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零构件环保高压水射流抛喷丸机|零构件抛丸厂家选型|价格图片
发布日期:2019-01-02 浏览:

在经济可持续发展 ,发展节约型、环保型经济的今天 ,对材料的性能 ,零构件的使用寿命和可靠性 ,加工环境 ,以及改善机械设备的质量性能 ,增强产品的竞争力等都提出了越来越高的要求。 其中最主要的影响因数之一就是材料的疲劳强度。 零构件的失效形式复杂多样 ,疲劳破坏是最常见最主要的失效形式。如果能从提高零构件的疲劳强度出发 ,来提高材料的使用性能和可靠性 ,将有利于材料的节约和产品竞争力的提高。一般 ,要提高材料的疲劳强度可以从表面改性角度来考虑。 表面改性技术包括表面涂镀、表面合金化和掺杂、表面组织转化、抛喷丸强化等技术[ 1]。其中 ,改善材料的疲劳性能最有效的方法之一就是抛喷丸强化技术。

1、抛喷丸强化技术:

  抛喷丸的目的就是使材料表层产生残余压应力 ,提高材料的疲劳强度。 何谓“抛喷丸强化”? 抛喷丸强化就是使材料的表层产生塑性变形 ,并得到理想的组织结构和残余压应力分布 ,从而提高材料的疲劳强度和抗应力腐蚀的能力。

 1. 1、传统的抛喷丸强化技术:

  传统的抛喷丸强化即热抛喷丸强化 ,它是将高速运动的弹丸流喷向零构件的表面 ,这些弹丸流就像无数的小锤锤击金属表面 ,使表面产生塑性变形 ,并得到残余压应力 ,从而提高零构件的抗疲劳强度 ,改善疲劳性

 

能 [4 ]。该方法因其具有提高金属抗疲劳断裂和抗应力腐蚀能力等优点 ,在汽车、军事、机械、航天航空、核技术等领域被广泛应用。

 热抛喷丸效果的好坏可以通过抛喷丸强度、覆盖率和表面粗糙度等 3项主要指标来检测 [5 ]。 抛喷丸强度可以用材料变形后的弧高值 h 来衡量 ,但不是弧高值越大效果就越好 ,它有一个饱和点 ,距离饱和点大或小都可能得不到最佳抛喷丸效果 ,不同材料的饱和点可以通过实验得到。覆盖率与时间、材料硬度、弹丸的大小有关 , 覆盖率达到 100% ,抛喷丸效果就好 ,但由于多种原因 ,热抛喷丸强化的覆盖率很难达到 100% 。 另外一方面 ,材料经抛喷丸强化后表面的粗糙度值 Ra 会有所增加 ,它会削弱抛喷丸强化的效果。除此以外 ,长期的应用和实验发现干抛喷丸强化还有其他不足之处 ,如材料抛喷丸后表面的应力集中点增多; 对于结构复杂的零构件加工过程中会产生喷射死角 ,造成无法实施抛喷丸强化或抛喷丸强度不足;抛喷丸效率低; 抛喷丸过程中产生大量的灰尘和噪音污染环境 ,等等。 然而 ,液体抛喷丸强化技术不但可以具有好的抛喷丸效果 ,而且还可以弥补这些不足之处。

 

1. 2、液体抛喷丸强化技术:

  液体抛喷丸强化是一种比较新颖的表面冷加工技术 ,这种方法可以排除干摩擦现象 ,缓和弹丸对表面的冲击 ,使接触载荷分布更加均匀 ,对表面起到冷却的效果 ,加工过程中可以起到除尘降噪的作用。它和热抛喷丸强化的工艺机理相似 ,既保存了热抛喷丸强化的优点 ,又使抛喷丸强化效果更好 ,是目前比较看好的一种新工艺。

  液体抛喷丸强化技术根据介质的不同可以分为矿物油和水 2种。前者如赵立海等 [6, 7 ]对汽轮机零件表面采用变压器油抛喷丸强化 ,其抛喷丸效果明显优于热抛喷丸法且有减少摩擦和冷却表面的效果 ,同时还能提高喷嘴和弹丸的寿命。但由于其介质使用的是矿物油 ,成本较高 ,设备要求复杂 ,抛喷丸后样品的清洗有一定的要求 , 对油的回收再利用也有较高的要求。 另一方面矿物油抛喷丸也必然会造成一定程度的环境污染。所以 ,该方法并没有被推广使用。而后者使用的介质是水 ,通过实验发现以上这些问题就可以很容易地得到解决。

