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發動機葉片拋噴丸機強化裝置根據彈丸的干濕狀態可分為干式拋噴丸機強化裝置和濕式拋噴丸機強化裝置。干式拋噴丸機強化裝置的彈丸速度可達到較高的值，拋噴丸機后工件的效果較好，濕式拋噴丸機強化裝置的彈丸速度相對較低，適用于拋噴丸機強度要求低的場合，濕式拋噴丸機強化裝置幾乎無粉塵，較為環保。對于發動機葉片拋噴丸機需達到較高的拋噴丸機速度，以保證拋噴丸機后的葉片的強度達到要求。本文中選用干式拋噴丸機裝置，它由完成對葉片拋噴丸機的拋噴丸機強化部分和實現彈丸循環使用的丸料回收部分組成。本章根據葉片的特點對噴嘴夾具、葉片夾具進行了創新性設計。

　　圖 2.1 中拋噴丸室 1 中裝有旋轉的拋噴丸工作臺 2，

2 由電機帶動其轉動，在 2 中有四個可夾緊葉片的夾具 3，3 可同時完成 8 個葉片的夾緊工作，噴嘴夾具 4 在拋噴丸中可根據葉片拋噴丸的位置進行調整，保證丸料從不同角度對葉片噴打，斗式提升機 5 可將噴出的彈丸提升到一定的高度，提升的彈丸進入分離器 6，6 分離出清潔的彈丸的同時還可起到凈化空氣的作用，在分離器中不完整的丸料和廢屑被排入廢料桶，符合要求的彈丸被送入拋噴丸壓力罐 7，7 可保證丸料的連續噴射。拋噴丸強化裝置二維裝配圖（不包括地基）如圖 2.2。

　　由于發動機葉片種類繁多，壓氣機葉片工作中較易損壞，因此本課題選用發動機葉片中的壓氣機葉片作為噴射對象。發動機葉片拋噴丸強化裝置的拋噴丸過程為：根據壓氣機葉片拋噴丸強化質量要求工藝參數，選用 0.3mm 的鋼丸，噴嘴到葉片的距離為 80mm，為了保證彈丸速度，工作壓力設為 0.5mpa。打開流量控制閥，彈丸在壓縮空氣的作用下進入噴嘴，經噴嘴噴出的彈丸噴打在葉片上，噴打出的彈丸落入拋噴丸室的集料口，斗式提升機將集料口的彈丸提升到一定高度送入分離器中，不完整的丸料和廢屑被排入廢料桶，符合要求的彈丸進入噴丸壓力罐，保證彈丸的循環使用。

　　發動機葉片噴丸強化裝置整體結構框圖如圖 2.3 所示。噴嘴、工作臺、提升機構中帶輪傳動部分為發動機葉片噴丸強化裝置的關鍵部件，它們直接影響噴丸后葉片的質量、噴丸效率和企業生產成本。為了提高噴丸后葉片的噴丸效果和噴丸效率，降低企業生產成本，需對關鍵部件結構優化。

圖 2.3 拋噴丸強化裝置結構框圖

1、拋噴打部分的設計：

　　拋噴丸強化部分由拋噴丸室、工作臺、工件夾具、噴嘴構成。其工作原理為：丸料通過流量控制閥的流量控制與壓縮空氣混合,由丸料輸送管運至噴嘴，最后彈丸由噴嘴噴出噴打在零件的表面[5]。拋噴丸強化室為發動機葉片拋噴丸強化提供了空間，其尺寸的大小由工件的尺寸、形狀等因素決定。工作臺及夾具作用是放置和夾緊葉片，以便更好的完成葉片的拋噴丸。工作臺和噴嘴是拋噴丸強化部分中最為重要的部件，它們影響著拋噴丸后的葉片的表面質量。

