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噴丸強化機床及設備

數控噴丸技術

概述

 

噴丸強化

噴丸分類:噴丸按應用范圍常分為三種類型1.清理噴丸2.強力噴丸(噴丸強化)3.噴丸成形 噴丸強化是一項非常傳統的表面強化技術,原理是:借助高速運動的彈丸沖擊工件表面,使其發生彈塑性變形,從而產生殘余壓應力、加工硬化等有利變化,以提高零件的彎曲/扭轉疲勞強度和改善應力腐蝕開裂性能。

 

噴丸強化是一個冷處理過程,即無數個小圓形鋼丸連續捶打零件表面,每顆鋼丸撞擊金屬零件上,如一個微型棒捶敲打表面,捶出小壓痕或凹陷。為形成凹陷,金屬表層必定會產生拉伸。表層下,壓縮的晶粒試圖將表面恢復到原來形狀,從而產生一個高度壓縮力作用下的半球。無數凹陷重疊形成均勻的殘余壓應力層。

可以想象,在一個壓應力區域,裂紋是難以形成或延展。由于幾乎所有的疲勞和應力腐蝕失效都發生在零件表面或靠近表面的地方,因而通過噴丸強化導入壓應力可顯著地延長零件壽命。強化產生的殘余壓應力強度必須達到該零件材料的拉力強度一半。

很多金屬疲勞失效的元兇是拉應力。這些拉應力產生是由于外部施加的交變載荷或生產過程如焊接、研磨、機加工形成的殘余應力。拉應力試圖將零件表面拉伸或拉 扯,最終導致裂紋的產生。而壓應力擠壓表層處的晶粒,使該區域的晶粒結構夯實、緊固地結合在一起,從而極大地延緩疲勞裂紋的形成。壓應力層下,細紋延展緩 慢,因此增加壓應力層深度,能有效抑制裂紋發生和發展。

 

應用領域

航空工業
航空工業對其零件有很高的要求,不但要求零件材料輕,而且要求它們能夠在極其惡劣的環境下承受極端的載荷。借助于保護零件表面免遭外部破壞以及延長疲勞壽命,我們的表面處理可以改善零件的整體性能。
航空工業使用的絕大多數零件,包括飛機骨架、機翼、發動機、起落架、驅動裝置、或傳動零件(齒輪),均采用噴丸/拋丸處理技術滿足其材料的性能指標。
飛機零部件噴丸強化處理

 

汽車零部件噴丸強化處理
汽車工業
汽車工業對材料的要求是成本低, 并能夠在高的交變負載下保持良好性能。借助保護表面免遭運行時循環負載的損壞,表面處理能夠改善零件的性能。
汽車工業絕大多數所使用的金屬材料,包括發動機(曲軸\連桿)、懸掛機構、汽車A/B柱、傳動零件(齒輪\連桿),均采用噴丸/拋丸處理技術滿足其材料的性能指標。

 

機車工業
高鐵工業對材料的硬度、耐磨性及抗疲勞性的要求也很高,并能夠在很高的交變負載下保持良好性能。借助保護表面免遭運行時循環負載的損壞,表面處理能夠改善零件的性能。
機車工業絕大多數所使用的金屬材料,包括發動機(曲軸\連桿)、懸掛牽引機構、傳動零件(齒輪\齒輪軸),均采用噴丸/拋丸處理技術滿足其材料的性能指標。
機車部件噴丸強化處理

 

電力能源工業部件噴丸強化處理
電力能源工業
在電力工業中,噴丸技術可以提高蒸汽,燃氣渦輪機,如輪盤、末級葉片,輔助零件及設備的性能,同樣也可以減少諸如侵蝕,微動磨損,微動磨損疲勞,疲勞以及應力腐蝕開裂等零件疲勞失效。
在傳動元件,齒輪和軸上,噴丸技術普遍用來防止零件失效。但是最近,噴丸又被越來越多地用來增加關鍵結構的抗載能力,如超臨界電站小管徑不銹鋼管內壁噴丸強化;汽車車橋中螺旋主被動錐齒輪超載臺架試驗也得到證明。

