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建立健全的提高零部件疲劳断裂抗力的喷丸形变强化工程的重要性!

  • 建立健全的提高零部件疲劳断裂抗力的喷丸形变强化工程的重要性!
  • 发表时间:2016-08-24 09:29
  • 纵观近百年来表面强化处理工艺的发展历史,制造业在实际生产中曾用来旨在改善零部件疲劳性能并具有一定成效的工艺技术,主要有:

       ⑴降低零部件表面粗糙度、提高表面光洁度的表面冷加工工艺:精车(铣),磨削加工,机械抛光、电解抛光等。⑵表面化学热处理工艺:渗碳、渗氮、碳氮共渗等。⑶表面淬火处理工艺:表面火焰淬火,表面感应淬火。⑷表面激光处理工艺。⑸表面形变强化处理工艺:包括内孔形变强化处理工艺(内孔挤压,内孔喷丸等)和型(表)面形变强化处理工艺(表面滚压、振动冲击、金刚石辗压、喷/抛丸等)。⑹表面符合强化工艺:表面淬火+喷丸,表面化学热处理+喷丸等。

     

    上述各种工艺在一定条件下都能起到改善零部件疲劳性能的作用,但也都存在一定的局限性。如表面渗碳工艺对提高齿轮齿面的接触疲劳和齿根的弯曲疲劳强度极为有效,但却不适用于其他零部件(焊接结构件、轴类件等)和有色金属零件。又如旨在降低表面粗糙度的表面加工工艺,虽无材质方面的限制,但它一方面又受到零件几何形状的限制,另一方面又受到加工成本和工艺本身的局限,不能无限制地提高零部件的表面粗糙度等级,其适应性也受到极大的限制。然而,唯独表面形变强化中的喷丸形变强化工艺,一不受材料种类的限制,二不受材料静强度的限制,三不受零部件几何形状和尺寸大小的限制,就其强化效果而言也是至今其他任何一种强化工艺无法比拟的。因此,与现今存在的所有加工工艺来比,喷丸工艺一跃而成为佼佼者,一问世就立刻引起工业发达国家机器制造业的极大关注,并获得了广泛的应用。其中航空和军工制造业更是一马当先,将该工艺用于各种承受循环载荷的重要零部件,以提高其可靠性和耐久性,取得了显著的成效。

    20世纪20~30年代发现喷丸处理具有改善零件疲劳性能的功效后,在凯迪拉克汽车的气门簧上率先得到了应用,随后很快推广到汽车制造业。但是,该工艺的长足发展并逐步走向完善还是在航空和军工制造业的扩大应用中完成的。

    为使喷丸工艺迅速而正确的发展,没过1948年颁发了《宇航材料规范》(AMS2430),随后又颁发了没过军用规范《金属零件喷丸》(MIL – S – 13165),1952年颁发了《SAE喷丸手册》(SAE J808a)。为建立喷丸强化质量的检验和控制标准,美国钢铁技术协会、材料与试验学会以及汽车工程师学会等制定并颁布了下列各种标准:《喷丸用的试片、固定夹具和测具》(SAE J444a),《铸造丸》(SAE J827),《喷丸用玻璃丸尺寸的分类及特征》(SAE J1173)。

    为解决制造业零部件喷丸处理的“无米之炊”,原从事抛丸清理庞大的铸造机械制造业自动加快地加入到制造喷/抛丸强化机床的行列之中。由此,在短短不到20年的时间里,逐步创建了一个崭新的较为健全的喷丸形变强化工程。图1诠释了构成该工程的主要内容。

