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彈簧噴丸強化技術的發展概括

2024-04-22 9:39:12

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很早(zao)之前,一片汽車鋼板彈簧(huang)熱處理后,工匠們(men)(men)就(jiu)會(hui)不斷(duan)地用(yong)錘子(zi)連續敲打(da)、捶擊它。那時候(hou)工匠們(men)(men)并不清楚他們(men)(men)這么(me)做的結(jie)果(guo)會(hui)讓板簧(huang)的使用(yong)壽命延長6倍,而現在,這一事(shi)實已被(bei)工程師們(men)(men)充分了解(jie)。

這一強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)工藝技術(shu)同(tong)樣適用于圓(yuan)柱(zhu)螺旋彈簧(圓(yuan)簧),扭桿(gan),旨(zhi)在不同(tong)程度提(ti)高(gao)和改善彈簧疲勞強(qiang)(qiang)度與應(ying)力腐蝕斷裂強(qiang)(qiang)度。其他(ta)一些飛機(ji)和汽(qi)車零部件,如連桿(gan)、曲軸、搖臂(bei)、行(xing)星齒(chi)輪、齒(chi)輪圈、航空發(fa)動機(ji)葉片、起落架、傳(chuan)動軸都將強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)工序(xu)作為生產(chan)過程的必要步驟,且制定了嚴(yan)格的技術(shu)規范。先(xian)簡單解釋一下零件在強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)后會發(fa)生哪些變化(hua)(hua)?


一、彈(dan)簧強化設備的發展(zhan)

工(gong)業(ye)生產對于(yu)強化(hua)結(jie)果一致(zhi)性(xing)和可重復性(xing)的要(yao)求越來越高(gao),其重要(yao)程(cheng)度不言而喻。強化(hua)設備中都加入了一些必(bi)要(yao)裝置來確保(bao)高(gao)質(zhi)量的工(gong)藝(yi)過程(cheng),如(ru)振動篩,用于(yu)篩選彈丸尺(chi)寸,保(bao)證丸粒大小一致(zhi)均勻(yun);拋頭的變頻(pin)馬達控(kong)制噴(pen)射(she)速(su)度;輸送鏈的速(su)度控(kong)制器能調(diao)整(zheng)噴(pen)射(she)時間。


目(mu)前,更先進的(de),程序更精(jing)密復雜、具有同步(bu)監(jian)(jian)測控制(zhi)功能(neng)的(de)強(qiang)化(hua)設備也已廣泛應用于(yu)彈簧制(zhi)造業,實現(xian)對工藝參(can)(can)數(shu)的(de)實時(shi)監(jian)(jian)測和(he)(he)結果顯示今(jin)天(tian),“觸摸屏(ping)”和(he)(he)基(ji)于(yu)電腦(nao)的(de)操(cao)作界面取代(dai)了原來(lai)的(de)按鍵和(he)(he)指示燈(deng)。控制(zhi)系統(tong)不僅(jin)能(neng)同步(bu)顯示各類監(jian)(jian)測到的(de)工藝參(can)(can)數(shu),還能(neng)讓操(cao)作員自己編寫代(dai)相關參(can)(can)數(shu)的(de)“程序”。 核力彈簧給這些程序編上唯一的(de)代(dai)碼標(biao)示,并存儲在(zai)系統(tong)里,便(bian)于(yu)以(yi)后(hou)取出使(shi)用。

為方便維(wei)修(xiu)人員的(de)(de)(de)日常維(wei)護和設備(bei)出錯時的(de)(de)(de)問題解決,設備(bei)的(de)(de)(de)控制(zhi)系(xi)統還能提供一個指(zhi)導圖示,列(lie)有(you)(you)機(ji)(ji)器里所(suo)有(you)(you)的(de)(de)(de)或(huo)出口,并(bing)顯示它(ta)們目(mu)前情況(kuang)。這樣便于維(wei)修(xiu)人員快速(su)找(zhao)到出錯位置,并(bing)及(ji)時進行矯正處理。最新(xin)的(de)(de)(de)控制(zhi)系(xi)統還能配合安(an)全需要,讓不(bu)(bu)同職位的(de)(de)(de)人,系(xi)統管理員、工(gong)程師、維(wei)護人員、操作員,有(you)(you)四級不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)機(ji)(ji)器控制(zhi)權(quan)限。


