发动机叶片喷丸强设备和工艺

在发动机中，叶片是其重要组成部件之一。由于发动机叶片为异形空间曲面、叶片较薄、外形复杂、承受负荷大、工作环境恶劣，因此叶片在制造完成后需要进行喷丸强化，以提高其疲劳强度和使用寿命，同时还能增强其抗腐蚀能力。

喷丸强化是目前提高零部件的使用寿命和疲劳强度的最实用和有效的方法之一。喷丸强化过程是使用压缩空气将大量的弹丸喷射到工件的表面上，在工件表面积累大量压应力，使叶片在交变疲劳应力下裂纹萌生和扩展的势垒提高，提高了抗腐蚀破坏和疲劳破坏的能力。另外，在喷丸强化过程中，表层组织在弹丸的大力打击下会发生动态再结晶，表层组织细化、残余应力值提高，可大大提高工件的疲劳强度。

1 叶片喷丸强化工艺的研究

叶片喷丸强化工艺的选择直接影响喷丸的效果。喷丸强化工艺参数主要包括喷丸介质、喷丸强度、覆盖率、表面粗糙度等。对于叶片而言，适当地控制喷丸工艺的参数，使应变层内的这些变化如组织结构的变化、相变以及残余应力场等均可能成为强化因素，是提高叶片弯曲疲劳和接触疲劳极限的强化机制。

1.1 喷丸介质

喷丸介质的选择主要受弹丸的直径、弹丸的形状的影响。发动机叶片应用的场合要求较高，一般选用直径为 0.6mm~0.8mm的弹丸。弹丸的形状直接影响喷丸的效果，应保证球面光滑、尺寸均匀。

1.2 喷丸强度

目前，喷丸强度值的测量是使用阿尔门试片确定。测量喷丸强度常用的试片有 N试片 (有色金属 )、A 试片 (最常用 )、C 试片 (更高强度 )三种。其测量原理是喷丸后将夹具撤除，测量试片经喷丸变形后的弧高，并以此弧高度定义为喷丸强度，如图 1 所示阁。对于弧高的测量可以使用喷丸强度测试仪，能增加测量的准确性。也可近似地以被喷金属表面残余压应力值和压应力层深度表示。叶片喷丸的残余压应力值要求不少于 2 .5 M P a ，压应力层深度要求为 0.03mm ~0.06mm。

1.3 覆盖率

喷丸覆盖率是指喷丸后工件上形成的凹痕覆盖的面积与工件表面的总面积的百分比。如果工件全部被凹痕覆盖，那么覆盖率为 10%，一般情况下覆盖率应大于等于 100% ，这样才能达到喷丸的目的。如果覆盖率超过 10%，相应的喷丸强化的时间也会按比例增加。叶片喷丸后覆盖率应达到 150%~ 200% 的要求。

1.4 表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间隔和峰谷所组成的微观几何形状特征，它是表征材料表面几何特征的参数之一。喷丸强化过程会引起工件的表面粗糙度的增大，造成零件的表面不光滑，在喷丸工程中，在达到喷丸要求的前提下应尽量减小喷丸后的粗糙度。发动机叶片喷丸后表面粗糙度要求为 R a 1 .6 ~ R a 3 .2 .

2 叶片喷丸强化设备的研究

喷丸强化机包括喷丸机强化室、提升机、螺旋输送、分离器、旋转工作台、夹具和除尘装置七部分，同时喷丸机采用数控操作的形式，喷丸强化室是喷丸设备的主要组成部分，为零件的喷丸强化提供了空间，提升机和螺旋输送是喷丸装置中回收弹丸的必备输送设备，分离器是用来将完整的弹丸与不完整的及其他杂质分离开，工作台上面可以直接放置用来夹紧发动机叶片的夹具装置，其旋转可以带动夹具及叶片旋转，实现更好的喷丸效果。

