凯发国际首页 金屬零件噴丸強化中的幾個工藝問題

[ 摘要] 在噴丸生產實踐和大量試驗的基礎上 , 對零件表面覆蓋率的影響因素 、全覆蓋時間的確定及檢測方法 、噴丸表面粗糙度特征及其評定 、飽和曲線使用 、強度 驗證等方面的工藝問題進行了研究 。本文由 吊鉤式拋丸機 廠家整理
關鍵詞 :強化工藝 噴丸強化 表面覆蓋率

1 零件受噴表面的覆蓋率
噴丸強化后零件表面彈痕所占面積與總面積的百分比稱表面覆蓋率 。 通常 , 金屬零件噴丸強化表面覆蓋率應達到或超過100 %, 也就是說 , 噴丸強化必須至少達到飽和狀態 , 也稱飽和噴丸 。強度值是指 ALM EN 試片被噴丸達到表面覆蓋率 100%(或更高)時所對應的弧高值 。 飽和強度指在飽和曲線中當噴丸時間增加 1 倍時 , A LM EN 試片弧高值增加量不超過 10%的最早一點所對應的弧高值 。 為使噴丸零件的全覆蓋率超過 100%時所需的受噴時間 , 稱為該零件的全覆蓋時間 。
1.1 飽和點驗證
為判定飽和曲線(見圖 1)上的飽和點是否正確 , 可在相同工藝參數條件下 , 利用 2 倍的飽和點時間噴丸 A LM EN 試片 ,A LM EN 試片弧高值的變化量不應超過飽和點弧高值的 10 %。
如果其變化量超過 10 %, 即說明曲線上找出的飽和點是不真實的 , 對應的時間不是全覆蓋時間 , 也就是說 , 試片表面沒有達到飽和狀態 。
1.2 全覆蓋時間的影響因素
1.2.1 受噴材料的強度
由表 1 可以看出 , 在噴丸強度值 、強丸流量和其他工藝參數相同的條件下 , 零件全覆蓋時間與其材料強度有關 , 即材料強度值愈高 , 飽和時間愈長 。 對普通金屬材料而言 , 其抗拉強度 σb

圖 1 飽和曲線圖

與表面硬度成一定的正比關系 。 而一般采用的彈丸硬度為HRC55～ 65, 所以當金屬零件表面硬度低于彈丸硬度時 , 如鋁合金材料 , 其飽和時間遠低于硬度值高于 HRC65 的 4340M 鋼 。
表 1 材料強度與全覆蓋時間試驗數據 ＊

＊ALMEN 強度值 :0 .25A(mm);彈 丸 :S460 ;壓縮空氣 壓強 :0 .25MPa, 噴丸距離 :150mm 。
1.2.2 A LM EN 強度值
表 2 列出了 A LM EN 強度與全覆蓋時間試驗數據 。

