摘要：喷丸技术在金属制造业的各个方面都得到了广泛的应用。喷丸是航空航天工业中防止疲劳和失效的重要工艺，在轻量化结构中得到了成功的应用。本文就喷丸强化技术工艺试验及在生产中的应用进行了探讨。
关键词：喷丸强化技术；生产；应用
前言
喷丸强化是一种机械类的表面处理方法，其目的是提高金属零件在应力状态下抗周期载荷、磨损和腐蚀的抵抗力。弹性残余压应力的益处也应用于各类焊接的工程零件上。喷丸强化工艺改变金属基底的三种表面和亚表面因素为：表面结构或者表面形态、表面硬度或者亚表面位错和微结构改变、残余弹性应力状态。喷丸强化产生的能量对不同种类基底的显微结构会产生特有的内部反应，如果喷丸强化工艺不正确，可能对被加工零件的机械性能产生较大的影响。喷丸强化处理生产过程非常复杂，由于加工参数的不同，需要做系统处理，包括设备、介质和被处理零件的状态。在设定的环境条件下，对具体零件的喷丸强化过程的可变因素做相应制定，以提高零件的疲劳性能，无论是消除疲劳裂纹的产生或者控制疲劳裂纹扩展。为此，需要采用相应设备以避免产生重复性不好的情况，确保喷丸强化处理工艺的可重复性。考虑所有复杂的过程参数以保证加工稳定性和个体处理的重复能力，一旦确切的参数被锁定，各技术参数应当不断完善，并制定文件和实施。应当尽可能考虑所有参数偏差的最小化，因为随着具体变化参数的完全改变，对喷丸强化加工的完成和可靠性具有极大影响。
1喷丸工艺技术强化
喷丸工艺在材料机械加工方面较为常见，需要进行人工操作及人工干预，加工工艺应用效果直接与技术人员技术水平相关。该工艺主要采用向材料表面喷射弹丸的方式，使材料表面晶粒出现塑性变形，从而根据喷丸强度、密度及数量控制组织结构强度。该工艺随着喷丸周期及喷丸密度的增加，相关的结构强度也将随之增加，其基础使用寿命同时得到有效延长，使材料使用效益得以保障。在现有机械加工工艺应用方面，喷丸工艺应用广泛，且成本相对较低，工艺处理效果良好，适用于材料的大批量及大规模生产，能够在较短时间内提高材料综合抗腐蚀性，同时低密集度部件的生产加工也较为适用，使低密集度部件使用稳定性及使用周期进一步提高，解决结构部件应用的经济效益问题。
2喷丸强度分析
确定弹丸流碰撞能量水平是确保喷丸强化过程重复能力的一种重要方法，以一种标准过程用于测量弹丸流运动能量的转移，即“饱和强度”。喷丸强度是通过测量喷丸在标准测试试片上的结果来完成，用于测量试片弯曲的测试试片（阿尔门试片）和测试仪（阿尔门测试仪）已经被标准化和指定用于喷丸工艺。
2.1饱和状态曲线
试片经过喷丸之后从夹持工装取下，测试仪的测试杆紧靠未喷丸面，被测试片的偏移值代表在给定喷丸时间内的对应的弧高度或者在图表上的一个数据点，可以在饱和度曲线上获得对应的弧高度值通过在饱和度曲线上测量饱和度来取得喷丸强度，喷丸强度被表达为测试试片在饱和度上的弧高度值。饱和度被定义为饱和度曲线上最早的点，如果后续点的喷丸时间是该点所花时间的双倍，但是弧高度增加仅10%或者更少。强度值对应的喷丸时间定义为T，弧高增加10%的时间定义为2T。波音标准BAC5730《喷丸》还规定，当给出有效的强度值时，喷丸的阿尔门试片应为100%覆盖率和饱和率（或超过）。通过喷一系列阿尔门试片完成一个饱和度曲线的建立，使用不同喷丸时间，得到完整参数数据以使曲线保持连续。除了零点，曲线应该由至少4个点组成。测绘时弧高度数据在立轴、喷丸时间在水平轴，连接数据点，点与点之间连接不用直线而是圆滑的曲线。工件上每个有技术要求的位置都应生成一个饱和度曲线，对于相应的强度进行核实，阿尔门试片装夹的安装到位是关键。测量弧高可以进行修正，应该仅反映弧高净增量。即在喷丸前测量并且记录阿尔门试片的弧高，用喷丸后的弧高值减去喷丸前的弧高值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2喷丸强度的验证
