壓，使表面層發(fā)生塑性形變，產(chǎn)生冷作硬化和殘余壓應(yīng)力增加的效果（如圖5所示）。

該工藝獲得的殘余壓應(yīng)力深度要大于傳統(tǒng)的噴丸工藝，還有降低表面粗糙度的效果。工藝中的關(guān)鍵參數(shù)是滾動(dòng)元件的材料特性 (尺寸、剛度、表面狀況)，處理壓力取決于材料、厚度以及滾壓方向和滾壓的重疊度。

圖5 深滾碾壓強(qiáng)化示意圖

結(jié)束語(yǔ)

整體葉盤經(jīng)過(guò)精確成形加工后，表面質(zhì)量尚無(wú)法滿足技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)表面強(qiáng)化及光飾處理，能夠降低其表面粗糙度，提高葉盤疲勞強(qiáng)度及使用壽命。激光沖擊強(qiáng)化及常規(guī)噴丸是發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠商采用的主流工藝，羅羅公司在完善常規(guī)噴丸工藝的基礎(chǔ)上，探索了高壓空化水射流、深滾碾壓等強(qiáng)化工藝，為不斷拓展整體葉盤表面強(qiáng)化途徑提供了新思路。