以生產(chǎn)實(shí)際需求為導(dǎo)向，研制一套新型的柔性內(nèi)孔噴丸裝置。對柔性噴嘴噴丸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以解決傳統(tǒng)的長深孔、彎曲類 零件內(nèi)孔噴丸工藝存在的強(qiáng)度失穩(wěn)、彎曲角度區(qū)域覆蓋率不高的問題，保證長深孔彎曲類零件的內(nèi)壁噴丸質(zhì)量。利用該裝置對內(nèi)?徑?l5?mm，彎曲角度130度，孔徑比為0.01的零件內(nèi)孔進(jìn)行噴丸，飽和點(diǎn)噴丸強(qiáng)度為0.381?mmA，覆蓋率達(dá)到100%，滿足技術(shù)要求。

噴丸技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等 各個領(lǐng)域，特別是在航空領(lǐng)域的飛機(jī)制造過程中，飛機(jī) 起落架的主要結(jié)構(gòu)件廣泛應(yīng)用了噴丸強(qiáng)化技術(shù) ?圳。 噴丸是產(chǎn)生一個永久的內(nèi)部壓縮殘余應(yīng)力來阻止裂紋 的產(chǎn)生或發(fā)展，可顯著提高抗彎曲疲勞、抗腐蝕疲勞、 抗應(yīng)力腐蝕疲勞、抗微動磨損、耐點(diǎn)蝕能力，是金屬材 料表面改性的有效方法。

目前國內(nèi)僅限于?19mm以上的孔，及?19mm以下的簡單結(jié)構(gòu)、孔徑比約為0.7的零件進(jìn)行噴丸，但針對長深孔、彎曲類零件內(nèi)孔噴丸技術(shù)的研究較少，對噴丸的工藝參數(shù)使用及檢測方法均未有參 照的標(biāo)準(zhǔn)，且已有標(biāo)準(zhǔn)對長深孔、彎曲類零件的噴丸也?沒有相應(yīng)的規(guī)定，同時國外的一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如AMS2430、AMS—S一13165、PSl23、PCS2300等對此也沒 有相應(yīng)的要求。對于孔徑比在百分之一毫米級、彎曲 類零件內(nèi)孔噴丸技術(shù)，工藝方面仍然存在強(qiáng)度失穩(wěn)、角 度覆蓋率達(dá)不到100%的問題，為了進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)孔 噴丸零件范圍，提高零件疲勞斷裂韌性和應(yīng)力腐蝕斷 裂抗力，通過對內(nèi)孑L噴丸工藝分析梳理總結(jié)基礎(chǔ)上，研 制了一套柔性內(nèi)孔噴丸裝置，并對工藝及參數(shù)進(jìn)行了研究。

1 柔性內(nèi)孔噴丸裝置

目前對于適合長徑比在百分之一毫米級、彎曲類 零件的內(nèi)孔噴丸裝備較少怫引，傳統(tǒng)的噴槍無法達(dá)到 噴丸要求，需要研制新型的柔性內(nèi)孔噴丸裝置，以滿足小長徑比、彎曲類零件的內(nèi)孔噴丸要求。

該裝置基于柔性噴嘴結(jié)構(gòu)，使其能夠?qū)澢軤盍慵膬?nèi)孔圓角進(jìn)行噴丸，保證長徑比在0.01的零件 內(nèi)壁進(jìn)行噴丸，保證噴丸強(qiáng)度、噴丸覆蓋率和內(nèi)腔彈丸 的排出。柔性噴丸裝置如圖1所示，主要由噴槍、快速 定位塊、連接架、V形塊、夾子、柔性接頭和噴嘴組成。 噴槍直徑為?8mm，前端與柔性接頭相連接，保證零件內(nèi)孔彎曲圓角進(jìn)行噴丸，柔性接頭裝有高強(qiáng)度噴嘴， 保證彈丸可以垂直敲打零件內(nèi)壁。柔性噴丸裝置可通 過快速更換噴槍，滿足不同規(guī)格的管直徑的噴丸要求。 噴槍可通過快速定位塊進(jìn)行快速的定位，保證噴丸所達(dá)到的深度。