二、強化工藝的原理

強(qiang)化工藝是利(li)用高(gao)(gao)(gao)速(su)運動的(de)(de)(de)彈(dan)丸流(liu)對金屬表面的(de)(de)(de)沖擊而使表面產生循環塑性(xing)應變(bian)層(ceng),由此導(dao)致該(gai)層(ceng)的(de)(de)(de)顯微組織發生有利(li)的(de)(de)(de)變(bian)化并使表層(ceng)引(yin)入殘(can)余壓應力(li)場。表層(ceng)的(de)(de)(de)顯微組織和殘(can)余壓應力(li)場是提高(gao)(gao)(gao)金屬材料及其彈(dan)簧(huang)的(de)(de)(de)疲(pi)勞斷(duan)裂(lie)和應力(li)腐(fu)蝕斷(duan)裂(lie)抗力(li)的(de)(de)(de)兩個強(qiang)化因素,以提高(gao)(gao)(gao)彈(dan)簧(huang)的(de)(de)(de)可靠性(xing)和耐久性(xing)。

強化是個“冷處理”工藝(yi),有(you)別于金屬零件在高溫(wen)下的熱加(jia)工處理。壓應力層(ceng)通常延(yan)伸到材料表(biao)面下0.005”到0.030”深處。如有(you)必(bi)要,也可通過改變(bian)工藝(yi)參(can)數(shu),如丸(wan)料尺寸、噴(pen)(pen)/拋射速(su)度、噴(pen)(pen)/拋射角度、噴(pen)(pen)/拋射時間(jian)等來將壓應力層(ceng)延(yan)伸深度增大。

評(ping)估(gu)強化效(xiao)果(guo)的(de)兩個重要參數是(shi)強度和覆蓋(gai)率。覆蓋(gai)率(100%、200%或更大)主(zhu)要是(shi)依(yi)靠目測(ce),而強度則需(xu)用(yong)代表性(xing)的(de)彈(dan)簧鋼試(shi)(shi)片(pian)進行測(ce)量(liang)(即阿爾門(men)試(shi)(shi)片(pian))


1、強度測量

零件校對工具(PVT), 設計用來將(jiang)試片(pian)固定(ding)于一些(xie)特定(ding)位置,在這些(xie)位置的試片(pian)可模擬零件有(you)強度要求且必須進(jin)行強度檢測(ce)的區(qu)域位置。根據不(bu)同應(ying)用,強度范(fan)圍從0.015 - 0.030 (在‘A’等級(ji)上)。


2、彈簧強(qiang)化設備(bei)類(lei)型(xing)

彈簧強化設備可分為兩種(zhong)類型(xing):

--- 離心(xin)式葉片拋丸強化設備;

--- 氣動噴嘴(zui)式(shi)噴丸強化(hua)設備;

前周的(de)優點是速(su)度(du)快、產(chan)量(liang)高,比(bi)較(jiao)適用(yong)于板(ban)簧、圓簧等產(chan)能要求高的(de)零件之強(qiang)(qiang)化處理,它能在(zai)較(jiao)短的(de)時間里拋射到(dao)更多的(de)區域,以及讓被(bei)噴部(bu)位更快達到(dao)飽和強(qiang)(qiang)度(du)。

·一種(zhong)連續鏈(lian)式輸送(song)系(xi)統(tong)的拋丸強(qiang)化(hua)設備適(shi)用于板簧強(qiang)化(hua),多個拋頭對準板簧的上表面(mian),及左右側(ce)面(mian)進行(xing)拋射(she);

·一(yi)種帶指軸的連(lian)續通(tong)(tong)過(guo)(guo)式拋(pao)丸(wan)強化設備適用于(yu)圓簧(huang)強化,在拋(pao)丸(wan)室里(li)有一(yi)個(ge)旋轉(zhuan)(zhuan)輥輪,帶動圓簧(huang)邊旋轉(zhuan)(zhuan)變(bian)通(tong)(tong)過(guo)(guo),在此過(guo)(guo)程中(zhong),多個(ge)拋(pao)頭對準其進行拋(pao)丸(wan)強化。

·尺寸相對較小的彈簧,如用(yong)于發動機閥門(men)的氣門(men)彈簧,適合用(yong)履帶式拋丸(wan)設備(bei)進行強化處理;

·扭桿亦適合用(yong)連續通(tong)過式的設備進行強化;