表 2 A LM EN 弧高度與全覆蓋時間試驗數據 ＊
＊彈丸 :S460 ;噴丸距離 :150mm 。

試驗結果表明 , 在受噴材料 、彈丸流量相同的條件下 , ALM EN 弧高值越高 , 全覆蓋時間越短 , 反之越長 。 這是因為噴丸的空氣壓強是影響噴丸強度值的主要因素 。
1.3 全覆蓋時間的確定
美國軍標規定 AL M EN 試片用 70 號彈簧鋼制作 , 經熱處理后 , 硬度達到 HRC45 ～ 48 。
零件噴丸強化是 AL M EN 試片噴丸的模擬過程 。 當受噴材料硬度值小于或等于 A LM EN 試片硬度值時 , 通常用 A LM EN試片的飽和時間作為噴丸零件的全覆蓋時間 , 此時零件的全覆蓋率超過了 100 %。
由于材料硬度對覆蓋率影響較大 , 硬度值高于 A LM EN 試片的金屬材料不能用 AL M EN 試片的全覆蓋時間來取代 。
對于硬度高于 AL M EN 試片的高強度合金鋼全覆蓋時間的確定 , 目前國際上沒有統一規定 , 有的使用經驗公式近似推導 ,有的用試驗方法獲得 。 欲獲得較準確的全覆蓋時間 , 用試驗方法(即采用與噴丸零件同材料 、同狀態的試樣進行全覆蓋時間的噴丸測定)較為可靠 。
1.4 覆蓋率的測定
目前測定覆蓋率的方法較多 , 有的采用照相放大 , 剪下陰影后稱重求出比例 ;有的用投影分析儀進行直接檢測 。 但這些方法都不適用于生產現場對零件覆蓋率的測定 。 美國金屬改進公司(M IC)推出一種利用熒光顯示液的方法來檢驗零件表面覆蓋率 , 國內尚未推廣應用 。
我們試圖建立一套覆蓋率標準樣塊 。 對于常用材料 、常用A LM EN 強度值 、典型覆蓋率 , 生產中利用標準樣塊進行比較檢查是一種較為方便適用的方法 。 在對比中可用 10 倍放大鏡 。
2 噴丸表面粗糙度
2.1 噴丸表面粗糙度評定標準
為評定噴丸表面質量要求 , 瑞士 、美國 、日本先后制定了國家標準 ;為達到標準統一 , 國際標準化組織于 1985 年公布了噴丸 、拋丸粗糙度標準 , 即 ISO2632/ Ⅱ -1985 。 1988 年 , 我國頒布了《表面粗糙度比較樣塊》 、《噴丸 、噴砂加工表面》技術標準 , 即G B6060·5 -88 , UDC6021.9.015 及 U DC6021.795.2 。
標準對噴丸表面粗糙度評定基準 、取樣長度 、評定長度 、評定參數等作了詳細規定 。 標準中采用峰高與低谷之間算術平均值 Ra 的大小來衡量噴丸表面的粗糙度 , 采用標準樣塊比較法進行檢查 。
由于噴丸表面的紋理呈不規則 、無方向狀態 , 因此利用粗糙度儀器測量時亦無方向要求 。
2.2 改善噴丸表面粗糙度的方法
試驗結果表明 , 噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在 Ra0 .6 ～ 20μm 范圍內 。
在不改變工藝參數的條件下 , 材料原始表面粗糙度愈高 , 噴丸后的 Ra 值愈大 。生產實踐證明 , 一般情況下 , 噴前表面粗糙度在 6 .3μm 以下 , 噴丸可以提高或維持原表面粗糙度 , 如果原表面粗糙度在 6 .3μm 以上 , 則噴丸后表面粗糙度有所降低 。
在生產實踐中 , 要想獲得較理想的噴丸表面 , 應從以下幾個方面著手 :
(1)提供較好的原始表面 , Ra 值應在 6 .3μm 以下 。
(2)選擇合理的彈丸直徑和噴丸壓力 。
(3)在大直徑彈丸噴丸強化后 , 采用較小彈丸低壓力(不能改變噴丸強度值)覆蓋一次 , 可達到較好的表面粗糙度 。
(4)噴丸后的零件表面應輕微打磨 , 打磨時要控制表面金屬去除量 。 通常 , 噴丸表面去除量應在該表面 A LM EN 強度值的10 %以內 。 這樣 , 既不損害噴丸的強化效果 , 又可改善表面粗糙度 。
當然 , 這是一個多因素問題 , 不論采用什么方法 , 必須同時考慮其他因素的影響 。
3 噴丸強化的后續加工
噴丸件的后續加工須慎重 , 不適當的加工會導致噴丸強化效果的破壞 。
3.1 噴丸后的機械加工
國內外噴丸加工文件規定 :對噴丸后的表面進行任何較大余量的切削加工都是禁止的 。 因為這些加工可能把噴丸形成的壓應力層去掉 , 并引起有害的拉應力 。
但是 , 從噴丸表面應力曲線可以看出 , 噴丸加工后 , 表層一定范圍的殘余壓應力是較小的 , 壓應力較大部位不在表層 。 所以 , 只去除微量材料的拋光 、研磨 、電加工等方法在嚴格控制操作規范和去層深度的條件下 , 不僅不會損害噴丸產生的殘余壓應力場 , 而且還會改善表面粗糙度 , 提高材料的使用性能 。
HB/Z 26 -92 中規定 :噴丸表面的去層深度不應超過該表面 A LM EN 強度值的 1/ 5 ～ 1/10 。 對 σb <1400M Pa 的金屬件去層深度可選 1/5 , 高強度鋼則選 1/ 10 。
3.2 噴丸件的加溫處理
高溫作用會使噴丸殘余壓應力產生松馳 。 通常 , 溫度愈高 ,保溫時間愈長 , 松馳現象愈嚴重 。 因此 , 一般情況下 , 噴丸后的零件不應進行加溫處理 。 但是有些零件噴丸后必須進行加溫處理 , 根據 σr -t 動力學曲線 , 各國標準中都規定了金屬工件噴丸后的允許加溫溫度極限(見表 3)。

3.3 噴丸件的機械校形
我國航空標準對噴丸件的外力校形作了硬性規定 :噴丸后的零件不允許進行機械校形 ;對于噴丸后出現的變形應采用噴丸方法校正 , 如果噴丸也無法達到要求 , 則應報廢 。
但是在生產實踐中 , 特別是大型整體壁板噴丸件 , 為保證機翼外形 , 需進行局部的手工敲修和機械成形 , 否則難以達到要求 , 國外一些工廠亦是如此 。 局部的外力校形對噴丸效應的損害程度 、損害范圍需作進一步的試驗和研究 。
4 噴丸強度曲線的使用
在多年生產實踐中 , 我們建立了常用材料 、常用 AL M EN 強度值的飽和曲線并匯集成冊 , 以方便生產和提高工效 。 但這些曲線是在工廠現有設備和現有生產技術條件下經噴丸試驗繪制
而成的 , 在使用這些曲線時應進行以下驗證 :
(1)ALM EN 強度值驗證(即飽和點驗證)。 美國波音公司文件規定 :強度值驗證誤差在 0 .038mm(0.0015in .)以內 , 則該曲線可以使用 。本文由 吊鉤式拋丸機 廠家整理
(2)設備驗證 。 對于噴丸設備的彈流量 , 噴嘴有效范圍 、噴丸壓力 、進給速度等需進行驗證 。 如果這些參數發生較大變化 ,那么該曲線需進行重新試驗繪制 。
噴丸強化是一種過程控制的特種工藝 , 只有嚴格按規范操作 , 才能加工出合格產品 。