超声波喷丸:超声波喷丸技术在大型零件变形校正中的应用研究
发布日期:2021/7/26 16:27:40

1 超声波喷丸校正技术原理

超声波喷丸技术与普通的喷丸技术在工作原理上大同小异,但其优越性更高。主要原理为:在金属板材等大型零件的表面处,通过撞针进行撞击,之后零件表面及下层的材料必然出现塑性变形,此种形变的力度将会逐渐向下延伸。由于撞击而产生的振动现象将会持续存在,并且逐渐使零件产生一种需求型形变,并不断向受到喷丸的零件表面凸起处移动,最终使非预料性的形变在二次形变的作用下,渐渐恢复到原始形态,从而完成变形校正。

超声波喷丸能量比常规机床的成形能量大,喷丸应力层深,喷丸灵活,可操作性强,简便易控制,成形后的材料综合性能较其他喷丸成形好,且无常规机床喷丸造成的弹丸污染。

2 超声波喷丸校正的试验探究

2.1 试验设备的选择

试验选择的超声波喷丸设备为 Wheelabrator 超声波喷丸机,由超声波发射器、换能器、变幅杆等组成,方便携带 。超声波喷丸处理过程中使用的撞针硬质合金钢材料制成,硬度为 63HRC,直径为 3mm。

2.2 试验件设计

试验件选择 2024-T351 和 7B50-T7751 两种不同截面尺寸的单筋件,单筋件长度均选择 500mm。

2.3 超声波喷丸参数与曲率关系试验

使用超声波喷丸技术进行大型零件变形校正作业时,起决定性作用的参数为喷射时间、撞针直径、冲击振幅等。

本试验选用撞针直径为 φ3mm,冲击振幅 60% ~ 90%。本文主要围绕不同喷丸时间和冲击振幅下的成形曲率开展研究,结果如图 1、图 2 所示。

从图 1 和图 2 可以看出,超声波喷丸试验中,弦向、展向成形曲率半径均与冲击振幅和喷丸时间成负相关。对比发现,相同结构、相同喷丸参数下,2024-T351 铝合金可获得比 7B50-T7751 铝合金小的曲率半径,这是由于 2024-T351 铝合金屈服强度低于 7B50-T7751 铝合金,因此可以成形出更大的曲率外形。振幅与弦、展向曲率之间的关系曲线较喷丸时间与弦、展向曲率之间的关系曲线平缓,即改变喷丸时间比改变振幅容易获得较大的曲率,因此,实际生产中往往是通过控制喷丸时间来达到所需曲率的 。

image.png

image.png

image.png

2.4 超声波喷丸校形失稳鼓动控制试验

超声波喷丸比传统数控机床喷丸应力层深度大,若校正参数选择不当,极易引起零件薄区域应力集中,最终导致零件失稳鼓动。超声波喷丸成形曲率因素主要有:喷丸振幅,喷丸时间,撞针直径,典型结构件初始外形曲率。

确定多元线性回归函数关系为:

K=af+bT+nK′ (1)

式中,a、b、n 为常系数;f 为冲击振幅;K′ 为典型结构件的初始外形曲率;T 为喷丸时间。

利用 SPSS 软件线性回归分析模块,进行典型试验件喷丸工艺参数和成形曲率线性回归分析。得到线性回归方程为:

弦向曲率回归方程:

K=0.013f+0.048T+3.016K′-3.246

展向曲率回归方程:

K=0.000049f+0.0000357T+0.07907K′-0.00631

综上所述,通过回归方程可以得到以下规律:(1)超声波喷丸弦、展向成形曲率大小,与喷丸振幅、喷丸时间、初始外形曲率有直接关系,但弦向成形曲率影响远远大于展向成形曲率,与实际工程相符;(2)超声波喷丸弦向成形曲率分析,喷丸时间 T 对最终喷丸成形量的影响较大,工程实践中,有限区域内不断延长喷丸时间,能够导致局部区域变形量过大,造成不可逆转的应力集中,结构件失稳变形。

3 超声波喷丸技术在大型零件变形校正中的实际应用

目前实际工程中,大型机翼壁板第一次机床喷丸成形以后,均会采用超声波在外形检验工装上进行喷丸校正。通过试验可知,在合理的冲击振幅下调整喷丸时间可以获得更为理想的曲率外形 [4],具体校正实例如下。

3.1 可随时根据工装检测结果反馈校正效果

壁板喷丸成形完成后合格与否一般将在外形检验工装上进行检测,如图 3 所示,因此在工装上采用超声波进行局部区域的成形和校正十分便利,可以随时进行外形检测,及时调整校正方法和区域,极大地提高了壁板加工的效率。

因此,超声波喷丸校正的灵活性和自主控制性便显得十分必要。

3.2 采用超声波喷丸在预应力状态下对难成形区域进行喷丸成形

对于某些相对曲率大的机翼壁板,往往存在一些区域成形难度极大,一般而言,小区域理论要求外形曲率较大,在机床上无法一次完成该区域的成形。目前实际工程中对该种区域采用预应力状态下的超声波喷丸成形,可以获得较好的成形效果。

image.png

3.3 根据校正零件厚度合理选择校正参数

喷丸振幅越大,喷丸产生的压应力也越大,当对零件薄区域进行校正时,对内外表面反复喷丸后,内外表面残余压应力层深度之和基本接近零件的厚度,零件内外应力失稳,最终发生鼓动变形。实际工程中 2mm 以下的薄区域禁止采用超声波进行喷丸校正;超声波喷丸校正过程中快速移动枪头,禁止在同一位置反复校正,覆盖率不超过80%,避免内外表面反复校正。

4 结论

(1)超声波喷丸成形曲率与喷丸时间和冲击振幅均呈正比,但调节喷丸时间可以获得更大的成形曲率,相同的喷丸参数下,2024-T351 铝合金比 7B50-T7751 铝合金可以获得更大的成形曲率。

(2)超声波在薄壁零件的校正中,喷丸时间较为敏感,较长时间喷丸容易导致零件失稳鼓动。



下一篇: 没有了!

新闻中心

公司新闻
行业新闻

公司电话:021-59529798   公司手机:17326112668
公司地址:南京市六合区龙池街道新集东路1198号C座一层第三区
Copyright © 南京易控表面处理技术合伙企业(有限合伙) All Rights Reserved.
苏公网安备32011602010327号 网站备案号:苏ICP备2020067851号-1
南京易控表面处理技术合伙企业(有限合伙)主要从事阿尔门试片Almen Strips喷丸强化旋片喷丸等表面处理产品技术服务。 网站地图 Sitemap