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噴丸噴砂房系統|航空航天裝備噴拋丸涂裝系統設備

發布時間:2020.07.23    作者: 良時集團
       金屬材料的疲勞、應力腐蝕、高溫氧化等力學、物理和化學性能,很大程度上取決于材料的表面完整性。所謂表面完整性是指表面粗糙度、表層殘余應力、表層顯微組織、表層致密度和表面形貌等狀態的完好程度。大量的航空零件失效分析表明,屬于疲勞失效的零件約占 80%,而材料的表面完整性是影響材料疲勞性能的重要因素之一。

        噴丸強化技術是一種材料表面機械冷加工方法,借助高速運動彈丸流或高能沖擊波撞擊材料的表面,使材料表層發生彈塑性變形,呈現較好的表面完整性,從而提高材料的抗疲勞強度、微動疲勞抗力及損傷容限性能的一種表面強化方法。在航空工業中,航空零件的表面完整性直接影響其使用性能和服役能力,特別是零件的疲勞使用性能。噴丸強化技術通過改變材料表面完整性顯著提高各類航空零部件的疲勞性能,且具有成本低、適應性強和操作方便等優點,在航空領域應用廣泛。目前,我國在控制零件表面質量方面主要是測定表面粗糙度及檢測表面缺陷,還沒有建立完善的表面完整性設計及檢測體系,通過噴丸強化技術調控表面完整性是提高航空零件質量可靠性的重要手段。

飛機部件數控噴丸強化設備

航天軍工裝備噴砂房系統

航天軍工裝備自動噴砂房系統

       噴丸強化在材料表層引入殘余應力場,其中靠近受噴材料表面一側呈現為殘余壓應力,板材單面噴丸強化后的表層殘余應力分布特征曲線如圖 1 所示。普遍認為殘余壓應力是提高工程材料抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能的重要強化機制,而且殘余壓應力值大小、壓應力層深度對工件疲勞強度或壽命影響顯著。因此,如何實現殘余應力分布特征的調控是該領域重要研究內容之一。

圖1  噴丸強化殘余應力層沿深度分布特征曲線

       殘余應力分布特征曲線包括 5個主要特征參數:表面殘余應力值、殘余壓應力深度、最大殘余壓應力及其位置、最大殘余拉應力。彈丸撞擊材料表面時,通常與材料表面產生近似的赫茲接觸,形成的最大彈性應力出現在材料次表面,所以通常噴丸強化最大殘余壓應力位于次表面。在某些情況下,殘余應力分布特征發生變化,例如噴丸強化采用低密度的玻璃彈丸介質時,由于入射動能小,其噴丸強化鈦合金和鋁合金的最大殘余壓應力值出現在表面。當噴丸強化工藝為濕式噴丸強化時,硬質合金或鈦合金也會出現表面殘余壓應力值最大的現象,因為濕式噴丸強度一般相對較低(為干噴丸強度的1/3~1/4),且陶瓷丸介質密度相對較小,但隨著噴丸強度或覆蓋率提高,最大殘余壓應力逐漸向次表面轉移。激光噴丸強化工藝,最大殘余壓應力值通常出現在表面,因為激光噴丸時金屬表面的吸收層吸收激光能量后氣化產生高溫高壓的等離子體,等離子體發生爆炸產生沖擊波作用于材料表面,沒有形成赫茲接觸;高壓空化水射流噴丸,其形成的最大殘余壓應力也出現在受噴材料表面

        噴丸強化工藝參數,如噴丸強度、噴丸時間、彈丸介質和彈丸流量的選取對殘余應力值大小與分布的影響明顯。較高噴丸強度下,彈丸入射階段具有更大動能,接觸區受噴材料應力集中程度更大、變形層更深,所以最大殘余壓應力值提高、殘余壓應力層變深,但噴丸強度過大可能獲得相反的效果,主要由于應力松弛和表面剝層等因素的影響。噴丸時間作用主要局限于飽和時間內,最大殘余應力值和應力層深度隨噴丸時間延長而增加,達到飽和后數值基本穩定不變。彈丸流量直接影響到彈丸動能和 100%覆蓋率時間,在一定噴丸氣壓下,彈丸流量大則噴丸飽和時間短,噴丸強度下降,進而影響殘余壓應力的大小及分布。彈丸直徑越大,噴丸強化越容易產生更深的殘余壓應力層。