2.1 喷丸器设计

喷丸器的设计主要包括体喷送方式和喷丸室两个方面。喷送方式有吸送式和压送式两种。吸送式的工作原理如图 2所示。其特点是供料简单方便，但弹丸对工件的作用力小，物料容易破碎，不适用于发动机叶片喷丸强化的输送方式中。压送式的工作原理如图 3 所示。特点是操作维修简易、效率高，可用于喷丸强化装置中，对于发动机叶片的喷丸强化常采用压送式输送装置。

随着科学技术的不断发展，人们对喷丸强化室的要求也会越来越高，尤其是发动机叶片形状复杂有不同的曲面组成。在完成喷丸要求的同时，还应尽量提高工人的工作环境，减少环境污染。发动机叶片喷丸强化的喷丸强化室的尺寸设计为 1800mm× 1 800 mm × 2 50 0 m m ，其主要结构为室体钢板、内防护板、盖板、喷丸室大门、喷枪及密封装置，喷枪使用机械手夹持，可以根据叶片的曲面形状旋转移动进行喷丸，喷丸室的外形主要采用锥形下封头设计方式。在锥形下封头上面放置螺旋输送器，喷射到喷丸室的钢丸，滑落到螺旋输送器上。可以减少制造成本，大大提高工作效率。

2.2提升机和输送设备的设计

提升机和输送设备属于机械回收设备，由于斗式提升机设备制造简单，工作效率高，所以采用斗式提升机。斗式提升机(图4)主要由上部传动、料斗、和皮带、外罩、减速机组成。料斗的材料为 HT150，共有 31个，主要收集弹丸，外罩主要保护内部的传动不受影响，同时采用行星摆线针轮减速机。

输送设备选择螺旋输送。其结构较为简单，主要组成部分为钢管、螺旋片、圆筒、法兰、主动轮、从动轮、减速机。其工作原理为喷丸时所落下的弹丸经集丸斗落入回收螺旋输送机，由螺旋输送机输送到斗式提升机中，再由斗式提升机送人到储丸斗，经过完全分离筛选的丸料落人喷丸器，这样循环使用。

2 .3 分离器的设计

分离器是喷丸设备的关键部件之一，由前后端板、孔板、溜丸管、门、出风口组成。分离器的主要功能是将弹丸与其他杂质分离，从斗式提升机提升的丸料混合物，由螺旋输送机运送至分离器，同时，除尘风机通过分离器的风口将弹丸和破碎弹丸、粉尘有效分离。达到分离的效果。

2 .4 工作台及夹具的设计

工作台(图 5)的设计关键在于工作台底部的支撑。为了减轻轴和轴承承载的载荷，将工作台上盘设计成滚道的形式，同时工作台底座直接对其支撑，止推轴承和滚道同时承受轴向力，这样滚道在工作中起到辅助支撑的作用，为了减少工作台底座的体积及制造费用，工作台底座设计成转盘的形式。这样既能提高工作效率，又能提高设备的使用寿命。发动机叶片喷丸强化的夹具(图6)是直接夹紧叶片的榫头，这种夹具设计简单、实用。主要包括底座、固定块、滑块、夹紧件 (可更换 )、导向轴及电气装置等。发动机叶片的种类和数量较多，可以根据不同的榫头形状设计不同的夹紧件以便更换。

2.5 除尘装置的设计

喷丸设备的除尘装置是保证喷丸室内的能见度及喷丸的效果，目前的除尘设备主要有布袋除尘器、喷淋除尘器、双级涡旋除尘器、滤筒除尘器等等。由于滤筒除尘器除尘效果好、装拆方便、体积小等优点，本设计中选择滤筒除尘器。丸料进人重力风选区进行分离，同时粉尘被风机带人滤筒式除尘器进行收集，少量被风机排出大气。而大部分清洁丸料进入储丸室。最后钢丸通过流量控制阀进入抛丸器进丸口，进行重复循环。喷丸设备各个部分设计完成后，喷丸室的整体图如图 7 所示。