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抛丸强化的机理及应用

文章出处:www.sdpaowanji.com人气:1594免费资料大全:2017-12-11

    有人认为:抛丸强化技术昂贵、难以控制,不适宜在大量生产中使用,只能用于要求高的飞机构件。多年来利用抛丸强化提高了飞机构件疲劳寿命的事实,证明上述观点是不正确的。如果在铸造车间用抛丸设备清理铸件时,是否也使铸件受到一定程度的抛丸强化呢?

  一、抛丸强化机理:

  抛丸强化是用高速度抛射的弹丸打击零件的表面,并在零件的表面留下无数小凹坑。弹丸必须和零件一样硬或更硬一些,否则弹丸要变形。凹坑下表层处于受压状态(图1左);当抛射的弹丸足够多时,零件表面全部被凹坑覆盖,使整个表层处于受压状态(图1右)。

图1抛丸强化零件表层状态

    一般的零件在使用过程中,通常受到一个使之裂开的拉应力作用。然而,抛丸强化过的零件表面及下层是受压状态,这种状态有使零件聚集在一起的趋势。所以,当一个负荷施加在抛丸强化零件上时,首先要克服这个压应力后才能在表面显示出拉应力,直至表面出现断裂。可见该受压层是很重要的。抛丸强化零件在屈服点或低于屈服点时,反复承受疲劳型载荷所显示的能力是惊人的。但因受压层相当地薄,一般小于0,03英寸,在检测零件的强度极限时,通常没注意它的影响。

二、抛丸强化设备:

   经抛丸机清理的铸件也受到抛丸强化的作用。抛丸清理和抛丸强化两者间真正的区别,只是目的和控制不同。抛丸清理的目的是清除型砂和提高表面质量;抛丸强化既要达到上述目的,还要控制表面的压应力层。所以,同一台抛丸机既能用作抛丸清理,也能用作抛丸强化。抛丸强化的设备是相当简单的。

    1.所用抛丸机可以采用清理铸件用的滚筒式、台式或其它型式的抛丸机。它们的主要区别在于利用弹丸流均匀、反复抛射零件表而的方法不同。在抛丸滚筒内,铸件作不规则的反复运动,从而使其整个表面受到抛射;其它抛丸设备能把弹丸集中抛到铸件一定的范围内。

    2。用阿尔曼带板、模座、测量仪测r,_压应力。阿尔曼带板是淬硬(RC44-r50)的薄钢片,用四个螺钉水平固定在渗碳的方形阿尔曼模座上〔图2)。

图2阿尔受带板与棋座的固足

    阿尔曼带板的表面经过抛丸强化后,将其从模座上取下来。由于压应力的作用,阿尔曼带板产生了弯曲,并用图3所示的阿尔曼规测量带板弯曲值(即弧高),此值一般在千分之几英寸。

图3用阿尔受规洲盆带板弯曲值

图3用阿尔受规洲盆带板弯曲值

    根据压应力的大小,可用图4所示N,A, C三种级别的阿尔曼带板来测量压应力强度QC级属最厚,通常用在铸钢铸铁件。8C表东C级阿尔曼带板,经抛丸强化后弯曲。.008英寸。为了获得最佳效果,通常把阿尔曼模座和带板直接安装在要强化零件的临界面上。

甲4阿尔受带板

    3.强化零件用的弹丸,必须和零件一样硬或更硬一些。对于大多数铸铁件,用RC45~55的标准钢丸即可。弹丸有不同规格,如S 330和S 390,则分别表示弹丸的直径为0,033英寸和0,039英寸。像抛丸清理一样,抛丸强化用的弹丸尺寸必须很小,以便使弹丸能扩散到零件的所有部位。强化的强度与弹丸尺寸成比例,愈大的弹丸动能也愈大,因而压应力也愈高。但用较大的弹丸来使零件表面得到充分强化,所需时间也较一长。·大多数铸造厂常用5330和S390规格的弹丸。

三、抛丸强化拉制:

    强度和覆盖率是抛丸强化中的两个重要参数。在某种程度上,强化强度比覆盖率要更重要。因为它反应了压应力的大小,并且又是弹丸速度、尺寸和强化时间的函数。强化强度用阿尔曼规测量,以弧高来度量。为了控制强化强度,抛丸机需要良好的保养,以使弹丸能以相同的速度和抛射带进行抛射。弹丸的尺寸要始终保持稳定,对于磨损和破碎弹丸用高效分离器去除。

    覆盖率用来度量强化表面的面积,零件表面只有全部被强化才有效。全覆盖率也称饱和度,可用阿尔曼带板测量。当长时间地强化一个零件时,强度增加到一定值后,再延长强化时间,强度也不再增加了。全覆盖率所指的时间点r即当用该点两倍时问来强化零件时,弧高只增加10%或小于10%(见图5)。

图5全覆盖率所指时间点 

    用控制强化时间来达到全援盖率。在抛丸滚筒中还要保持一定的装料量,但装料越多达到全搜盖率需要的时间也越长。

    四、抛丸强化实例:

    美国汽车工程师协会对球墨铸铁转向节铸件,用不同的时间进行抛丸强化后,作疲劳试验。铸件在14英寸9的抛丸滚筒内强化,弹丸为3330,装料量保持标定值。为了测量弧高,每批料中有一个转向节铸件上,安装五个阿尔曼模座(见图6)。

图6安装阿尔受模座的转向节件

    通过增加循环时间来测量强化的饱和度。每次循环后,卸下阿尔曼带板,并测量弧高。然后换上新的阿尔曼带板,进行下次循环。试验结果见图7。

图7循环时间与饱和度关系

 

图7循环时间与饱和度关系

    结果表明,在6.5分钟时,接近饱和度。在同样的条件下,铸件经。、6、16分钟强化后,再作疲劳试验。测试结果如下表所示。 

   强化到饱和度,疲劳寿命提高55100;强化超过饱和度直X16分钟,使铸件的循环寿命提高721%。甚至一个有缺陷的12号试件疲劳寿命也提高了180%。

五、结论:

   抛丸强化是一种提高铸件疲劳寿命的重要方法,且简便易行。抛丸强化对欲强化零件及所用设备要求如下:

    1、确定装料量。

    2、画出弧高与相对强化时间关系曲线,确定饱和度。

    3、确定强化循环时问或基本饱和时间(饱和时间的100%、150%、200%等)。

    4、保养抛丸设备,算定弹丸尺寸。

    5、定期检查已确定强化循环的阿尔曼带板弧篙,以算定强化强度。

    铸件应打磨和热处理后再强化。如果零件强化后打磨,压应力层就会被磨掉。同理,强化只对不进行机械加工的零件才是有效的。强化后热处理,也会破坏压应力层。

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