提升噴丸強化能力的新試驗?zāi)Ｊ窖芯?/h1>
2011-07-30 09:47孟震威隋景叢
中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2011年23期
孟震威 隋景叢
（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）
1 新模式試驗方法的提出
1.1 噴丸強化指標(biāo)的提升
衡量零件噴丸質(zhì)量的因素中以噴丸強度最為關(guān)鍵也最難控制，它受到空氣壓力、彈丸流量、噴射角度等十余項參數(shù)的影響[1]，任何參數(shù)的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。隨著設(shè)計要求的提高噴丸強度公差要求也變得越發(fā)苛刻，噴丸強化難度大大提升。
1.2 現(xiàn)有試驗方式及其弊端
根據(jù)零件噴丸部位和結(jié)構(gòu)的不同，多采用定點噴射和移動噴射兩種試驗?zāi)Ｊ絒2]。定點模式采用噴嘴位置固定不變與試片保持一定距離進(jìn)行噴射的方法，移動模式采用噴嘴按特定的規(guī)律進(jìn)行往復(fù)運動的噴丸方式。對于回轉(zhuǎn)類零件，噴槍和零件需同時運動，而由于兩者移動速度的不同會導(dǎo)致試片受噴次數(shù)與噴丸時間呈現(xiàn)非線形遞增的狀態(tài)，另外，對于噴嘴沿回轉(zhuǎn)零件徑向移動的情況，由于不能隨著受噴部位直徑的變小自動調(diào)整噴槍移動速度，產(chǎn)生了線速度差異，也就無法得出準(zhǔn)確的噴丸強度值。
2 機械加工的啟發(fā)
2.1 進(jìn)給方式的選擇及熱區(qū)概念的提出
對于噴丸強化來說，目前多采用每分進(jìn)給方式，但由于噴嘴的移動速度與零件自轉(zhuǎn)速度不匹配，會使噴丸痕跡呈螺旋狀上升，需經(jīng)過多次交疊噴射，才能獲得較為均勻的噴丸表面。這種方式不僅加工時間長，也增加了交疊部分的噴丸強度，造成同一表面上噴丸強度的小幅變化，使壓應(yīng)力分布不均，使形狀及尺寸發(fā)生變化。為了有效解決這一問題，我們利用噴丸“熱區(qū)”的理論，即一定的噴丸條件下，受噴物體表面的有效強化區(qū)域，一般呈圓形并向外發(fā)散狀，根據(jù)熱區(qū)的范圍調(diào)節(jié)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量數(shù)值，保證一個周期噴丸能夠在零件上形成完全覆蓋，強化效果均勻并且加工時間大大縮短，試片試驗的穩(wěn)定性及最終零件的加工質(zhì)量都得以大幅提升[3]。
2.2 恒線速度
恒線速度切削是根據(jù)零件加工中徑向尺寸的變化，實時的對機床主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)整個切削過程中被切削部位能夠保持相同的切削線速度，從而解決零件在車削中由徑向尺寸的劇烈變化而導(dǎo)致的主軸功率、切削力的大幅變化[4]。噴丸強化中同樣存在這一現(xiàn)象，當(dāng)僅改變噴槍移動線速度值而其他參數(shù)不發(fā)生變化時，得到的強度值是不同的，所以應(yīng)該避免在固定參數(shù)下噴口在零件徑向方向移動距離過大的情況發(fā)生。
3 試驗的具體實施過程
3.1 軸向移動方式