生产中需要进行喷丸强度的验证，确认读数符合技术要求，验证周期通常不超过8个小时。对使用单个夹具的喷丸，使用最接近T的时间，得到的弧高须在饱和曲线±0.038mm范围内重现或选择可接受的其他值。对使用多个夹具的喷丸，可以选择一个喷丸时间，应该是这一组夹具中最长的饱和时间或可接受的其他值。在该选择时间，相应的原始饱和曲线的弧高值被称为“目标弧高”，得到的弧高需在目标弧高的±0.038mm范围内重现，但是不必一定在强度范围内。验证的目的是确认特定位置的弧高是稳定的，对于相似的喷丸时间得到的相似曲线可以认为是稳定的依据。
2.3影响喷丸强度的因素
介质尺寸、介质硬度、喷射流速、喷射速率、反跳角度和压力是直接影响强度的参数。增加介质尺寸将产生较高强度并且需要较长的喷丸时间。为达到饱和度，需要延长喷丸时间，因为当增加介质尺寸，在给定的喷丸流速下，弹丸颗粒数量将减少。当增加介质硬度，将产生较高弧高度值。在一个气动系统中增加喷丸速度将减少达到饱和度需要的时间，速度越快，强度越高。弹丸流反跳角度越大，喷丸强度越高。压力越大，介质尺寸越大，能达到的喷丸强度值越高。
3过程检查与工艺流程
喷丸前要明确所有必须的技术要求，工艺资料上应标明喷丸区域和相关技术要求。
3.1预检查
预检查包括发现喷丸前须处理的缺陷。尖角和毛刺：喷丸可能使材料移位并在锐边上引起翻卷，可能使毛刺产生折叠而不能去除。这些缺陷可能破坏压力层或者通过滞留水分和污物产生初始腐蚀。如果覆盖率一直延伸到边缘，则锐边应轻微磨圆，典型半径为0.5mm。有些技术文件要求覆盖率向边上逐渐过渡，或者通过遮盖进行锐边保护，喷丸前应通过一定工序去除毛刺。深擦：深擦可能破坏压力层或产生污染，喷丸前应当进行打磨。油或湿的表面：油或水在零件表面上将污染喷丸，产生腐蚀或模糊覆盖率，喷丸前应当清洗除污。残余物：喷丸前需去除标签、胶带纸或黏合剂残余物。标签和胶带纸的残渣可能阻止和妨碍系统、阀门的开合功能，黏合剂残余物和喷漆残余物可能成为隔离层，而使喷丸受限，影响覆盖率。腐蚀：表面有腐蚀时不能形成完整的压力层，同时喷丸可能使腐蚀进入材料基体，导致腐蚀不能完全去除，喷丸前首先应当去除腐蚀。
3.2快速喷丸检查
喷丸后零件应进行如下快速检查：要求喷丸区域都有至少100%的覆盖率；禁止喷丸区域没有覆盖率；锐边无翻卷；高喷丸强度没有引起零件表面弯折。
结束语
喷丸强化应该首先满足设计所给出的强度和覆盖率指标，由于在处理后的产品零件上验证检查强度和覆盖率有一定困难，因此只有在生产运行期间借助阿尔门试片等工具验证并记录加工参数。当准确执行这些加工参数时，加工过程的变化超出可接受限度的风险就会减少到可忽略的程度。综上所述，工艺准备、过程验证、过程检查、工艺流程、工艺文件等构成了喷丸强化工艺高质量控制过程的基本要素。
参考文献：
[1]杨豪虎.机械加工强化机理与工艺技术分析[J].时代农机，2016，43（7）.
[2]赵松，牛文磊.探讨机械加工强化机理与工艺技术研究进展[J].工程技术：全文版，2017（2）.
[3]刘洪文，袁豪.机械加工强化机理与工艺技术发展分析[J].工程技术：全文版，2017（1）
论文作者:魏巍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：喷丸论文; 强度论文; 饱和度论文; 工艺论文; 覆盖率论文; 曲线论文; 时间论文; 《基层建设》2019年第7期论文;