CN114136730A - 一种喷丸验证装置及验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷丸验证装置，其包括零件模拟模块和模拟试样，零件模拟模块和模拟试样均具有与待加工零件相同的待喷丸表面，零件模拟模块上开设有通孔，模拟试样可拆卸地安装在通孔中，当模拟试样安装在通孔中时，模拟试样的待喷丸表面与所述零件模拟模块的待喷丸表面相互衔接。本发明克服了传统规范喷丸强度验证局限性导致零件圆角、倒角、内孔、相贯孔等部位喷丸强度验证不准确的问题，为喷丸强化工艺提供了一套简单可靠的强度验证新方案，能够准确检测零件内孔、相贯孔、台阶孔、圆角、倒角等各部位喷丸残余应力值，本发明的验证装置简单可靠，重复性高，维护成本低，通用性强，能够适用所有类型喷丸强化领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷丸验证装置及验证方法，属于喷丸强化加工技术领域。
背景技术
金属零件通过喷丸可以显著提高疲劳强度，喷丸产生的浅压痕可以作为一个油承，而且做为硬化的结果，减少了磨擦腐蚀，提高了零件的30％左右的疲劳寿命。喷丸强化其机理是在表面层或深表层引入残余压应力场。材料中存在的残余应力是材料在使用过程中产生变形和开裂的重要原因，将影响构件的静强度、疲劳强度、抗应力腐蚀能力及形状尺寸的稳定性等，喷丸强度的高低直接影响喷丸压应力场。由于金属表面喷丸强化后具有众多优点，因此喷丸处理广泛应用于航空航天领域。
为了验证喷丸处理后产品是否达到了设计要求，目前通常按照SAEJ443标准采用Almen试片验证方法进行强度推导方式验证喷丸强度，由于Almen试片用材料均为SAE1070冷轧钢材料，且平面尺寸为19mm×76mm，一旦遇到零件尺寸小于Almen试片，如小孔、倒角、圆角、相贯孔、内孔圆弧面及凹槽等(如图1中粗实线部位所示)就无法通过Almen试片准确验证该部位的喷丸强度，使得零件的质量控制存在一定盲区。对于内孔圆角和倒角部位喷丸覆盖率不能直接用放大镜检查。为能够确保喷丸零件各部位喷丸压应力场满足设计规范要求，必须要能够对零件的特殊区域进行精确的喷丸验证。
发明内容
为了克服Almen试片无法验证零件的特殊区域的技术问题，本发明提供一种喷丸验证装置及验证方法，具体技术方案如下。
一种喷丸验证装置，其特征在于，包括零件模拟模块和模拟试样，所述零件模拟模块和模拟试样均具有与待加工零件相同的待喷丸表面，所述零件模拟模块上开设有通孔，所述模拟试样可拆卸地安装在所述通孔中，当所述模拟试样安装在所述通孔中时，所述模拟试样的待喷丸表面与所述零件模拟模块的待喷丸表面相互衔接。
采用上述的技术方案，对于难以安装Almen试片的特殊区域，利用上述喷丸验证装置可以做到完整精确地模拟喷丸的实际情况。模拟试样的待喷丸表面与零件模拟模块的待喷丸表面相互衔接，是指模拟试样和零件模拟模块的待喷丸表面相互平滑的过渡，形成大致上没有高度突变的待喷丸表面，尽量还原零件的真实喷丸表面。当零件模拟模块和模拟试样组合后，对其进行喷丸处理，然后将模拟试样从通孔中取出，通过对模拟试样进行残余应力检测和覆盖率检测，能够充分准确的验证零件内孔、相贯孔、台阶孔、圆角、倒角等特殊部位的残余应力值，防止喷丸处理后的零件出现残余应力检测盲区。一个零件模拟模块上能够按照若干个模拟试样，用来验证不同部位的喷丸情况。
进一步地，所述模拟试样呈长条状或者柱状，所述模拟试样的一端具有内螺纹孔和膨胀缺口，所述膨胀缺口的延伸方向和所述内螺纹孔的延伸方向相同；所述模拟试样的另一端的端面为所述待喷丸表面；所述模拟试样通过锥面螺钉可拆卸地固定在所述通孔中，所述锥面螺钉与所述内螺纹孔螺纹连接，且所述锥面螺钉的锥面抵接于所述模拟试样的端部。通过膨胀缺口和锥面螺钉的设置，能够十分简便地将模拟试样可拆卸地固定在零件模拟模块的通孔中。
进一步地，所述零件模拟模块包括圆筒制件、相贯孔制件、外表面凹槽制件中的一种或多种。