2、拋噴丸強化室 ：

　　拋噴丸室主要作用是防護和隔離。在拋噴丸強化作業時，一方面產生的大量粉塵若不能有效的與外界隔離會造成環境污染；另一方面高速飛行的彈丸若不能及時的與外界隔離會危及人身安全。拋噴丸室的設計還可有效地降低噪聲，大大改善了工人的工作環境。發動機葉片拋噴丸室（圖 2.4）尺寸為 1800mm×1800mm×1400mm，其主要結構為室體鋼板、內防護板、蓋板、拋噴丸室大門、噴槍、拋噴丸室支撐及密封墊。本拋噴丸室內部設有防護板，主要是為防止高速飛行的彈丸噴打在室體上，造成室體的損壞。拋噴丸室的底部為錐形的集料口，有利于收集拋噴丸后的彈丸，方便回收利用。拋噴丸室的側面設有觀察窗口，以便及時觀察拋噴丸室內的狀況。由于本拋噴丸室有丸料回收部分，需要設有專門的拋噴丸室支撐。拋噴丸室的正面設有大門（圖 2.4 未畫出），方便工件的進出。

圖 2.4  拋噴丸室

3、拋噴嘴和噴嘴夾具：

　　噴嘴在拋噴丸裝置中，占有十分重要的地位。選擇合適的噴嘴不僅可以得到最佳的拋噴丸效果還可降低壓縮空氣的使用量，達到提高拋噴丸效率，降低拋噴丸成本的目的。對發動機葉片拋噴丸時，拋噴丸后葉片的質量主要由噴嘴的類型和噴嘴的結構決定，不同類型的噴嘴結構決定了丸料的出口速度及使用的壓縮空氣量。根據發動機葉片的特點通常使用直筒型噴嘴和擴散型噴嘴，如圖2.5和圖2.6。擴散型噴嘴的結構為先平直后擴散，可保證彈丸在噴嘴出口分布均勻；直筒型噴嘴的結構為先收縮后平直，這種噴嘴噴射的彈丸較為集中，適合小面積的拋噴丸作業。

圖 2.5 擴散型噴嘴                                        圖 2.6  直筒型噴嘴

　　噴嘴的夾具按運動情況可分為固定式和移動式和轉動式三種。固定式和移動式的夾具主要用于外形簡單的零件的噴丸工作，轉動式夾具主要用于外形復雜的曲面零件的噴丸工作。根據發動機葉片的特點，噴嘴夾具設計成轉動式的，如圖 2.7。 該噴嘴夾具可同時夾持 12 個噴嘴，噴嘴之間的距離較小，保證了葉片的覆蓋率和多角度噴丸，夾具中裝有噴嘴的零件可根據葉片的形狀繞軸轉動。實現了葉片的多角度、全方面噴丸強化效果。

圖 2.7  噴嘴夾具

4、噴丸工作臺及夾具：

　　工作臺在拋噴丸強化裝置中起著至關重要的作用，工作臺的設計會直接影響葉片拋噴丸后葉片的質量。拋噴丸工作臺(圖 2.8)主要由工作面、滾珠、上下底盤、軸承、軸承座、密封圈、傳動軸、軸承座支撐、工作臺底座、電機、防護罩及工作臺底座組成。工作原理為電機的旋轉帶動滾珠在滾道內轉動，使與其接觸的工作面轉動。工作臺軸承座設有專門的支撐，工作臺的底部有專門的防護罩，可以保護內部零部件免受粉塵的污染。為了減少工作臺底座的體積及制造費用，工作臺底座設計成轉盤的形式。

圖 2.8  發動機葉片拋噴丸強化裝置工作臺

　　它葉片夾具主要包括底座、旋轉體、電機、滑塊、夾緊件、導向軸等。為了實現葉片根部的拋噴丸，這種夾具為直接夾緊葉片榫頭的兩側，保證了葉片的多角度拋噴丸強化；為了保證夾緊的效果，在夾具的頂部設有帶有螺紋的下壓件。葉片放入夾緊槽后移動滑塊在控制器的作用下，夾緊葉片榫頭兩側面。本夾具可同時完成 8 個葉片的裝夾，大大節省了裝夾時間，降低了勞動成本。圖 2.9 是夾具和工作臺的裝配圖。