3、工藝參數

無論哪種強(qiang)化技術,目(mu)的(de)都是要取得一(yi)個持(chi)續恒定、可重(zhong)復的(de)強(qiang)化強(qiang)度。因此,必須了(le)解工藝過程中,哪些關鍵變(bian)量(liang)會影響到最(zui)后的(de)強(qiang)化結(jie)果,包括:

以上這些工藝變量都會影響強化最終效果:

·拋(pao)(pao)頭(tou)(tou)直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)決定了鋼丸(wan)介(jie)質被一定角度(du)拋(pao)(pao)射(she)出去時的速(su)度(du)。在同樣的拋(pao)(pao)頭(tou)(tou)轉速(su)下,直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)為17.5”的拋(pao)(pao)頭(tou)(tou)產生的鋼丸(wan)拋(pao)(pao)射(she)速(su)度(du)大于(yu)直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)為14”的拋(pao)(pao)頭(tou)(tou),因而產生的強化強度(du)也更高。

·拋頭的馬力決(jue)定(ding)了(le)單位時間(jian)內被打出去的鋼丸數量;

·拋(pao)頭是由變頻機直接驅動的,通過(guo)改(gai)變電機的頻率(lv)可以(yi)改(gai)變拋(pao)頭的轉速,從而改(gai)變鋼丸拋(pao)出的初速度。

·拋(pao)(pao)頭(tou)通(tong)常都被固(gu)定(ding)(ding)在(zai)拋(pao)(pao)丸室的(de)特定(ding)(ding)位置(zhi),但(dan)可以(yi)通(tong)過調整定(ding)(ding)向(xiang)套(tao)的(de)位置(zhi),來改變拋(pao)(pao)射方向(xiang)。定(ding)(ding)向(xiang)套(tao)的(de)位置(zhi)最終決(jue)定(ding)(ding)了鋼丸被拋(pao)(pao)頭(tou)拋(pao)(pao)射出去的(de)角度(du)


4、其他影響噴丸強化結(jie)果的工藝參數包括:

·鋼丸的流量

·鋼丸的尺寸

·尺寸的一致性

丸(wan)(wan)(wan)料(liao)的流(liu)量是由一個(ge)專門(men)的流(liu)量控(kong)制(zhi)閥控(kong)制(zhi)。在(zai)(zai)拋丸(wan)(wan)(wan)強(qiang)化設(she)備中,該(gai)控(kong)制(zhi)閥是安裝在(zai)(zai)拋頭進(jin)料(liao)區,通過調節流(liu)量控(kong)制(zhi)閥的開(kai)口來調整(zheng)經過該(gai)閥進(jin)入拋頭的鋼(gang)丸(wan)(wan)(wan)流(liu)量;在(zai)(zai)噴丸(wan)(wan)(wan)強(qiang)化設(she)備中,丸(wan)(wan)(wan)料(liao)控(kong)制(zhi)閥安裝在(zai)(zai)壓(ya)力罐出口區。

一個振動篩(shai)對(dui)丸料進行(xing)過(guo)(guo)濾,篩(shai)選出合格尺寸的(de)丸料,確保強(qiang)化過(guo)(guo)程(cheng)中所用的(de)鋼丸尺寸一致,從而(er)達到穩定的(de)強(qiang)化效果(guo)。

鋼丸(或切絲)的尺寸,會直接影響覆蓋率和(he)強化時間。

一般(ban)規律(lv)是,·鋼丸直徑小,工件表(biao)面產生的殘(can)余應力較高(gao),但強化(hua)層較淺(qian);

·鋼丸直徑大,工(gong)件表(biao)面產生的殘余應力較低,但強(qiang)化(hua)層較深;


5、圓簧強化

圓(yuan)簧,由于其(qi)螺旋幾何(he)形狀,因以對其(qi)的強化作業要比(bi)平表面的板簧強化困難些(xie)。另外,還必須嚴格評估(gu)圓(yuan)簧橫切面的強化效(xiao)果,從而(er)充分了解圓(yuan)簧抗疲勞(lao)斷(duan)裂(lie)的抗力大(da)小(xiao)。

圓簧被一(yi)(yi)個個單獨地經(jing)一(yi)(yi)連續輸(shu)送鏈系統送入拋(pao)丸(wan)(wan)室(shi),拋(pao)丸(wan)(wan)室(shi)內裝有一(yi)(yi)組平行(xing)輥道,強(qiang)化的(de)(de)同時,輥道不停滾動,帶(dai)動圓簧邊旋轉邊前行(xing)。這樣旋轉的(de)(de)通(tong)過(guo)方式能讓高速丸(wan)(wan)流通(tong)過(guo)圓簧各個環圈(quan)間,打到里(li)(li)圈(quan)的(de)(de)金(jin)屬表面上,那里(li)(li)恰(qia)恰(qia)是圓簧應力(li)最集中的(de)(de)部(bu)位。

