提升喷丸强化能力的新试验模式研究

2011-07-30孟震威隋景丛

中国新技术新产品 2011年23期

关键词：喷丸线速度试片

孟震威隋景丛

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

1 新模式试验方法的提出

1.1 喷丸强化指标的提升

衡量零件喷丸质量的因素中以喷丸强度最为关键也最难控制，它受到空气压力、弹丸流量、喷射角度等十余项参数的影响[1]，任何参数的变化都会不同程度地影响喷丸强化的效果。随着设计要求的提高喷丸强度公差要求也变得越发苛刻，喷丸强化难度大大提升。

1.2 现有试验方式及其弊端

根据零件喷丸部位和结构的不同，多采用定点喷射和移动喷射两种试验模式[2]。定点模式采用喷嘴位置固定不变与试片保持一定距离进行喷射的方法，移动模式采用喷嘴按特定的规律进行往复运动的喷丸方式。对于回转类零件，喷枪和零件需同时运动，而由于两者移动速度的不同会导致试片受喷次数与喷丸时间呈现非线形递增的状态，另外，对于喷嘴沿回转零件径向移动的情况，由于不能随着受喷部位直径的变小自动调整喷枪移动速度，产生了线速度差异，也就无法得出准确的喷丸强度值。

2 机械加工的启发

2.1 进给方式的选择及热区概念的提出

对于喷丸强化来说，目前多采用每分进给方式，但由于喷嘴的移动速度与零件自转速度不匹配，会使喷丸痕迹呈螺旋状上升，需经过多次交叠喷射，才能获得较为均匀的喷丸表面。这种方式不仅加工时间长，也增加了交叠部分的喷丸强度，造成同一表面上喷丸强度的小幅变化，使压应力分布不均，使形状及尺寸发生变化。为了有效解决这一问题，我们利用喷丸“热区”的理论，即一定的喷丸条件下，受喷物体表面的有效强化区域，一般呈圆形并向外发散状，根据热区的范围调节每转进给量数值，保证一个周期喷丸能够在零件上形成完全覆盖，强化效果均匀并且加工时间大大缩短，试片试验的稳定性及最终零件的加工质量都得以大幅提升[3]。

2.2 恒线速度

恒线速度切削是根据零件加工中径向尺寸的变化，实时的对机床主轴转速进行调节，实现整个切削过程中被切削部位能够保持相同的切削线速度，从而解决零件在车削中由径向尺寸的剧烈变化而导致的主轴功率、切削力的大幅变化[4]。喷丸强化中同样存在这一现象，当仅改变喷枪移动线速度值而其他参数不发生变化时，得到的强度值是不同的，所以应该避免在固定参数下喷口在零件径向方向移动距离过大的情况发生。

3 试验的具体实施过程

3.1 轴向移动方式

轴向移动试验方式用于在直径相同的情况下进行试片试验，一般用于零件外圆及内孔及长轴内外壁的强化加工。轴向移动试验使用前需确定使用喷嘴的喷丸热区范围，如φ9.5mm的直喷嘴在150mm长的距离上经测定热区宽度为20mm。试验使用每转进给移动方式，进给速度为20mm/转，喷枪上下移动，一次移动便可完成试片表面的完全覆盖，随着移动次数的增加，试片表面均匀受喷，强度同时增加，曲线呈现线形递增趋势。改进前，由于喷嘴移动与试片移动不同步使得喷丸强度值不能均匀递增，可能存在增加喷射周期而试片因未被喷射到，而导致强度值仍保持原状的情况，这对数据的拟合以及最终结果都会产生较大的误差。改进后无论如何选取喷射次数，都能够得到一个比较准确的数值，使饱和曲线的拟合以及喷丸参数的选择都变得更加简便，零件的喷丸质量也会得到大大的提升。

3.2 径向移动方式

径向移动方式的改进主要应用于辐板喷丸的盘类零件，特别是径向尺寸变化较大的零件。从车削加工中可以看到，同一进给速度车削不同直径尺寸零件时，由于线速度的不同，会导致切削力发生较大变化，同样在喷丸强化加工中，由于线速度的不同，同样会导致喷射效果发生变化，呈现出外弱内强的态势，而为了更好的抑制应力变形，我们希望得到整个表面相同的喷丸强度。使用数控G代码，G96/G97，通过调节转台的转速实现加工线速度的保持，但由于受机床限制，需要对最大转速作一定的限制，试验中对于径向尺寸φ660-φ130的变化，采用线速度V=5.024m/min，转台转速控制在 S=4.8～25r/min.通过在同一径向线上安装两块试片对其进行测试，经过几组参数的喷丸强化后得到以下结论，如图1所示。

图1 左图为改善前，右图为改善后

改善前由于喷枪与受喷试片移动的线速度不同，导致试片受到弹丸的冲击力也出现较大差异，对于喷丸强度公差较严格的零件，无法的确定该组喷丸参数下强度值的大小，同时，随着径向移动中尺寸的改变，其应力值也会出现不同程度的变化，严重影响零件的机械加工尺寸和喷丸效果。改进后，不同直径位置的试片，在相同喷丸参数下的试验结果是基本吻合的，意味着不论径向尺寸的变化有多大，都不会影响最终的喷丸结果，稳定的喷丸强度无疑对喷丸强化的质量以及控制零件变形上都发挥着不可忽视的作用。