該裝置可以有效地解決長深孔、彎曲類零件在噴 丸強(qiáng)化過程中存在的強(qiáng)度失穩(wěn)、彎曲區(qū)域覆蓋率達(dá)不 到要求、及其工藝研究不完善等問題，并在航空領(lǐng)域內(nèi)?孔噴丸中得到應(yīng)用。

2 噴丸工藝及其參數(shù)研究

通過噴丸強(qiáng)化性能研究確定噴丸工藝參數(shù)對噴丸 強(qiáng)度的影響，控制噴丸強(qiáng)化的工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)高噴丸 強(qiáng)度 ?01。該試驗(yàn)選擇材料為6150高強(qiáng)度彈簧鋼，硬?度為50?HRC，內(nèi)徑為?15 mm，外徑?22?mm，在距一?端約153 mm處彎曲角度為130。，展開直線長度約為?1100?mm的彎管進(jìn)行內(nèi)壁噴丸強(qiáng)化，強(qiáng)度要求介于?0.012~0.016?mmA，覆蓋率達(dá)到100%。影響噴丸強(qiáng) 化工藝的參數(shù)主要包括:彈丸直徑、彈丸硬度、彈丸運(yùn) 動速度、噴丸壓力和彈丸流量、噴射角度、噴射時間以 及噴嘴至零件表面的距離、噴嘴結(jié)構(gòu)等，對以上參數(shù)進(jìn) 行工藝研究。

2.1彈丸直徑對噴丸工藝的影響

彈丸是噴丸強(qiáng)化工藝中使用的形狀為球形或無棱角的圓柱形的實(shí)心介質(zhì)材料。確定彈丸類型后，彈丸 硬度和直徑則是另外兩個重要的噴丸參數(shù)。理論上在 增加彈丸硬度和丸徑的情況下，可以增大殘余壓應(yīng)力 層的深度和最大壓應(yīng)力值。選取鑄鋼丸550和330進(jìn) 行試驗(yàn)，在保持空氣壓力、流量等其他參數(shù)不變的情況 下，持續(xù)擊打試片表面，最終獲得兩種彈丸各自的飽和 曲線及噴丸強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最?終鑄鋼丸550的噴丸強(qiáng)度為0.508?mmA，而鑄鋼丸 330的噴丸強(qiáng)度僅為0.254 mmA，證明在同等噴丸參 數(shù)下，彈丸直徑越大，強(qiáng)度越高。同時需要注意的是， 雖然增加彈丸硬度和丸徑將使殘余壓應(yīng)力層的深度和 最大壓應(yīng)力值增大，但是同時也會增大表面粗糙度值。

2.2噴丸壓力和彈丸流量對噴丸工藝的影響

噴丸時，彈丸在一定壓力氣流帶動下，產(chǎn)生動能形 成彈丸流擊打材料表面。氣流壓力及彈丸流量的大小 決定了彈丸的速度，從而決定了零件表面材料的變形 程度，即噴丸強(qiáng)度高低。在其他噴丸參數(shù)不變的情況 下，噴丸氣壓越高，彈丸流量越小，彈丸速度越快，形成 的最大殘余壓應(yīng)力值越大，殘余壓應(yīng)力場也越深，與此 同時零件表面的粗糙度值也越大。故在選擇噴丸壓力及彈丸流量時，在達(dá)到表面強(qiáng)化要求的前提下要兼顧 噴丸損傷。保持其它噴丸參數(shù)不變，選取不同的噴丸 壓力及彈丸流量進(jìn)行試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果見圖3。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在相同氣壓條件下，較低的流量對應(yīng)較快 的彈丸速度，對應(yīng)的噴丸強(qiáng)度越高;在相同彈丸流量下，噴丸壓力越大，彈丸速度越快，噴丸強(qiáng)度越高。

2.3?噴嘴至零件表面的距離對噴丸工藝的影響?