 

其他領域
噴丸強化技術還應用于工程機械(活塞/釬頭)、采礦機械、石油化工天然氣、城市供氣供熱、醫療設備、海洋工程與海上石油開采、大型和特殊性能船舶與艦艇、電站設備、節能環保等領域。

 

噴丸強化三要素

 

噴丸強化三要素分為:1、噴丸強化設備及其附件,2、介質:各種類型的彈丸,3、工藝:噴丸強化參數、與疲勞強度的關系;

一、噴丸強化設備:(1)氣力式噴丸機適合零件品種繁多且每種產品產量較低和零件品種雖少但形狀復雜;

(2)機械離心力噴丸機適合零件品種少而每種的產量大和零件尺寸較大且形狀簡單。

 

二、噴丸介質:噴丸強化用的彈丸通常有以下幾種:鑄鐵丸、鑄鋼丸、不銹鋼丸、鋼絲切丸、玻璃丸、陶瓷丸、鎳基合金彈丸等。

彈丸質量要求

1、噴丸用的彈丸幾何形狀應是球形,切忌帶尖棱角。此外,為避免沖擊過程中的大量破碎,彈丸必須具備一定的沖擊韌性。

2、噴丸機內循環使用的彈丸總量,其中符合實際尺寸的彈丸重量應占80%以上。

彈丸選擇原則

1、黑色金屬零件可選用任何種類的彈丸。

2、有色金屬及不銹鋼零件推薦選用玻璃彈丸或不銹鋼彈丸。如用鑄鐵、鑄鋼或鋼彈丸,則噴丸后立即清洗,以便防止零件表面產生點化學腐蝕。

3、對表面光度及形位公差嚴格要求(或非配合表面)的大型零件,可采用較大尺寸的彈丸以獲得較高的噴丸強度;對表面光度要求較高的零件(包括配合表面),應采用較小尺寸的彈丸。這樣,在獲得規定噴丸強度的同時,也能達到規定的光度要求; 帶有內外圓角、溝槽的零件,彈丸直徑應小于內外圓角半徑和溝槽寬度的一半。

 

三、噴丸強化工藝參數:

 

影響噴丸強化工藝參數:彈丸材料、彈丸尺寸、彈丸硬度、彈丸速度、彈丸流量、噴射角度、噴射時間、離心輪至零件表面的距離。

強度控制

噴丸強化強度代表的是丸流噴打產生的能量。它是強化工藝中一個非常重要的參數指標,是確保強化生產可重復性的關鍵因素。丸流噴射在零件表面所產生能量大小與形成的壓應力水平直接相關。使用較大尺寸丸料和/或增加丸流速度,都會增加噴丸強度。除此外,噴射角度和使用的丸料也會影響強化強度。

強化強度可用阿爾門試片測量,阿爾門試片是由一片標準的SAE1070彈簧鋼,對其一面進行拋/拋丸/噴丸強化,由此在其表面產生的殘余壓應力會讓該試片向被強化的一面彎曲或弧形凸起。阿爾門試片的弧形高度(即弧高值)代表的是丸流噴打強度,這個弧高值得取得是可重復性的。

覆蓋率

要取得高質量的強化結果,必須確保達到完全強化覆蓋率要求。覆蓋率測量的是零件表面被丸流噴打形成小凹痕覆蓋的面積。覆蓋率不可低于98%,因為如不達到100%,應力腐蝕和疲勞裂紋就會在未被強化到,未被導入殘余壓應力的地方發生并衍展開,最后仍有可能導致零件的斷裂失效。

如果要求的覆蓋率超過100%(如150%,200%),那就要求強化時間成比率的增加。例如,要對到200%覆蓋率,強化時間將是100%覆蓋率強化時間的2倍。

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