喷丸强化过程的影响因素及质量控制

摘要:喷丸强化是提高零件机械性能的常用手段,喷丸过程中任何一个工艺参数的变化都会影响喷丸强化质量。被强化对象的材料、薄厚、喷丸指标等具体情况不同,弹丸类型及其硬度状态选择是否合理将会直接影响喷丸强化效果。喷丸的强化效果目前还没有直接的方法进行测量,
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  摘要:喷丸强化是提高零件机械性能的常用手段,喷丸过程中任何一个工艺参数的变化都会影响喷丸强化质量。被强化对象的材料、薄厚、喷丸指标等具体情况不同,弹丸类型及其硬度状态选择是否合理将会直接影响喷丸强化效果。喷丸的强化效果目前还没有直接的方法进行测量,只能通过控制喷丸过程中的弹丸、压力、靶距、角度、时间来实现,用喷丸强度和覆盖率两个指标间接衡量喷丸强化效果,所以喷丸强化过程要作为特殊过程进行质量控制。
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  关键词:喷丸;影响;质量控制
  喷丸强化是一种采用冷处理方式提高疲劳强度的工艺,大量具有高动能的弹丸不断撞击材料表面,表面将产生变形。由于无数弹丸的强烈撞击,材料表面上出现了许多凹坑或凹痕,由此金属表层产生压应力。由于凹陷变形内的晶粒试图回到原位,每个凹坑都具有高度压缩力作用下的半球,大量的凹坑互相叠加在一起,致使金属表层内产生了压应力场,此压应力场可以延缓疲劳裂纹的萌生,提高疲劳性能,延长疲劳寿命。
  1 不同喷丸工艺参数对强化效果的影响
  正确地选择喷丸强化工艺参数及确保工艺参数在加工过程中的稳定性,是提高零件疲劳强度和抗应力腐蚀强度的必要条件。不适当的工艺参数或喷丸过程中任何一个工艺参数的变化都会影响喷丸强化质量。被强化对象的材料、薄厚、喷丸指标等具体情况不同,弹丸类型及其硬度状态选择是否合理将会直接影响喷丸强化效果。
  1.1弹丸尺寸对残余压力的影响
  适当的选择弹丸直径,一方面可以更大程度的挖掘喷丸强化的潜力,另一方面有可以避免喷丸过度对零件疲劳性能可能带来危害。杨永红等[56]人以铝合金试件为载体研究喷丸条件对残余应力场的影响,采用不同大小的弹丸进行同强度喷丸,发现弹丸尺寸对残余应力场深度有影响,相同喷丸强度下,大尺寸的弹丸比小尺寸的弹丸喷丸产生的残余应力场深度增加。
  1.2覆盖率对残余压力的影响
  杨永红等[56]人以铝合金试件为喷丸对象,在弹丸和喷丸气压相同情况下进行实验研究,分别采取30%,50%,100%三种覆盖率进行喷丸,发现在弹丸、喷丸气压、入射角等条件都一致时,随盖率增加,残余应力也随之增加,但残余应力场深度基本保持一致。
  1.3材料屈服强度对残余压力的影响
  闫五柱等[57]人应用喷丸过程三维有限元模型,针对被喷丸材料的力学性能与残余应力关系进行了实验研究,如图1-10所示。研究表明随被喷丸材料的屈服强度高,喷完后产生的最大残余压应力增大,但残余压应力场的深度变浅。
  1.4 弹丸速度对残余压力的影响
  闫五柱等[57]人应用喷丸过程三维有限元模型,研究了弹丸的喷射速度与残余应力分布的关系,见图1-11。研究表明。随喷丸速度的提高表面残余压应力减小,直至转化为表面拉应力。随弹丸的喷射速度增大,最大残余压应力及其?τΦ纳疃榷加兴?增加。
  1.5 不同弹丸对粗糙度的影响
  王强等[58]人研究了300M钢喷丸前后表面粗糙度表化,如图1-12、图1-13所示,发现喷丸前材料表面状态不同,经过不同工艺喷丸后表面粗糙度变化趋势不同;对于粗车表面,喷丸后粗糙度值比喷丸前降低,对精车和抛磨表面,喷丸后粗糙度值增加。
  喷丸的强化效果目前还没有直接的方法进行测量,只能通过控制喷丸过程中的弹丸、压力、靶距、角度、时间来实现,用喷丸强度和覆盖率两个指标间接衡量喷丸强化效果,所以喷丸强化过程要作为特殊过程进行质量控制。
  2 喷丸过程的质量控制
  2.1 喷丸前质量控制
  喷丸前要进行表面检查,检查零件表面粗糙度是否符合工艺文件要求,表面无锈蚀油污,零件无毛刺、飞边;
  检查零件防护情况,禁喷区是否按工艺文件要求进行了防护;
  检查阿尔门测量仪及试片是否符合计量检定要求;
  检查丸料种类及硬度是否符合工艺要求,丸料是否按要求进行了筛选、处理。
  2.2 喷丸过程中质量控制
  零件首次加工前,首先利用阿尔门试片按给定的喷丸强度及覆盖率进行试喷,绘制喷饱和曲线,确定饱和点,空气压力、弹丸流量、工作台转速、喷嘴角度、喷嘴移动速度、喷嘴到试片表面距离,然后进行零件喷丸确定喷丸时间,最后固化工艺参数到工艺文件中。
  每批次零件加工前进行喷丸前校验喷丸参数;
  按工艺文件工艺参数检查参数设置情况,操作者如实做好生产记录。
  2.3 喷丸后质量控制
  每批次零件加工后进行喷丸后校验喷丸参数;
  检查零件喷丸覆盖率,及试片校验的弧高值;
  检查零件表面丸料清理情况、防护去除情况。
  由于喷丸过程的特殊性,加强零件加工过程的质量控制是保证产品质量的关键,从而达到要求的喷丸效果,提高零件机械疲劳强度。、
  参考文献
  [1]杨永红,乔明杰,张卫红.喷丸条件对残余应力场的影响规律[J]. 中国表面工程,2009,22(2):45-48.
  [2]闫五柱,刘军,温世峰.喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究[J].振动与冲击,2011,30:139-144.
  [3]王强,张志刚,高玉魁.喷丸材料及粒径对300M 钢原始表面粗糙度的影响[J].材料保护,2011,44(7):35-38.

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