羅羅公司整體葉盤表面強化新工藝

羅羅公司的幾種整體葉盤表面強化新工藝，有針對性地解決了常規整體葉盤噴丸時表面粗糙度增大、殘余壓應力不均勻等缺點。

作為盤和葉片的整體結構的整體葉盤，與傳統的葉片與葉盤組裝的結構相比，提升了發動機效率，降低了燃油消耗與污染物排放。表面強化技術作為制造整體葉盤的關鍵技術之一，受到航空發動機制造廠商的高度關注。近年來，羅羅公司披露了幾種整體葉盤表面強化新工藝，包括：采用卡鉗式噴射器的噴丸強化工藝[1]、高壓空化水射流噴丸強化工藝[2]、深滾碾壓強化工藝[3]。這些工藝有針對性地解決了常規整體葉盤噴丸表面粗糙度增大、殘余壓應力不均勻等缺點。其中，采用卡鉗式噴射器的噴丸強化工藝自2010年左右開始應用，取得了良好效果，其他兩種工藝未見公開的工程應用報道。

采用卡鉗式噴射器的噴丸強化工藝

卡鉗式噴射器的噴丸強化工藝的原理是利用特殊設計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相對沖擊，使葉片的葉盆和葉背受到相同的作用力，保證葉片不發生變形，也能使葉片的葉盆和葉背同時獲得均勻的噴丸強度和覆蓋率。在進、排氣邊和葉根轉角處采用較小的彈丸沖擊，也可取得很好的噴丸強化效果（如圖2所示）。

圖1 彈丸流方向示意圖

圖2 卡鉗主體結構圖

高壓空化水射流噴丸強化工藝

高壓空化水射流噴丸強化工藝的原理是利用高壓水射流周圍空化氣泡潰滅產生的沖擊力對葉片表面進行強化。將整體葉盤待強化葉片放置在兩個噴管之間，噴管緊鄰葉片一側均布有噴口（如圖3所示）。當高速水射流從噴口噴出時，與周圍靜態水發生剪切作用，在射流附近局部區域產生低壓區，從而產生許多空化氣泡，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破裂，空化氣泡潰滅產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葉片的葉盆和葉背的強化，能保證殘余壓應力在葉片表面均一分布，同時能規避常規噴丸強化引起的表面糙度增大。

圖3 高壓空化水射流噴丸強化裝置

圖4 高壓空化水射流噴丸強化原理

深滾碾壓強化工藝

深滾碾壓強化工藝是通過彈簧或靜液壓系統將壓力傳遞給滾動元件，滾動元件在零件表面施壓，使表面層發生塑性形變，產生冷作硬化和殘余壓應力增加的效果（如圖5所示）。

該工藝獲得的殘余壓應力深度要大于傳統的噴丸工藝，還有降低表面粗糙度的效果。工藝中的關鍵參數是滾動元件的材料特性 (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 深滾碾壓強化示意圖

結束語

整體葉盤經過精確成形加工后，表面質量尚無法滿足技術要求，經過表面強化及光飾處理，能夠降低其表面粗糙度，提高葉盤疲勞強度及使用壽命。激光沖擊強化及常規噴丸是發動機制造廠商采用的主流工藝，羅羅公司在完善常規噴丸工藝的基礎上，探索了高壓空化水射流、深滾碾壓等強化工藝，為不斷拓展整體葉盤表面強化途徑提供了新思路。