軸向移動試驗方式用于在直徑相同的情況下進(jìn)行試片試驗，一般用于零件外圓及內(nèi)孔及長軸內(nèi)外壁的強化加工。軸向移動試驗使用前需確定使用噴嘴的噴丸熱區(qū)范圍，如φ9.5mm的直噴嘴在150mm長的距離上經(jīng)測定熱區(qū)寬度為20mm。試驗使用每轉(zhuǎn)進(jìn)給移動方式，進(jìn)給速度為20mm/轉(zhuǎn)，噴槍上下移動，一次移動便可完成試片表面的完全覆蓋，隨著移動次數(shù)的增加，試片表面均勻受噴，強度同時增加，曲線呈現(xiàn)線形遞增趨勢。改進(jìn)前，由于噴嘴移動與試片移動不同步使得噴丸強度值不能均勻遞增，可能存在增加噴射周期而試片因未被噴射到，而導(dǎo)致強度值仍保持原狀的情況，這對數(shù)據(jù)的擬合以及最終結(jié)果都會產(chǎn)生較大的誤差。改進(jìn)后無論如何選取噴射次數(shù)，都能夠得到一個比較準(zhǔn)確的數(shù)值，使飽和曲線的擬合以及噴丸參數(shù)的選擇都變得更加簡便，零件的噴丸質(zhì)量也會得到大大的提升。
3.2 徑向移動方式
徑向移動方式的改進(jìn)主要應(yīng)用于輻板噴丸的盤類零件，特別是徑向尺寸變化較大的零件。從車削加工中可以看到，同一進(jìn)給速度車削不同直徑尺寸零件時，由于線速度的不同，會導(dǎo)致切削力發(fā)生較大變化，同樣在噴丸強化加工中，由于線速度的不同，同樣會導(dǎo)致噴射效果發(fā)生變化，呈現(xiàn)出外弱內(nèi)強的態(tài)勢，而為了更好的抑制應(yīng)力變形，我們希望得到整個表面相同的噴丸強度。使用數(shù)控G代碼，G96/G97，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)加工線速度的保持，但由于受機床限制，需要對最大轉(zhuǎn)速作一定的限制，試驗中對于徑向尺寸φ660-φ130的變化，采用線速度V=5.024m/min，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速控制在 S=4.8～25r/min.通過在同一徑向線上安裝兩塊試片對其進(jìn)行測試，經(jīng)過幾組參數(shù)的噴丸強化后得到以下結(jié)論，如圖1所示。
圖1 左圖為改善前，右圖為改善后
改善前由于噴槍與受噴試片移動的線速度不同，導(dǎo)致試片受到彈丸的沖擊力也出現(xiàn)較大差異，對于噴丸強度公差較嚴(yán)格的零件，無法的確定該組噴丸參數(shù)下強度值的大小，同時，隨著徑向移動中尺寸的改變，其應(yīng)力值也會出現(xiàn)不同程度的變化，嚴(yán)重影響零件的機械加工尺寸和噴丸效果。改進(jìn)后，不同直徑位置的試片，在相同噴丸參數(shù)下的試驗結(jié)果是基本吻合的，意味著不論徑向尺寸的變化有多大，都不會影響最終的噴丸結(jié)果，穩(wěn)定的噴丸強度無疑對噴丸強化的質(zhì)量以及控制零件變形上都發(fā)揮著不可忽視的作用。
4 總結(jié)
從試驗數(shù)據(jù)可以看出，新模式試驗方法明顯優(yōu)于原始的試驗方法，數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定，實際噴丸效果更為明顯，有利于噴丸參數(shù)的確定，有利于飽和值曲線的擬合。對于徑向尺寸較大零件的噴丸面的模擬上，實現(xiàn)了噴丸強度的一致性，對控制零件變形等方面的效果也得到了大幅的提升。
[1]葉浦,噴丸技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].航空技術(shù)期刊,1994.
[2]王仁智.表面噴丸強化技術(shù)[J].中國表面工程,1991,(01):36-48.
[3]周愛琴,樊紅凱.噴丸強化技術(shù)工藝試驗及在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].紡織機械,2005(01):47-50.
[4]盧光賢,沈孟養(yǎng),楊雪寶.車床恒線速度微機控制系統(tǒng)[J].航空制造技術(shù),1986,(01):27-30.