保持其它噴丸工藝參數(shù)不變選擇0.2 MPa和?0.5?MPa兩組氣壓，通過調(diào)整噴嘴至零件距離進(jìn)行噴丸試驗(yàn)，在兩組氣壓下的試驗(yàn)結(jié)果如圖4。根據(jù)試驗(yàn) 結(jié)果，隨著噴嘴距離遠(yuǎn)離零件表面，噴丸強(qiáng)度開始變化 不明顯，而后顯著下降，在兩組氣壓條件下得到的結(jié)果 幾乎相同，據(jù)此得出結(jié)論，在一定距離范圍內(nèi)(75~?250?mm)，在其它噴丸參數(shù)相同的情況下，噴嘴至零件 表面的距離對噴丸強(qiáng)度影響不大。

2.4彈丸與零件表面的噴射角度對噴丸工藝的影響

保持其它噴丸工藝參數(shù)不變，改變彈丸與零件表 面的噴射角度進(jìn)行噴丸試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果見圖5。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，隨著彈丸與零件表面噴射角度增加，噴 丸強(qiáng)度有一個比較明顯的增加過程，而后趨于平穩(wěn)，在 90度時達(dá)到最大值，據(jù)此可以得出結(jié)論，噴射角度在45~90度。范圍內(nèi)，噴射角度對噴丸強(qiáng)度的影響不大， 45度噴射時，噴丸強(qiáng)度為0.18 mmA，當(dāng)噴嘴垂直噴射， 得到的強(qiáng)度最大，為0.254 mmA，噴丸效果最佳。

2.5噴丸時間對噴丸工藝的影響

2.5.1 確定不同噴丸參數(shù)下的噴丸強(qiáng)度

保持其它噴丸參數(shù)設(shè)定不變，選取相同規(guī)格的一 組試片在不同的時間長度下進(jìn)行噴丸，進(jìn)而獲得該規(guī) 格試片的弧高值隨噴丸時間變化的數(shù)據(jù)，最終繪制出 弧高值曲線圖(飽和曲線)。在該曲線上，當(dāng)噴丸時間 增加一倍，弧高值的增量等于10%的那一點(diǎn)即為噴丸 飽和點(diǎn)，該點(diǎn)對應(yīng)的弧高值即為當(dāng)前噴丸參數(shù)下的噴 丸強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常對噴丸強(qiáng)度值有具體要 求，可以使用該方法驗(yàn)證當(dāng)前噴丸參數(shù)是否滿足技術(shù) 條件要求。

2.5.2時間對噴丸覆蓋率的影響

采用一組噴丸工藝參數(shù)進(jìn)行重復(fù)噴丸試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在第16次噴丸完成后，試片表面覆蓋率達(dá)到100%，噴丸次數(shù)對噴丸覆蓋率的影響見圖6。理論上噴丸時間僅影響噴丸覆蓋率(凹痕的數(shù)量)，不會影響噴丸強(qiáng)度。因此為了提高噴丸效率，一般在滿足噴丸強(qiáng)度的前提下，盡可能提高彈丸流量，進(jìn)而縮短噴丸工藝的時間。需要注意的是噴丸次數(shù)并不是越多越 好，當(dāng)噴丸覆蓋率達(dá)到200%或者更高時，可能會造成 零件表面損傷，進(jìn)而降低零件的疲勞壽命。

3?噴丸工藝試驗(yàn)?

試驗(yàn)選擇材料為6150高強(qiáng)度彈簧鋼，硬度為50?HRC，內(nèi)徑為?15 mm，外徑?22 mm，在距一端約153?mm處?彎曲角度為130度，展開直線長度約為1100?mm的彎管?進(jìn)行內(nèi)壁噴丸強(qiáng)化(如圖7所示)，內(nèi)壁強(qiáng)度要求在?0.305~0.406?mmA范圍內(nèi)，覆蓋率達(dá)到100%。