飛機部件噴丸房系統

飛機起落架噴砂系統

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        航空工業對其零件有很高的要求,不但要求零件材料輕,而且要求它們能夠 在極其惡劣的環境下承受極端的載荷。借助于保護零件表面免遭外部破壞以及延 長疲勞壽命,我們的噴丸強化表面處理技術能夠大大改善零件的整體性能。航空工業使用的絕大多數零件,包括飛機骨架、機翼、發動機、發動機葉片 、葉片榫頭、葉片轉盤、起落架、驅動裝置、或傳動零件(齒輪),均采用精控 噴丸處理技術滿足其材料的性能指標。

       噴丸強化是高速運動的彈丸流噴射材料表面并使其表層發生 塑性變形的過程。噴丸過程中彈丸反復打擊材料的表面,最終在 材料表面附近造成一塑性變形層即具有一定深度的強化層,噴丸 強化合理引入表面塑性變形層的可使材料疲勞性能及抗應力腐蝕 性能獲得明顯改善。根據材料在強化時產生塑性變形層、形變層 內的晶粒細化和金相組織的變化可分為下述三種強化:

1、殘余壓應力場(應力強化) 
2、變形顯微組織(組織強化)
3、殘余奧氏體向馬氏體轉變(相變強化)
噴丸分類:噴丸按應用范圍常分為三種類型:
①噴丸強化(強力噴丸)②噴丸成形③噴丸清理。

噴丸強化是一項應用廣泛的表面強化技術,其工藝操作簡便和強化效果顯著特點,是用來改善和提高零構件的 疲勞和應力腐蝕斷裂抗力的一種有效方法。

凡具備下述特征的零構件,應優先考慮采用表面噴丸強化處理。
A) 承受交變載荷并且容易產生疲勞失效的重要承力件
B)在恒定載荷和腐蝕環境共同作用的易產生應力腐蝕(或氫脆)失效的重要 承力件 
C) 拉伸強度超過1400MPa的各種鋼鍛件 
D) 需要進行電鍍Cr、Ni、Ni+Cd、Cd+Ti等的鋼零構件 

E) 需要陽極化處理的高強鋁合金零構件

F) 帶有應力集中部位(如內外圓角、鍵槽、焊縫、工具標記、壓印標記以 及結構上的突變區域等)
G) 焊縫左右約30mm的區域 
H) 各類螺旋壓縮彈簧

評價噴丸強化效果的方法包括:1、表面粗糙度測量 2、殘余應力測定 3、顯微組織分析 4、顯微硬度測試疲勞強 度試驗。要達到預期的噴(拋)丸強化效果要嚴格控制其三大要素(1、設備 2、介質 3、工藝參數)

噴丸強化工藝參數:

飛機專用涂裝房

航空鍛件專用熱處理噴丸室

航空設備等離子噴涂室


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上海良時智能科技股份有限公司,為全球客戶提供表面處理系統解決方案,從業20多年,是一個集研發、設計、制造、工程安裝、工程咨詢于一體的專業化制造及自動化智能控制系統集成公司,能為客戶解決:

  1、表面處理噴拋丸、噴丸強化設備、熱噴涂和涂裝設備工藝系統解決方案和工藝裝備;
       2、自動化和機器人應用工藝系統解決方案和工藝裝備;
       3、食品乳品、制藥、生物、制冷、石油化工、船舶制造、能源、造紙、紡織系統領域承壓系統集成整體解決方案;
       4、涂裝環保設備:VOC廢氣、廢水、粉塵處理和噪音治理系統工藝解決方案和工藝裝備。

 

企業主導產品如下:

主營業務:表面處理工程系統集成的設計、研發、生產和銷售。

六類主要產品:自動化涂裝生產線、智能機器人噴涂系統、自動化噴拋丸生產線、智能機器人噴拋丸強化系統、自動化熱噴涂系統、涂裝節能環保設備。

產品主要應用于:新材料、新能源、工程機械、汽車制造、集裝箱、船舶海洋工程、航空航天、港口橋梁、電子電氣、環保工程、印刷造紙機械、醫療機械、紡織機械等領域。

主要客戶群:航空航天航母、陸海軍軍工、汽車機車動車、石油化工電力、船舶海工港口機械、新材料新能源、重工裝備、農機工程機械和機械制造裝備等。

公司生產的表面工程系統集成具備智能、自動化的特點,可實現工業生產過程自動化控制,因而屬于自動化裝備。根據《高端裝備制造業“十二五”規劃》中對高端裝備的定義“主要包括傳統產業轉型升級和戰略性新興產業發展所需的高技術高附加值裝備”,公司產品屬于高端裝備,是為國民經濟其他行業提供技術裝備的戰略性產業。

 

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