进一步地，所述圆筒制件包括三段内孔：第一内孔、第二内孔和第三内孔，所述第二内孔的直径小于所述第一内孔的直径，也小于小于所述第三内孔的直径，所述第一内孔和所述第二内孔通过圆角过渡，所述第二内孔和所述第三内孔通过倒角过渡；所述模拟试样的待喷丸表面为圆弧面、圆角内孔表面、圆角及平面内孔表面、斜角内孔表面、斜角及平面内孔表面中的至少一种。利用圆筒制件能够对圆筒内零件的所有内孔特殊部位进行喷丸验证。
进一步地，所述相贯孔制件包括两个相互连通的相贯内孔，所述模拟试样沿着相贯交叉位置间隔设置若干个，所述模拟试样的待喷丸表面同时具有两个相贯内孔的内孔表面。相贯孔制件有利于对相贯线周边区域进行喷丸验证。
进一步地，所述外表面凹槽制件包括底板和固定设置在所述底板上相互平行的第一凸条和第二凸条，所述第一凸条和所述底板之间通过圆角过渡，所述第二凸条和所述底板之间通过倒角过渡，所述圆角和所述倒角位于所述第一凸条和第二凸条之间；所述模拟试样的待喷丸表面为圆角面、圆角面及平面、平面、倒角面、倒角面及平面中的至少一种。利用第一凸条和第二凸条形成凹槽，利用外表面凹槽制件能够对零件的凹槽特殊部位进行喷丸验证。
基于同一发明构思，本发明还涉及一种喷丸验证方法，其采用上述的喷丸验证装置，主要包括以下步骤：
1)、根据待加工零件的形状和尺寸制作零件模拟模块和模拟试样，使得零件模拟模块和模拟试样均具有与待加工零件相同的待喷丸表面；
2)、将所述模拟试样安装在所述通孔中；
3)、对零件模拟模块和模拟试样进行喷丸处理，喷丸处理后将所述模拟试样从通孔中取出进行残余应力检测。
本发明克服了传统规范喷丸强度验证局限性导致零件圆角、倒角、内孔、相贯孔等部位喷丸强度验证不准确的问题，为喷丸强化工艺提供了一套简单可靠的强度验证新方案。通过设计不同类型的圆筒制件、相贯孔制件、外表面凹槽制件，模拟金属零件内外受喷表面起伏结构，对圆角、倒角、台阶圆、相贯孔和圆弧布置通孔，有效的模拟了金属制件的受喷表面。试样喷丸后进行残余应力检测和覆盖率检测，能够准确检测零件内孔、相贯孔、台阶孔、圆角、倒角等各部位喷丸残余应力值。该方法简单可靠，重复性高，维护成本低，通用性强，能够适用所有类型喷丸强化领域。
附图说明
图1是具有阶梯孔的套筒零件示意图；
图2是实施例1的圆筒制件的立体示意图；
图3是实施例1的圆筒制件的剖面图；
图4是实施例1的圆筒制件安装模拟试样后的示意图；
图5是模拟圆弧面的模拟试样；
图6是模拟圆角内孔表面的模拟试样；
图7是模拟圆角及平面内孔表面的模拟试样；
图8是模拟斜角内孔表面的模拟试样；
图9是模拟斜角及平面内孔表面的模拟试样；
图10是实施例2的相贯孔制件的立体示意图；
图11是实施例2的相贯孔制件喷丸示意图；
图12是实施例2的相贯孔制件安装模拟试样后的示意图；
图13是实施例2的相贯孔制件安装模拟试样后的剖视图；
图14是实施例3的相外表面凹槽制件的正视图；
图15是实施例3的相外表面凹槽制件的俯视图；
图16是实施例3的相外表面凹槽制件的立体示意图。
图中：圆筒制件1、模拟试样2、膨胀缺口3、锥面螺钉4、通孔5、相贯孔制件6、外表面凹槽制件7、底板7.1、第一凸条7.2、第二凸条7.3、喷枪8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
为了能够准确的对圆筒类零件的内表面进行喷丸验证，将零件模拟模块设置为通用性强的圆筒制件1，如图2所示。内孔制件(10)设计有3段不同直径的内孔，分别是第一内孔D1、第二内孔D2和第三内孔D3，第二内孔D2的直径小于第一内孔D1的直径，也小于小于所述第三内孔D3的直径，第一内孔D1和第二内孔D2通过圆角过渡，第二内孔D2和第三内孔D3通过倒角过渡；三段内孔的直径以及圆角过渡、倒角过渡设置为与金属零件的实际尺寸相同，这样圆筒制件1具备与待加工零件相同的待喷丸表面(内孔表面)。同时，第一内孔D1和第三内孔D3的外端分别具有圆角和倒角。
根据喷丸验证需要，可以在圆筒制件1的不同部位开设通孔5用于安装模拟试样2，如图2-3所示。