細(xì)長孔、彎曲類零件的噴丸強(qiáng)化處理的機(jī)械特性 與普通工件外表面或大口徑型腔內(nèi)表面噴丸強(qiáng)化處理 的機(jī)械特性并無本質(zhì)的差異，但實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)化所要求的 機(jī)械特性的工藝方式和工藝過程有很大的不同，具體 表現(xiàn)在通過柔性噴槍的旋轉(zhuǎn)，采用間接的噴射方式，完 成對內(nèi)壁及彎曲部分的噴丸強(qiáng)化過程，最終對阿爾門 試片的分析結(jié)果表明，試驗(yàn)件各處噴丸強(qiáng)度穩(wěn)定，覆蓋 率均勻，噴丸效果良好。

根據(jù)第2節(jié)的研究結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)以確定試驗(yàn)件內(nèi) 壁噴丸的各項(xiàng)參數(shù)。先隨機(jī)選擇一組噴丸工藝參數(shù)， 在該參數(shù)下對阿爾門試片進(jìn)行噴丸試驗(yàn)以繪制飽和曲 線，最終確定該參數(shù)下的噴丸強(qiáng)度，如不滿足技術(shù)條件 要求，需對部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后重新進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過多反復(fù)試驗(yàn)后，即可獲得滿足要求的噴丸工藝參數(shù)，需要注意的是，在調(diào)整參數(shù)時，盡可能將彈丸流量調(diào)高，以提高噴丸效率。

根據(jù)以上研究，最終確定內(nèi)壁噴丸工藝參數(shù)見表1，依據(jù)表1工藝參數(shù)進(jìn)行內(nèi)壁噴丸試驗(yàn)，并根據(jù)ALMEN試片值繪制飽和曲線圖(如圖8)。根據(jù)研究結(jié)果，此參數(shù)下的噴丸強(qiáng)度值為0.381 mmA，在技術(shù)條件要求的o.305~0.406?mmA范圍內(nèi)，同時覆蓋率達(dá)到100%的要求。

4 內(nèi)孔噴丸結(jié)論

以生產(chǎn)實(shí)際需求為導(dǎo)向，研制一套新型的柔性內(nèi)孔噴丸裝置，基于對柔性噴嘴的優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)的長深孔、彎曲類零件內(nèi)孔噴丸工藝存在的強(qiáng)度失穩(wěn)、彎曲
角度區(qū)域覆蓋率不高的問題，保證了長深孔彎曲類零的內(nèi)壁噴丸質(zhì)量。

在其他噴丸參數(shù)保掙叵定的情況下:1彈丸直徑越大，強(qiáng)度越高;2一定的距離范圍內(nèi)，噴嘴至零件表面的距離對弧高值影響不大;3噴丸壓力越高，流量越小，彈
丸速度越快，從而形成的最大殘余壓應(yīng)力值越大，殘余噴丸過程中的能量轉(zhuǎn)化及殘余應(yīng)力壓應(yīng)力場也越深，造成零件表面的粗糙度值就越大; 4彈丸與零件表面的噴射角度在450一900范圍內(nèi)對噴 丸強(qiáng)度的影響不大;5噴丸時間僅影響覆蓋率和產(chǎn)生凹 痕的數(shù)量，不會影響強(qiáng)度以及產(chǎn)生凹痕的大小。

通過對內(nèi)徑?15 mm，彎曲角度130。，孔徑比為0.01的零件內(nèi)孔噴丸技術(shù)研究，飽和點(diǎn)噴丸強(qiáng)度為?0.381?mmA滿足0.305~0.406?mmA范圍內(nèi)和覆蓋率達(dá)到100%的技術(shù)要求，提出了一種新型的噴丸方法， 打破了國外在該行業(yè)的技術(shù)壟斷，為提升我國高技術(shù) 裝備制造水平具有重要意義。

我司專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)各類深長孔、內(nèi)孔噴丸強(qiáng)化設(shè)備，設(shè)計最小噴丸內(nèi)徑可控制在?5mm，具體噴丸設(shè)備和工藝可聯(lián)系我們，具體定制生產(chǎn)，我們同時承攬內(nèi)孔噴丸強(qiáng)化代工服務(wù)。