   高压水射流技术早在 19世纪中叶 ,就被第一次用于开采矿床。 后来由于人们越来越认识到水射流的威力 ,它也逐渐被应用于越来越多的行业 ,如航天航空、化工、机械、建筑、冶金、汽车、煤矿等行业。它的功能也由最初的单纯性水力采煤到如今各项技术早已成熟的水射流破碎、切割、除锈和清洗等功能。 但水射流的魅力还不止这些 ,在 20世纪 80年代末 , Zafred第一次提出了利用高压水射流进行金属表面抛喷丸强化的新思想 ,并进行了初步研究 ,从而为后来者进一步对高压水射流技术的研究指明了新的方向。

  高压水射流抛喷丸技术和传统的抛喷丸技术具有相似之处。 高压水射流抛喷丸强化的基本原理是将携带巨大能量的高压水射流以某种特定的方式高速喷射到金属材料表面上 ,使材料表层产生塑性变形 ,得到理想的组织结构和残余压应力的分布 ,从而达到提高零构件在交变载荷下的疲劳强度和抗应力腐蚀的能力。 它的实质也是冷作硬化。

   高压水射流抛喷丸强化效果的优劣和很多因素有关: 喷嘴到加工表面的平衡距离 ( SOD)、射流的压力大小、弹丸的大小和材质、材料本身的硬度、射流的速度等等。如图 2是对某种铝合金材料表面抛喷丸强化 ,在给定不同的条件下表面磨蚀的电子扫描相片。 高压水射流抛喷丸强化技术的操作比热抛喷丸强化和矿物油抛喷丸强化的操作容易些 ,在操作过程中不需要象热抛喷丸和矿物油抛喷丸那样考虑射流的角度 (如热抛喷丸时喷射距离一般设定为 150~ 200 mm,喷射角不得小于 40°,此时喷射效果最好 ;而变压器油抛喷丸气轮机零件表面时 ,喷射角为 30°时抛喷丸效果最好 )。 因为高压水射流抛喷丸加工时 ,喷嘴和加工表面是垂直的 ,不存在角度的选择 , 操作较简单。加工时通过考虑射流压力、平衡距离 SOD 和射流速度及它们之间的相互关系 (其中平衡距离 ( SO D)的设定尤其重要 )来检验抛喷丸质量 (如表面磨蚀情况、表面硬度的增加情况、残余压应力的分布和深度、表面粗糙度的改变等等 ) ,进而可以得到各种材料抛喷丸效果最好时的参数。

抛喷丸强化工艺根据弹丸干湿状态 ,分为干式抛喷丸法和湿式抛喷丸法。 高压水射流抛喷丸强化同样也可分为高压水射流干抛喷丸强化技术和湿抛喷丸强化技术两种。从射流方式上来说 ,高压水射流抛喷丸技术同高压水射流切割技术一样可分为连续式、脉冲式、自激式、磨料式等等。 编辑正跟从导师进行高压磨料水射流湿抛喷丸强化技术的研究。高压水射流抛喷丸强化技术与传统的抛喷丸强化技术相比具有以下优点:

 

①对结构复杂的 (如有凹槽结构的 )零构件表面的抛喷丸强化很容易实施 ,且不留死角 ,这是热抛喷丸强化所不能及的;

②通过先前的实验验证可知被加工表面的粗糙度值 Ra增加很小 ,有利于应力集中现象的减少 , 提高了抛喷丸强化的效果;

③抛喷丸强化效果比较好 ,其抛喷丸强度高 ,抛喷丸覆盖率可达 100% ,另外高压水射流抛喷丸强化技术还可实现多表面同时加工。 抛喷丸效率比传统法高的多 ,加工成本却低的多。

④高压水射流抛喷丸技术的加工操作简单方便 ,对加工对象要求不高 ,易于今后该技术的数控化和自动化操作的实现。

⑤与以前的抛喷丸加工技术相比 ,由于工作介质主要是水 , 来源丰富 ,对环境无污染 ,且操作过程中无尘、无毒、无味。 是真正的高效、节能、安全、卫生的抛喷丸技术; 是真正体现“以人为本”政策的加工技术; 是真正实现了绿色环保要求的抛喷丸强化技术。目前 ,尽管该技术的研究还处于初级阶段 ,其抛喷丸理论、抛喷丸设备、抛喷丸影响因数和最优抛喷丸参数的选择等都存在着许多问题有待去大家解决。 但国内外许多学者正积极对此进行进一步的研究和深入 ,以便改变当前高压水射流抛喷丸强化技术不成熟的状态 ,为高压水射流抛喷丸技术的研究及进一步的推广应用在努力。

2、总结:

  总之 ,高压水射流抛喷丸强化技术弥补了以往抛喷丸强化技术的不足之处。具有对加工对象要求不高 ,易于实现自动化 ,高效低成本 ,且有降温、除尘、冷却、无毒、无味、安全卫生等优点; 是真正绿色环保的抛喷丸强化技术 ,具有广阔的发展前景; 是抛喷丸领越的又一高效、节能、环保的新技术。

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