葉片鋼丸振動強化技術(shù)

李深亮++喬思佳

摘 要：本文闡述了葉片強化設(shè)備以及用于裝夾葉片夾具的基本原理。通過采用不同的強化方式和強化時間對葉片進(jìn)行強化試驗，對比鋼丸強化和振動光飾兩種方法對葉片表面粗糙度、型面尺寸和表面壓應(yīng)力的影響。

關(guān)鍵詞：葉片制造；鋼丸振動強化；壓應(yīng)力；振動光飾

中圖分類號：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

國內(nèi)外航空企業(yè)廣泛使用表面強化的方法來提高葉片表面壓應(yīng)力，進(jìn)而提高葉片疲勞性能，以減少葉片在工作中疲勞斷裂的發(fā)生，達(dá)到增加葉片可靠性的目的。噴丸和振動光飾是常見的葉片方法，噴丸強化過程控制較復(fù)雜，要求較嚴(yán)格，設(shè)備昂貴，同時也存在著噴丸后葉片的表面質(zhì)量降低，型面產(chǎn)生變形等缺點。振動光飾過程較簡單，可以提高葉片表面質(zhì)量，但表面應(yīng)力提升能力不強。

針對鋼丸強化技術(shù)的試驗工作，自行設(shè)計制造了鋼丸強化機(jī)和與之配套使用的強化使用的夾具，并進(jìn)行葉片鋼丸強化和振動光飾的振動時間等工藝參數(shù)進(jìn)行摸索。

1.鋼丸強化原理

葉片強化的介質(zhì)是高硬度且表面質(zhì)量較好的鋼球，葉片和鋼丸共置于強化機(jī)的箱體中，在電機(jī)帶動下，箱體運動進(jìn)行振動，帶動鋼球運動，其強化作用是靠鋼球的撞擊和擠壓葉身產(chǎn)生的。

葉片固定于可旋轉(zhuǎn)的夾具上，在鋼丸的沖擊下，夾具隨之轉(zhuǎn)動，在葉片運動方式固定的情況下，葉片的位置在逐漸變化，使葉片葉身受到均勻的強化作用，而不是像振動光飾那樣葉片在強化鍋中無限制的運動。

2.鋼丸強化設(shè)備與夾具

葉片鋼丸強化機(jī)的基本工作過程是：電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動力通過偏心扭轉(zhuǎn)軸將扭矩傳遞給箱體，箱體則隨之產(chǎn)生具有一定振幅和頻率的振動，箱體中裝有鋼丸和帶葉片的夾具。通過鋼丸撞擊和擠壓葉片，在葉身產(chǎn)生了強化的效果。鋼丸強化機(jī)的減震裝置是靠裝有空氣的氣囊，壓縮空氣經(jīng)過過濾器和調(diào)壓閥后進(jìn)入氣囊，通過調(diào)整氣囊中空氣的壓力。氣囊卸壓后，箱體的重量由支板承擔(dān)。

葉片強化用夾具的作用是對葉片進(jìn)行固定，夾具與葉片一起在強化機(jī)的箱體中轉(zhuǎn)動，夾具要保證葉片的葉身在箱體中與鋼丸的運動方向垂直。

3.強化試驗

3.1 實驗材料

（1）設(shè)備：鋼丸強化機(jī)、振動光飾機(jī)ZL-55。

（2）強化介質(zhì)

鋼丸：材料：GCr15，硬度：HRc 55～60，尺寸：Φ3.5mm。

灰色三角陶瓷塊：尺寸：10×10× 10mm。

（3）對象：某葉片，數(shù)量：12片材料：GH150。

3.2 實驗方法

（1）葉片標(biāo)號并型面進(jìn)行測量，記錄數(shù)據(jù)。

（2）在葉片指定位置檢查表面粗糙度并記錄數(shù)據(jù)。

（3）在葉片指定位置檢查表面壓應(yīng)力并記錄數(shù)據(jù)。

（4）進(jìn)行的葉片強化試驗。

（5）對強化后的葉片型面進(jìn)行測量并記錄數(shù)據(jù)。

（6）對強化后的葉片指定位置檢查表面粗糙度、壓應(yīng)力并記錄數(shù)據(jù)。

4.試驗結(jié)果

4.1 鋼丸強化對葉片表面質(zhì)量的影響

（1）鋼丸強化能夠提高葉片的表面質(zhì)量

由圖1可以看出，鋼丸強化可以提高葉片的表面質(zhì)量，葉片表面在鋼丸的柔性沖擊下，降低了葉片表面型面的微觀不平度，使葉片的表面質(zhì)量得到提高。

（2）鋼丸強化時間與葉片表面質(zhì)量的關(guān)系

由圖1的數(shù)據(jù)可以看出，葉片表面質(zhì)量沒有隨著鋼丸強化時間的增加而提高，而是在一定范圍內(nèi)變化。也就是說，鋼丸強化降低葉片表面微觀不平度的能力是有一定限度的。

（3）鋼丸強化與振動光飾對葉片表面質(zhì)量的影響

由圖2可以看出，鋼丸強化后的葉片表面質(zhì)量的不低于經(jīng)過振動光飾的葉片表面質(zhì)量。

（4）葉片鋼丸強化后，感觀質(zhì)量優(yōu)于振動光飾。

兩種強化方式所得到的葉片表面質(zhì)量是基本相當(dāng)?shù)?，但從實物的感觀來看，鋼丸強化后的葉片表面亮度要好于振動光飾。

（5）葉片鋼丸強化后，葉片表面質(zhì)量符合設(shè)計圖要求。

由圖1可以看出，鋼丸強化后的葉片表面粗糙度值遠(yuǎn)小于設(shè)計圖要求的Ra0.4，這種強化方法能夠使葉片表面質(zhì)量符合設(shè)計圖要求。

4.2 鋼丸強化對葉片型面的影響

（1）鋼丸強化引起葉片型面的變化。

進(jìn)行鋼丸強化的葉片，在鋼丸的沖擊和擠壓下，在葉片表面形成了冷作硬化層，因而使葉片表面的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，由于達(dá)到了新的應(yīng)力平衡，引起葉片型面的變化大于振動光飾葉片型面變化。如圖3所示。

（2）葉根的變化要小于葉尖的變化。

由圖3所示，經(jīng)過鋼丸強化的葉片接近榫頭的葉根其變形程度要小于遠(yuǎn)離榫頭的葉尖。

4.3 鋼丸強化對葉片表面壓應(yīng)力的影響

（1）鋼丸強化可以顯著提高葉片表面壓應(yīng)力

葉片鋼丸強化是使鋼丸對葉片表面產(chǎn)生擠壓和沖擊，使葉片表面產(chǎn)生冷作硬化層，葉片表面由原來的拉應(yīng)力變成壓應(yīng)力，由圖4可以看出，葉片表面壓應(yīng)力有顯著的提高。

（2）鋼丸強化的壓應(yīng)力值隨著鋼丸強化時間的增加而升高，

由圖5可以看出，在不同的強化時間下，葉片表面壓應(yīng)力的值是不同的，隨著葉片表面強化的時間增加，葉片的表面壓應(yīng)力也增大，但增幅是越來越小的。

結(jié)論

鋼丸強化能夠顯著提高葉片表面質(zhì)量，包括表面的粗糙度和應(yīng)力狀態(tài)，同時也會引起葉身型面的變化，主要變形位置在葉尖。鋼丸強化的強化效果明顯，壓應(yīng)力值在500MPa～800MPa之間。

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