圖 2.9 工作臺及夾具

5、拋噴丸壓力罐：

　　拋噴丸壓力罐可有效的保證丸料的連續噴射，目前國內該部分技術比較成熟，為了充分利用現有資源，通常企業會將拋噴丸壓力罐作為外購件。拋噴丸壓力罐主要由兩部分構成，一是提供壓縮空氣的壓縮機，二是丸料儲存罐和發射機構。為了便于調節噴射時彈丸的速度，應保證空氣壓縮機能調節氣壓。噴射時彈丸的速度取決于壓縮機提供壓強的大小，壓強越大彈丸的速度就越大。

6、丸料回收部分的設計：

　　丸料回收部分主要包括提升機構和分離器。其工作原理為噴嘴噴射出的丸料混合物經拋噴丸室集料口流入提升機構進料口，提升機構將丸料混合物提升到一定高度送入分離器，分離器利用重力風選原理將完整的彈丸與金屬氧化皮碎片、破碎彈丸及粉塵有效分離，大顆粒廢料從分離器丸料溢流口流出，細小丸料、粉塵從廢料出口流出，清潔完整的彈丸進入拋噴丸壓力罐循環使用  [6]。丸料回收的流程圖如圖 2.10 所示。

圖 2.10  丸料回收流程圖

7、提升機構：

　　提升機構是丸料回收中的重要組成部分之一。由于斗式提升機制造簡單，工作效率高，所以本裝置中用其作為提升機構。斗式提升機主要部件有殼體、角鋼法蘭、提升螺桿，帶座軸承、帶、帶輪、擺線針輪減速機、減速機座。為防止傳動中帶與帶輪之間因松動發生打滑現象，斗式提升機中配有專門的張緊機構。通過擰動調節螺母，調節張緊絲桿可對提升帶進行張緊，以保證帶輪與帶之間有足夠的摩擦力。本裝置中的張緊為上提式張緊，相比上推式張緊操作簡單。為便于斗式提升機的安裝及維修，角鋼框架與殼體之間用螺栓連接。圖 2.11 中的（a）為提升機構的主視圖，（b）為提升機構的剖視圖。提升機構屬于回收部分，其目的為降低企業生產成本、提高企業收益，因此對提升機構的優化研究越來越多。

圖 2.11  斗式提升機

8、分離器：

　　拋噴丸強化過程中，丸料分離是一個十分重要的環節。如果分離效果不好，將影響強化工作的效率，并且還會使易磨損件的壽命降低，周圍環境的粉塵濃度增加。分離器分為風選和磁選兩種。由于風選分離器的結構簡單，安裝、使用、維修方便，本裝置中選用風選分離器，如圖 2.12。風選分離器主要由螺旋輸送器、分選區、丸料倉三部分組成。風選分離器工作原理是：經提升機提升的丸料混合物進入分離器，丸料混合物沿分離器全長均勻分布，組成仿佛瀑布一樣的丸料流幕，除塵風機經由分離器的風口抽風，利用重力風選原理，將流幕中的彈丸與金屬氧化皮碎片、破碎彈丸及粉塵有效分離，大顆粒廢料從分離器丸料溢流口流出，細小丸料、粉塵從廢料出口流出，清潔完整的彈丸進入丸料倉以備循環使用[28]。

圖 2.12  分離器

本章小結：

　　發動機葉片種類繁多，本文選擇了發動機葉片中具有代表性特征的壓氣機葉片為拋噴丸對象。根據壓氣機葉片結構特點，使用 solid  works 軟件建立了發動機葉片拋噴丸強化裝置的三維模型，同時運用 auto cad 軟件建立了發動機葉片拋噴丸強化裝置的二維模型。 依據葉片拋噴丸后質量指標、工藝參數要求和拋噴丸強化裝置工作原理，分析了拋噴丸強化裝置的工作過程。通過分析發動機拋噴丸強化裝置的結構特點，確定了拋噴丸強化裝置需優化的關鍵部件，同時重點對關鍵部件進行了結構設計。通過對噴嘴、噴嘴夾具、發動機葉片夾具、拋噴丸工作臺、提升機構等的結構設計，實現了超薄復雜曲面葉片的裝夾及葉片的多角度拋噴丸。