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1.1 噴丸強化指標(biāo)的提升
衡量零件噴丸質(zhì)量的因素中以噴丸強度最為關(guān)鍵也最難控制，它受到空氣壓力、彈丸流量、噴射角度等十余項參數(shù)的影響[1]，任何參數(shù)的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。隨著設(shè)計要求的提高噴丸強度公差要求也變得越發(fā)苛刻，噴丸強化難度大大提升。
1.2 現(xiàn)有試驗方式及其弊端
根據(jù)零件噴丸部位和結(jié)構(gòu)的不同，多采用定點噴射和移動噴射兩種試驗?zāi)Ｊ絒2]。定點模式采用噴嘴位置固定不變與試片保持一定距離進(jìn)行噴射的方法，移動模式采用噴嘴按特定的規(guī)律進(jìn)行往復(fù)運動的噴丸方式。對于回轉(zhuǎn)類零件，噴槍和零件需同時運動，而由于兩者移動速度的不同會導(dǎo)致試片受噴次數(shù)與噴丸時間呈現(xiàn)非線形遞增的狀態(tài)，另外，對于噴嘴沿回轉(zhuǎn)零件徑向移動的情況，由于不能隨著受噴部位直徑的變小自動調(diào)整噴槍移動速度，產(chǎn)生了線速度差異，也就無法得出準(zhǔn)確的噴丸強度值。
2 機械加工的啟發(fā)
2.1 進(jìn)給方式的選擇及熱區(qū)概念的提出
對于噴丸強化來說，目前多采用每分進(jìn)給方式，但由于噴嘴的移動速度與零件自轉(zhuǎn)速度不匹配，會使噴丸痕跡呈螺旋狀上升，需經(jīng)過多次交疊噴射，才能獲得較為均勻的噴丸表面。這種方式不僅加工時間長，也增加了交疊部分的噴丸強度，造成同一表面上噴丸強度的小幅變化，使壓應(yīng)力分布不均，使形狀及尺寸發(fā)生變化。為了有效解決這一問題，我們利用噴丸“熱區(qū)”的理論，即一定的噴丸條件下，受噴物體表面的有效強化區(qū)域，一般呈圓形并向外發(fā)散狀，根據(jù)熱區(qū)的范圍調(diào)節(jié)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量數(shù)值，保證一個周期噴丸能夠在零件上形成完全覆蓋，強化效果均勻并且加工時間大大縮短，試片試驗的穩(wěn)定性及最終零件的加工質(zhì)量都得以大幅提升[3]。
2.2 恒線速度
恒線速度切削是根據(jù)零件加工中徑向尺寸的變化，實時的對機床主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)整個切削過程中被切削部位能夠保持相同的切削線速度，從而解決零件在車削中由徑向尺寸的劇烈變化而導(dǎo)致的主軸功率、切削力的大幅變化[4]。噴丸強化中同樣存在這一現(xiàn)象，當(dāng)僅改變噴槍移動線速度值而其他參數(shù)不發(fā)生變化時，得到的強度值是不同的，所以應(yīng)該避免在固定參數(shù)下噴口在零件徑向方向移動距離過大的情況發(fā)生。
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3.2 徑向移動方式
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圖1 左圖為改善前，右圖為改善后
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4 總結(jié)
從試驗數(shù)據(jù)可以看出，新模式試驗方法明顯優(yōu)于原始的試驗方法，數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定，實際噴丸效果更為明顯，有利于噴丸參數(shù)的確定，有利于飽和值曲線的擬合。對于徑向尺寸較大零件的噴丸面的模擬上，實現(xiàn)了噴丸強度的一致性，對控制零件變形等方面的效果也得到了大幅的提升。
[1]葉浦,噴丸技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].航空技術(shù)期刊,1994.
[2]王仁智.表面噴丸強化技術(shù)[J].中國表面工程,1991,(01):36-48.
[3]周愛琴,樊紅凱.噴丸強化技術(shù)工藝試驗及在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].紡織機械,2005(01):47-50.
[4]盧光賢,沈孟養(yǎng),楊雪寶.車床恒線速度微機控制系統(tǒng)[J].航空制造技術(shù),1986,(01):27-30.
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