表面强化抛丸机设计初探



1 概述
1.1 设备功能
表面喷丸强化技术被广泛应用于航空发动机制造领域,喷丸强化工艺有气动和机械等丸粒加速的方式。本文介绍的抛丸机采用机械方式将一定直径的钢丸加速,使钢丸高速打击被强化零件,在零件表面产生塑性变形,达到提高零件疲劳强度的目的。
1.2 设备的技术性能
工作介质:钢丸(φ0.3mm)
打击速度:50m/s
弹丸流量:180kg/min
同时可加工零件数量:8
2 设备的结构及其工作原理
2.1 设备的工作原理
抛丸机通过旋转叶轮将钢丸加速到规定的速度,打击待强化的零件表面,达到规定的强化值。工作过程为:利用压缩空气,通过吸料喷嘴将料斗中的钢丸吸出,经气动传送装置将钢丸输入钢丸分选器,空气和灰尘由通风装置排出,钢丸则进入高速旋转的转子被加速,达到预定打击速度的钢丸从喷口射向工件完成对零件表面的强化。工件被安装在夹具上缓慢旋转,使工件的各表面均被强化。
钢丸打击零件后经仓壁阻挡返回到料斗中,再被吸出重复前述过程,达到工艺规定的强化时间后即完成一批工件的强化工作。
2.2 设备的总体结构
抛丸机由壳体、转子、钢丸输送、钢丸分选、动力、控制等部分组成。壳体安装在底座上,壳体内装有转子。壳体上部装有钢丸分选器、传动部分、钢丸输送装置。控制柜固定在工作台踏板上(见图 1)。
图 1 抛丸机 2.3 钢丸分选器
钢丸分选器(见图 2)用于钢丸的分选。分选器由外筒、内筒及螺旋通道组成。压缩空气和钢丸混合流沿气动传送装置的输送通道进入钢丸分选器,合格钢丸因离心力的作用流向外筒并落到其底部。空气沿内筒进入通风系统,不合格的钢丸被分离出来。分选器底部设有滤网和锥形体,合格的钢丸通过锥形体输送到分选器出丸口。分选器外筒壁上设有观察窗,用于观察分选器中钢丸的状况,清除废丸。
图 2 钢丸分选器
2.4 气动传送装置

气动传送装置用于把钢弹丸从壳体中输送到螺旋分选器中。其下部为喷嘴(见图 3),上部为输送管路。喷嘴通入压缩空气,产生的负压将钢丸吸入,压缩空气的流速应足以使钢丸被输送到一定高度,以完成钢丸的输送。
图 3 喷嘴
2.5 转子
转子由电机带动旋转。转子的壳体上装有叶片,钢丸从转子中心进入叶片并被旋转的叶片加速,在离心力及圆周运动的共同的作用下,钢丸从叶片外部的抛射口被抛出(见图 4)。抛射速度 V 由抛射口旋转线速度 V1与离心力作用下钢丸的径向速度 V2 合成(计算略)。抛射速度根据强化工艺需要调整。
图 4 转子叶片
2.6 空心轴
空心轴(见图 5)用于带动被加工零件旋转。空心轴由齿轮传递旋转动力,通过齿轮啮合,工作时八个空心轴同时等速旋转。空心轴上部设有端盖,防止钢丸外泄,端盖下部装有夹具,用于装夹零件。空心轴下部设有机械密封及填料密封装置,防止钢丸进入轴承。
图 5 空心轴 结论
经过试用,抛丸机各系统工作稳定可靠,设备技术指标满足工艺需要。用抛丸机强化加工后的零件,疲劳强度大幅提高,达到预期设计效果。