如图4-5所示，模拟试样2呈柱状，模拟试样2的一端具有内螺纹孔(未图示)和膨胀缺口3，膨胀缺口3的延伸方向和内螺纹孔的延伸方向相同；模拟试样2的另一端的端面为待喷丸表面；模拟试样2通过锥面螺钉4可拆卸地固定在通孔5中，锥面螺钉4与内螺纹孔螺纹连接，且锥面螺钉4的锥面抵接于模拟试样2的端部。锥面螺钉4拧入试样的膨胀缺口3后会使得模拟试样2的端部膨胀，使得模拟试样2能够与通孔5进行紧固配合。将配合好的不同类型的模拟试样2***对应通孔5内，如图4所示顺序分布，模拟试样2的安装方向和深度应按照模拟受喷表面状态进行定位。即当模拟试样2安装在通孔5中时，模拟试样2的待喷丸表面与圆筒制件1的待喷丸表面(内壁)相互衔接。
如图4所示，模拟试样2从左到右依次分布，分别用于模拟圆角内孔表面、圆弧面、圆角内孔表面、圆角及平面内孔表面、斜角内孔表面、斜角及平面内孔表面和斜角内孔表面。其中，用于模拟圆弧面、圆角内孔表面、圆角及平面内孔表面、斜角内孔表面、斜角及平面内孔表面的模拟试样2如图5-9所示。
当圆筒制件1和模拟试样2组合后，对其进行喷丸处理，采用与模拟金属制件相同喷丸参数进行喷丸强化，将喷丸后的模拟试样2，采用螺丝刀将锥面螺钉4进行拆卸，取出各类型模拟试样2，分别做好标记。使用残余应力检测仪对各类型的模拟试样2进行检查，确定圆筒制件1各部位喷丸残余压应力的分布情况，验证所有喷丸部位是否满足要求。
其中，模拟试样2的外圆和通孔5公差控制在0.2mm以内，有利于模拟试样2的重复装配和膨胀的紧固。
为了准确地反应喷丸结构，对每一部位的模拟所采用的模拟试样2不少于3个，比如对圆角内孔表面的模拟，需要将3个以上的模拟试样2在圆周方向上均匀间隔布置。
圆角和倒角区域的模拟试样2数量较多，模拟试样2的布置需要进行合理化处理，比如圆周方向上相隔30°角度均匀排布。避免通孔5重合相同，模拟试样2布置相互干涉。
其中，模拟试样2的大小根据残余应力检测设备精度而定，其最小直径应大于最小检测光斑直径的2倍。
在进行喷丸处理前，需要对圆筒制件1和模拟试样2进行热处理，热处理状态需要与喷丸金属零件热处理状态一致，例如：淬火+回火，固溶+时效，完全退火+去应力退火等。圆筒制件1和模拟试样2表面硬度应与喷丸的金属零件表面硬度要求范围相同。
实施例2
为了能够准确的对相贯内孔零件的内表面进行喷丸验证，将零件模拟模块设置为相贯孔制件6，如图10所示。
为能够充分模拟两个相贯孔内重叠喷丸区域喷丸强化，相贯孔制件6设计有两个D4和D5相互连通的相贯内孔，其内孔长度根据喷丸金属零件情况可以进行调整。
如图2所述，两个喷枪8进行喷丸处理时，会在相贯线附近形成4中类型的受喷表面，为了能够充分验证如图11所示4类受喷类型，需要在相贯孔制件6相贯交叉位置处均匀分布通孔5，如图10-13所示，共计17个通孔5，这样能够均匀反应相贯孔内部不同角度位置强化情况。每一个通孔5中均安装模拟试样2，模拟试样2的安装方式与实施例1相同。模拟试样2的端面能够模拟相贯区域的喷丸表面，同时具有两个相贯内孔的内孔表面特征。
当相贯孔制件6和模拟试样2组合后，对其进行喷丸处理，采用与模拟金属制件相同喷丸参数进行喷丸强化，将喷丸后的模拟试样2，采用螺丝刀将锥面螺钉4进行拆卸，取出各类型模拟试样2，分别做好标记。使用残余应力检测仪对各类型的模拟试样2进行检查，确定相贯孔制件6各部位喷丸残余压应力的分布情况，验证所有喷丸部位是否满足要求。
实施例3
为了能够准确的模拟金属制件外表面凹槽、圆角、倒角等喷丸部位进行喷丸验证，将零件模拟模块设置为外表面凹槽制件7，如图14-16所示。
如图14所示外表面凹槽制件7包括底板7.1和固定设置在底板7.1上相互平行的第一凸条7.2和第二凸条7.3，第一凸条7.2和底板7.1之间通过圆角过渡，第二凸条7.3和底板7.1之间通过倒角过渡，圆角和倒角位于第一凸条7.2和第二凸条7.3之间，第一凸条7.2和第二凸条7.3之间形成凹槽；当如也可以在底板7.1的两端分布设置圆角和倒角。外表面凹槽制件7根据受喷零件外表凹槽深度确定凹槽尺寸的深度H和宽度L实际尺寸。
