试论长深孔、弯曲类零件内孔喷丸强化技术

试论长深孔、弯曲类零件内孔喷丸强化技术

张帅

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

喷丸技术的应用范围相当广泛，航空航天、汽车等领域都有所涉猎，最为突出的就是飞机制造。起落架结构是在制造飞机时必须高度重视的内容，该结构主要是利用喷丸强化技术开展作业。因喷丸技术的影响，抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳以及抗微动磨损等各方面能力都有所改善。一般金属材料表面在改性时都会利用喷丸强化技术。利用喷丸技术作业后会产生内部压缩残余应力，该应力永久存在，可将裂纹产生和发展的可能性降低至最小范围。

一、应用柔性内孔喷丸装置的价值

我国在内孔喷丸装备上还是存在一定不足，数量较少，无法满足适合长径比的需求。传统喷枪在时代发展与变化中逐渐暴露弊端，无法达成喷丸提出的多样化目标与需求，因此，针对柔性内孔喷丸装置展开的探究具有十分重要的意义与价值。主要通过加大改革与创新力度的方式，满足内孔喷丸在作业中提出的多样化要求。其中最具代表性的零件就是小长径比、弯曲类零件。柔性内孔喷丸装置在真正喷丸过程中，可充分发挥自身在柔性喷嘴结构方面占据的优势。弯曲管状零件是柔性喷嘴开展喷作业的主要对象。针对上述零件开展的喷丸作业，不仅可提升喷丸整体强度，也可改善其覆盖率较差的问题，顺利排出内腔弹丸。柔性喷丸装置带有极强的系统性，由多个部件组合而成，分别为柔性接头、喷嘴、喷枪以及快速定位块等。在航空航天领域，该装置的应用范围不断拓宽。在改善传统工艺不足方面发挥的作用至关重要。强度失稳以及覆盖率较差，始终是制约传统喷丸强化作业的重大问题，这些不足都可借助柔性喷丸装置得以完善。

二、深入探究喷丸工艺以及参数

1.弹丸直径与喷丸工艺之间的联系

弹丸是一种介质材料，具有实心的特征，通常体现为球形或者圆柱形。喷丸强化工艺是弹丸应用的主要范围，注意圆柱形不存在任何棱角。在开展喷丸作业之前，需要确定各个细节与参数，首先结合生产需求以及实际情况恰当选择弹丸类型。然后综合考虑多方面内容，确定弹丸的硬度与弹丸的直径。从理论角度来说，在弹丸硬度与弹丸直径不断增加的背景下，最大压应力值也会有所改变，残余压应力层的深度在原有基础上呈现出不断增加的状态。本次试验所选用的弹丸分别为550和330。在试验之前需要保持参数始终维持不变，分别涉及到空气压力以及流量等。上述条件满足后可击打试片表面，注意击打的持续性。在此基础上，可获得饱和曲线以及喷丸强度两个结果，这是两种弹丸在实验完成后获取的结论。注意，伴随着弹丸硬度以及直径的提升，无论是残余压应力层深度，还是表面粗糙度值，都会有所提升，最大压应力值也会随之发生改变。

2.喷丸压力、喷丸流量与喷丸工艺之间的影响

动能是击打材料表面的主要能力，因压力气流的影响与带动，弹丸会在喷丸过程中产生不可避免的动能。弹丸速度取决于气流压力的大小，与弹丸流量之间存在直接联系。这会直接影响到零件表面材料，其变形程度会因上述各项参数的影响而发生改变。在进行试验时，可保障喷丸其余参数始终维持不变，通过不断增加喷丸气压的方式可以发现，越来越小的流量以及越来越快的速度，都是弹丸发生的明显改变。最大残余压应力值、残余压应力场以及零件表面粗糙度值都会呈现出不断升高的状态。因此需要将强化表面的需求作为核心，恰当选择喷丸压力以及弹丸流量。还要充分考虑到是否会造成喷丸损伤问题，在气压保持不变的情况下，弹丸速度会随着流量的降低而提升，与之相对的喷丸强度则呈现出相反的状态，越来越高。在弹丸流量不改变的情况下，弹丸速度会因压力增加而提升。强度则与气压条件相同下的喷丸一致。

3.喷丸时间与喷丸工艺之间的联系

在保持参数设定不变的情况下，可利用喷丸开展以下试验，来明确喷丸时间与工艺之间的联系。在不同时间段内开展喷丸作业时，需要恰当选择试片，注意试片规格相同。在此背景下才可获得试片弧高值，以及受到喷丸时间影响后试片弧高值发生变化的详细数据。最终结合数据与相应的技术绘制曲线图。曲线图可将弧高值更加直观的体现出来。通过对曲线图进行分析后可以发现，弧高值会因喷丸时间的增加而发生改变，当其增量达到10%时，即可获得喷丸饱和点。所对应的弧高值就是进行喷丸时所使用的强度，注意维持喷丸参数保持不变。喷丸在实际生产时会对强度值提出较高要求，必须明确强度数值，以免误差的出现影响到整体技术要求。在开展喷丸作业之前，可利用上述方法判断喷丸参数的可行性。

三、喷丸工艺试验

试验选择材料为6150高强度弹簧钢，硬度为50HRC，内径为击φ15mm，外径φ22mm，在距一端约153mm处弯曲角度为130°，展开直线长度约为1100mm的弯管进行内壁喷丸强化，内壁强度要求在0.305-0.406mmA范围内，覆盖率达到100％。通过柔性喷枪的旋转，采用间接的喷射方式，完成对内壁及弯曲部分的喷丸强化过程，最终对阿尔门试片的分析结果表明，试验件各处喷丸强度稳定，覆盖率均匀，喷丸效果良好。先随机选择一组喷丸工艺参数，在该参数下对阿尔门试片进行喷丸试验以绘制饱和曲线，最终确定该参数下的喷丸强度，如不满足技术条件要求，需对部分参数进行调整后重新进行试验，经过多次反复试验后，即可获得符合技术条件要求的喷丸工艺参数。

结语：生产实际需求需要在柔性内孔喷丸装置研制过程中发挥自身的导向作用。从优化柔性喷嘴以及喷丸参数着手，改善传统零件中存在的缺陷。通过大力度的创新与改革，提升那喷丸水平与质量。这种新型喷丸方法不仅是突破我国行业局限的方式之一，也可打破国外的垄断。真正改善我国高技术装备制造水平低下的问题。形成合力，提升我国竞争力与综合实力，也是推动社会与经济发展的重要内容。

参考文献：

[1]彭兴.AP1000核电主管道弯曲深孔加工专用夹具设计[D].西华大学,2013.

[2]高国强.表面喷丸处理对轴用42CrMo钢弯曲疲劳性能的影响[J].河北工业科技,2015(4):322-325.