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第 5 卷- 2017 年 12 月刊
保证喷丸强化工艺参数的主要零部件



BT CNC 2215 型数控喷丸机


振动筛分机


螺旋筛分器


小孔旋转喷斗


BT JQR 2022型发动机叶片机器人喷丸机





五轴联动数控喷丸机

  据有关材料记载早在20世纪30年代末期汽车工业就发现了喷丸的益处。有些机械加工方法会让零件表面形成残余拉应力,残余拉应力会使承受交变载荷的工件加速早期疲劳失效。喷丸强化会在零件表面形成有益的残余压应力,可改善金属材料的抗疲劳性能及耐腐蚀性能,提高零件的使用寿命。

  随着现代工业的高速发展,企业对喷丸强化工艺越来越重视,对喷丸强化设备的要求也越来越高,这给喷丸强化设备制造业带来很多挑战和机遇。

  重庆明治百通机械制造股份有限公司适应航空航天及诸多制造业的不同要求,设计制造了多种数控喷丸设备和机器人喷丸设备。本文对他们的设备的主要零部件作一简要介绍。

喷丸强化的工艺参数:

  弹丸直径、弹丸材料、弹丸硬度、弹丸形状、弹丸流量、压缩空气流量、喷嘴直径、喷射角度、喷射距离、喷嘴移动速度。

  这些参数中任意一项改变时都应重新试验,重新建立饱和曲线。

  喷丸强化设备必须能够严格保证这些工艺参数的实施,实现对工艺过程及工艺参数的精确控制。下面简单介绍控制这些工艺参数选用的零部件:

1.弹丸尺寸分选设备:振动筛

  釆用不锈钢振动筛, 在喷丸过程中连续进行百分之百筛选。按所使用弹丸的规格配置2层相应规格的不锈钢筛网,上层筛网去除较大的杂质,下层筛网筛掉破碎的和磨损的弹丸,不合格的杂质和弹丸流入废料桶,合格的弹丸进入弹丸循环系统继续使用。

  筛网带边框,是一个已张紧筛布的整体组件,更换筛网组件简单方便。

2.弹丸形状分选设备:螺旋分离器

  螺旋分离器是一种弹丸形状分选设备,用不锈钢材料制造。螺旋分离器由内螺旋叶片和外螺旋叶片组成,弹丸进入上面的锥斗首先落入内螺旋叶片并从内螺旋叶片向下旋转流动。圆度好的弹丸获得了较大的离心力而外溢,圆度不好的弹丸直接沿内螺旋叶片滑落。如图圆度好的弹丸从左面流出(见绿色箭头),圆度不好的弹丸从右面流出(见红色箭头)。

  使用螺旋分离器,可选择百分之百分选,也可选择部分分选。

3.弹丸流量控制

  喷丸强化用的丸料种类很多,例如有铸钢丸、钢丝切丸、陶瓷丸、玻璃丸、镍基合金丸、铝丸等等。从选择流量控制阀的角度可以把它们分成两类,一类为铁磁材料,一类为非铁磁材料。根据工件的工艺要求可分别选择钢丸闭环流量控制阀或非铁磨料闭环流量控制阀,控制精度≤5%。

4.压缩空气流量控制

  压缩空气流量控制采用电控比例减压阀控制,确保工作时喷丸压力稳定。
压力调节范围:0.005-1MPa
控制精度:≤±0.3% (满刻度)

5.喷嘴

  喷砂机喷嘴采用碳化硼或硬质合金制造。喷嘴的结构形式分为直喷嘴和文丘里喷嘴,可根据工艺要求选择,在其它工艺参数相同的情况下,较长的喷嘴或文丘里喷嘴可增加喷丸强度。

  深孔或窄槽可用小孔旋转喷头加工。

  小孔旋转喷头特点:

• 喷嘴自动旋转,采用伺服电机驱动,齿轮传动。喷嘴具有转速监控装置,运行安全靠可。
• 喷嘴用螺母压紧,更换方便。
• 喷嘴用硬质合金制造,寿命长。
• 喷嘴有多种规格,内径1.5~12mm可选。

6.双压力罐喷丸系统

  多数数控喷丸设备采用压入式喷丸系统,双压力罐可连续工作,保证连续的喷丸流量。

  压力罐配有料位传感器,能够自动控制丸料循环使用,当料位低于预定料位时会给出报警信号。

  压力罐底部设计成圆锥形,中心有排砂管,更换丸料简单方便。

  压力罐内部没有运动部件,阀门装在罐体外面,维修方便。

7.喷嘴移动控制装置

  喷嘴移动装置可以按需要设计,喷嘴可以在垂直面内摆动,主轴可以绕轴摆动,主轴还可以垂直及水平移动。4轴全部用伺服电机驱动,使用数控系统可以实现4联动。配合工作台的转动加移动可以加工更为复杂的工件。

  喷嘴还可以用6轴工业机器人控制,随着工业机器人的普及,喷丸喷砂设备使用机器人的需求越来越多。

  数控机械手和工业机器人控制的喷丸设备定位精确,运动轨迹可编程控制,极大的增强了喷丸设备的功能,增加了喷丸工艺的可重复性,排除了由于操作人员技术因素带来的影响,监控软件可预置工艺参数,超限报警,工艺参数可以打印输出,工件的喷丸强化质量得到可靠保障。

  完整的喷丸设备还需要钢丸回收循环使用系统,通风除尘系统,电器控制系统,必要的检测工具,例如弧高值测量仪、弧高值试片、试片夹具、检测覆盖率的放大镜或覆盖率检测仪等,限于篇幅,本文不再介绍。



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