對(dui)于(yu)產能(neng)要求高的應用(yong),可選擇一種能(neng)同時噴兩個圓(yuan)簧的強化設備。最新的研發結果(guo),是在原(yuan)來拋丸(wan)強化設備基礎上,結合入多個噴嘴,用(yong)于(yu)對(dui)圓(yuan)簧特定區(qu)域(應力集(ji)中取悅(yue))更目標(biao)明確(que)、火力集(ji)中的噴丸(wan)處理(li)。


6、板簧強化

可利用一種(zhong)連續通過式拋(pao)(pao)丸強化(hua)設備對板簧進行一個(ge)接一個(ge)單(dan)獨(du)的(de)強化(hua)處理,讓板簧幾何(he)凹面(mian)曝露在高速丸流下(xia)。典型的(de)機型是包括一個(ge)拋(pao)(pao)頭用于(yu)拋(pao)(pao)射板簧頂部,側(ce)邊裝(zhuang)一個(ge)拋(pao)(pao)頭,同時噴板簧左(zuo)右側(ce)面(mian)。

這套標(biao)準款板簧強(qiang)化設備的(de)通過速度是10英尺/分(fen)鐘,如(ru)需要(yao)更高的(de)產速,則可(ke)增加拋頭數量,調節電(dian)機(ji)頻率。

在(zai)工作條(tiao)件下(xia),板(ban)(ban)簧會重復受到(dao)單向彎曲應力(li)影響,因此有時(shi)是被(bei)應力(li)強化的(de)。在(zai)強化過程(cheng)中(zhong),就(jiu)模(mo)擬(ni)板(ban)(ban)簧在(zai)以后(hou)使(shi)用(yong)過程(cheng)中(zhong)會受到(dao)“應力(li)強化”的(de)情況,讓它在(zai)承受負荷的(de)方向上施與一個“靜態應力(li)”的(de)同(tong)時(shi),對其進行噴丸(wan)強化。強化完(wan)畢后(hou),釋放(fang)該(gai)外加(jia)的(de)靜態應力(li)。實驗證明,應力(li)強化比(bi)常規強化能更進一步延長板(ban)(ban)簧的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命。


7、扭桿強化

扭桿強化是將扭桿置于一(yi)個斜輥式輸送(song)帶上,一(yi)個一(yi)個單獨邊旋轉邊通(tong)過拋(pao)丸室,用(yong)一(yi)個帶變頻電機的拋(pao)頭對其進行(xing)噴射強化。


8、氣門彈簧

小型的(de)(de)(de)彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang),如用(yong)于發(fa)動機(ji)閥門(men)的(de)(de)(de)氣門(men)彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)適用(yong)于履(lv)帶式的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)化(hua)設(she)(she)備(bei)。將(jiang)一片阿(a)爾(er)門(men)試(shi)片與帶處理的(de)(de)(de)彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)零(ling)件(jian)一起放入履(lv)帶式拋丸(wan)機(ji)里,強(qiang)(qiang)化(hua)結束后,取(qu)出阿(a)爾(er)門(men)試(shi)片,根據(ju)測量出的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)值就(jiu)可(ke)知道零(ling)件(jian)受到的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)化(hua)強(qiang)(qiang)度(du)彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)強(qiang)(qiang)化(hua)已(yi)是一種高(gao)可(ke)控性(xing)工(gong)藝技術(shu)。彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)制(zhi)造商(shang)和彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)強(qiang)(qiang)化(hua)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)供(gong)應商(shang)們都(dou)意識到,這類強(qiang)(qiang)化(hua)過程像其他精(jing)密制(zhi)造一樣,對工(gong)藝的(de)(de)(de)一致性(xing)、可(ke)重復性(xing)和質量要求越來越高(gao)。彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)技術(shu)的(de)(de)(de)發(fa)展不僅僅局限于強(qiang)(qiang)化(hua)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)性(xing)能上,對系統能提供(gong)同步(bu)監(jian)測、顯示、記錄和其他功能的(de)(de)(de)期待也逐(zhu)日(ri)增加(jia),旨在(zai)提高(gao)彈(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)效(xiao)果和精(jing)確度(du)。


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