根据喷丸验证需要，可以在外表面凹槽制件7的不同部位开设通孔5用于安装模拟试样2，如图15所示，从左到右依次分别用于模拟倒角面(对应于外表面倒角)、圆角面及平面(对应于外表面凹槽圆角区域)、圆角面、平面(对应于凹槽底部)、倒角面、倒角面及平面(对应于外表面凹槽倒角区域)、圆角面。
每一个通孔5中均安装模拟试样2，模拟试样2的安装方式与实施例1相同。模拟试样2的端面能够模拟凹槽、圆角、倒角等喷丸外表面。
当相贯孔制件6和模拟试样2组合后，对其进行喷丸处理，采用与模拟金属制件相同喷丸参数进行喷丸强化，将喷丸后的模拟试样2，采用螺丝刀将锥面螺钉4进行拆卸，取出各类型模拟试样2，分别做好标记。使用残余应力检测仪对各类型的模拟试样2进行检查，确定相贯孔制件6各部位喷丸残余压应力的分布情况，验证所有喷丸部位是否满足要求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种喷丸验证装置，其特征在于，包括零件模拟模块和模拟试样(2)，所述零件模拟模块和模拟试样(2)均具有与待加工零件相同的待喷丸表面，所述零件模拟模块上开设有通孔(5)，所述模拟试样(2)可拆卸地安装在所述通孔(5)中，当所述模拟试样(2)安装在所述通孔(5)中时，所述模拟试样(2)的待喷丸表面与所述零件模拟模块的待喷丸表面相互衔接。
2.根据权利要求1所述的一种喷丸验证装置，其特征在于，所述模拟试样(2)呈长条状或者柱状，所述模拟试样(2)的一端具有内螺纹孔和膨胀缺口(3)，所述膨胀缺口(3)的延伸方向和所述内螺纹孔的延伸方向相同；所述模拟试样(2)的另一端的端面为所述待喷丸表面；所述模拟试样(2)通过锥面螺钉(4)可拆卸地固定在所述通孔(5)中，所述锥面螺钉(4)与所述内螺纹孔螺纹连接，且所述锥面螺钉(4)的锥面抵接于所述模拟试样(2)的端部。
3.根据权利要求1所述的一种喷丸验证装置，其特征在于，所述零件模拟模块包括圆筒制件(1)、相贯孔制件(6)、外表面凹槽制件(7)中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种喷丸验证装置，其特征在于，所述圆筒制件(1)包括三段内孔：第一内孔、第二内孔和第三内孔，所述第二内孔的直径小于所述第一内孔的直径，也小于小于所述第三内孔的直径，所述第一内孔和所述第二内孔通过圆角过渡，所述第二内孔和所述第三内孔通过倒角过渡；所述模拟试样(2)的待喷丸表面为圆弧面、圆角内孔表面、圆角及平面内孔表面、斜角内孔表面、斜角及平面内孔表面中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种喷丸验证装置，其特征在于，所述相贯孔制件(6)包括两个相互连通的相贯内孔，所述模拟试样(2)沿着相贯交叉位置间隔设置若干个，所述模拟试样(2)的待喷丸表面同时具有两个相贯内孔的内孔表面。
6.根据权利要求3所述的一种喷丸验证装置，其特征在于，所述外表面凹槽制件(7)包括底板(7.1)和固定设置在所述底板(7.1)上相互平行的第一凸条(7.2)和第二凸条(7.3)，所述第一凸条(7.2)和所述底板(7.1)之间通过圆角过渡，所述第二凸条(7.3)和所述底板(7.1)之间通过倒角过渡，所述圆角和所述倒角位于所述第一凸条(7.2)和第二凸条(7.3)之间；所述模拟试样(2)的待喷丸表面为圆角面、圆角面及平面、平面、倒角面、倒角面及平面中的至少一种。
7.一种喷丸验证方法，其采用如权利要求1-6任意一项所述的喷丸验证装置，主要包括以下步骤：
1)、根据待加工零件的形状和尺寸制作零件模拟模块和模拟试样(2)，使得零件模拟模块和模拟试样(2)均具有与待加工零件相同的待喷丸表面；
2)、将所述模拟试样(2)安装在所述通孔(5)中；
3)、对零件模拟模块和模拟试样(2)进行喷丸处理，喷丸处理后将所述模拟试样(2)从通孔(5)中取出进行残余应力检测。
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|---|---|
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