提升噴丸強化能力的新試驗?zāi)Ｊ窖芯?/h1>
2011-07-30 09:47:44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）有限責任公司，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行噴射的方法，移動模式采用噴嘴按特定的規(guī)律進行往復(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，也就無法得出準確的噴丸強度值。
2 機械加工的啟發(fā)
2.1 進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)進給移動方式，進給速度為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。改進后無論如何選取噴射次數(shù)，都能夠得到一個比較準確的數(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，嚴重影響零件的機械加工尺寸和噴丸效果。改進后，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.
孟震威 隋景叢
（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，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行噴射的方法，移動模式采用噴嘴按特定的規(guī)律進行往復(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，也就無法得出準確的噴丸強度值。
2 機械加工的啟發(fā)
2.1 進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)進給移動方式，進給速度為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。改進后無論如何選取噴射次數(shù)，都能夠得到一個比較準確的數(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，嚴重影響零件的機械加工尺寸和噴丸效果。改進后，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.