    至20世纪70年代,我国的机械制造业中基本上没有正规的抛丸强化工艺规范,无任何标准文件,没有质检手段与方法,至于该工艺在新产品上的应用就更是凤毛麟角。60年代中为解决喷气发动机零件的疲劳断裂,航空修理厂开始摸索应用该工艺,立即获得极大的成功,喷丸处理使涡轮叶片的使用寿命延长2.23倍。为在航空制造业中推广应用,1981年航空部率先制定并颁布了我国第一个《航空零件喷丸强化通用说明书》(HB/Z26),随后又制定了为检验和控制强化工艺质量的《孤高度试片实物标准》(实物标准号为SGB A69001 – 86,1990年12月4日由国家技术监督局批准)。就是在这种条件下,我国的专家学者一方面开展了喷丸强化的应用基础理论研究,另一方面在我国机器制造业的各个领域里开展了推广应用。凡经喷丸处理的零部件,其疲劳断裂抗力均获得惊人的提高。如北京公交车变速箱齿轮、轴、汽泵弹簧等,喷丸处理后在寿命期内不再发生疲劳破坏;解决了武钢1.8m扎机大模数中载齿轮的喷丸处理,代替进口齿轮成功的投产使用;对渤海油田采油平台辊子链条采用喷丸处理后,其使用寿命由未喷丸的2000h一跃增长到20000h,达到进口相同链条的寿命;经喷丸处理的歼灭机起落架,其使用寿命延长1倍;经喷丸处理的弹簧,其寿命达到洲际火箭的设计寿命要求,等等。改革开放为机械制造业注入了新的生机,外商的机械零部件规定必须喷丸处理,汽车、汽轮机、工程继续等的合资、独资以及转包生产的飞机零部件够有喷丸强化处理的规定。至此,制造业才开始发现自己已经走到了“无米之炊”的境地。此时,一些大型铸造机械制造厂看到了一个迅速研发喷丸强化机床的机遇已经到来,于是开始由仿制到自行设计研制强化机床,以满足机器制造业的迫切需求。时至今日,国内对喷丸强化机床制造能力,已由一般简单的机械离心式、气动式的抛/喷丸强化机床,发展到了3-6轴联动的数控强化机床,目前国内企业有上海开信、良时、百宝、东方众联、博特亚等。

    关于喷丸介质,上世纪60年代便生产出强化用的玻璃丸,主要供航空工业使用。随后又由航空航天工业部621研究所制定了标准上报,1990年12月4日国家技术监督局批准为国家实物标准,编号和名称:GSBQ34001 – 90 喷丸强化用玻璃珠。随后又有铸铁丸和铸钢丸问世,而在尺寸规格方面与国际标准接轨还是70年代之后。改革开放后,才有钢丝切丸产品上市,但其原材料大都取自旧轮胎中拆出的旧钢丝。这种切丸强韧性和形状尺寸等远达不到国际通用标准的要求。目前国内企业如赛普优特、奥力斯特科技、中船新材料、大奇新材料、新浦瑞等企业生产的强化切丸的钢丝化学成分、尺寸规格、硬度、几何外形均所能达到的标准状况。

    综上所诉,由上世纪90年代起,到本世纪初短短的20来年,特别是汽车制造业的崛起和风电发电工业的开发,极大地刺激了整个弹簧行业和齿轮制造业的蓬勃发展,由此又带动了喷丸机床设备、喷丸强化用介质以及喷丸工艺技术三大要素的发展。现在可以讲,我国现今已初步具备了一个由现代数控喷丸强化机床设备、现代喷丸介质以及建立在强化基础理论的喷丸强化工艺技术等三大要素,并由这三大要素构成了我国“喷丸形变强化工程”的邹形。依靠整个社会同行业工程技术人员的共同合作,不久我国将会建成一个与国际接轨的完备的喷丸形变强化工程,为提高现代机器制造业零部件的疲劳断裂抗力(包括应力腐蚀和氢脆等延迟断裂抗力)作出更大的贡献。

    生产工艺是现代生产和科学研究的中心,工艺技术在逐渐成为国际科学发展的主宰,只有采用先进的工艺技术制造出的现代零部件,才能在国际市场的竞争中立于不败之地。

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