Влияние параметров лазерной ударной обработки на деформацию кромки лопатки компрессора из титанового сплава

Исследовано влияние параметров лазерного излучения на геометрические параметры кромки пера лопатки компрессора из титанового сплава при математическом моделировании процесса лазерной ударной обработки. Обработка выполнена лазерным лучом с квадратным пятном длиной 1…3 мм без перекрытия пятен за один проход. Оценено влияние размера пятна на время обработки. Моделирование включало в себя два этапа. На первом проведено моделирование распространения упругопластических волн на основе определяющего соотношения Джонсона — Кука, на втором — статический расчет распределения остаточных напряжений. Анализ количества лазерных пятен, необходимых для обработки зоны диаметром 10?5 мм, показал, что при длине пятна 2…3 мм время обработки существенно меньше, чем при размере 1 мм. Применение лазерной ударной обработки с обеих сторон приводит к удлинению кромки пера лопатки. С повышением плотности мощности излучения кромка становится длиннее, а коэффициент перекрытия пятен изменяет угол наклона кривой удлинения. Двухопорное закрепление лопатки за замок и среднюю зону обеспечивает геометрические отклонения после лазерной ударной обработки в пределах допуска на размер. Также можно выполнить лопатку с отклонением от заданной длины, чтобы после деформации от обработки они стали соответствовать требованиям конструкторской документации.
EDN: PCLOSN, https://elibrary/pclosn

Литература

[1] Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2. Москва, Машиностроение, 2008. 368 c.

[2] Гидродробеструйный метод упрочнения деталей ГТД основанный на пластическом деформировании поверхностного слоя. gidroabraziv.com: веб-сайт. URL: https://www.gidroabraziv.com/technology/gidrodrobestrujnyj-metod-uprochneniya-detalej-gtd/ (дата обращения: 15.06.2024).

[3] Han K., Zhang D., Yao C. et al. Studies and optimization of surface roughness and residual stress in ball burnishing of Ti60 alloy. J. of Materi. Eng. and Perform., 2022, vol. 31, no. 5, pp. 3457–3470, doi: https://doi.org/10.1007/s11665-021-06457-x

[4] Новиков И.А., Ножницкий Ю.А., Шибаев С.А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор). Авиационные двигатели, 2022, № 2, с. 59–82, doi: https://doi.org/10.54349/26586061_2022_1_59

[5] Nie X., He W., Cao Z. et al. Experimental study and fatigue life prediction on high cycle fatigue performance of laser-peened TC4 titanium alloy. Mater. Sci. Eng. A, 2021, vol. 822, art. 141658, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141658

[6] Ширяев А.А., Габов И.Г., Миленин А.С. и др. Сравнение методов упрочнения на предел выносливости лопаток из титанового сплава. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2023, № 4, с. 109–117.

[7] Mironov S., Ozerov M., Kalinenko A. et al. On the relationship between microstructure and residual stress in laser-shock-peened Ti-6Al-4V. J. Alloys Compd., 2022, vol. 900, art. 163383, doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163383

[8] Ширяев А.А., Габов И.Г., Миленин А.С. Влияние лазерного ударного упрочнения на параметры поверхностного слоя лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титанового сплава. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2024, № 1, с. 66–73.

[9] Fang Y.W., Li Y.H., He W.F. et al. Effects of laser shock processing with different parameters and ways on residual stresses fields of a TC4 alloy blade. Mater. Sci. Eng. A, 2013, no. 559, pp. 683–692, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.09.009

[10] Ma S., Ding X., Yang Z. et al. Numerical simulation of TC17 titanium alloy thin blade strengthened by laser shock processing. In: APISAT 2021. Springer, 2022, vol. 1, pp. 949–961, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-19-2689-1_73

[11] Ding X., Li H., Jiang Z. et al. Prediction of surface residual stresses after laser shock processing on tc4 titanium alloy using different neural network agent models. Coatings, 2023, vol. 13, no. 11, art. 1889, doi: https://doi.org/10.3390/coatings13111889

[12] Wang С., Li K., Hu X. et al. Numerical study on laser shock peening of TC4 titanium alloy based on the plate and blade model. Opt. Laser Technol., 2021, vol. 142, art. 107163, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107163

[13] Fang Y. Strengthening effects of the laser light impact on a TC17 blade in view of simulations and experiments. J. Russ. Laser Res., 2021, vol. 42, no. 3, pp. 328–339, doi: https://doi.org/10.1007/s10946-021-09966-1

[14] Langer K., Spradlin T.J., Fitzpatrick M.E. Finite element analysis of laser peening of thin aluminum structures. Metals, 2020, vol. 10, no. 1, art. 93, doi: https://doi.org/10.3390/met10010093

[15] Bhamare S., Ramakrishnan G., Mannava S.R. et al. Simulation-based optimization of laser shock peening process for improved bending fatigue life of Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo alloy. Surf. Coat. Technol., 2013, no. 232, pp. 464–474, doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.06.003

[16] Бузюкин А.Е., Гладкий И.Л., Краус Е.И. Определение параметров модели Джонсона-Кука для описания процессов деформирования и разрушения титановых сплавов. Прикладная механика и техническая физика, 2015, т. 56, № 2, с. 188–195, doi: https://doi.org/10.15372/PMTF20150219

[17] Hammer J.T. Plastic deformation and ductile fracture of Ti-6Al-4V under various loading conditions. Master thesis. Columbus, Ohio State Univ., 2012. 243 p.