表面強化拋丸機設計初探

1 概述
1.1 設備功能
表面噴丸強化技術被廣泛應用于航空發(fā)動機制造領域，噴丸強化工藝有氣動和機械等丸粒加速的方式。本文介紹的拋丸機采用機械方式將一定直徑的鋼丸加速，使鋼丸高速打擊被強化零件，在零件表面產(chǎn)生塑性變形，達到提高零件疲勞強度的目的。
1.2 設備的技術性能
工作介質(zhì)：鋼丸(φ0.3mm)
打擊速度：50m/s
彈丸流量:180kg/min
同時可加工零件數(shù)量:8
2 設備的結構及其工作原理
2.1 設備的工作原理
拋丸機通過旋轉(zhuǎn)葉輪將鋼丸加速到規(guī)定的速度,打擊待強化的零件表面，達到規(guī)定的強化值。工作過程為：利用壓縮空氣，通過吸料噴嘴將料斗中的鋼丸吸出，經(jīng)氣動傳送裝置將鋼丸輸入鋼丸分選器，空氣和灰塵由通風裝置排出，鋼丸則進入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子被加速，達到預定打擊速度的鋼丸從噴口射向工件完成對零件表面的強化。工件被安裝在夾具上緩慢旋轉(zhuǎn)，使工件的各表面均被強化。
鋼丸打擊零件后經(jīng)倉壁阻擋返回到料斗中，再被吸出重復前述過程，達到工藝規(guī)定的強化時間后即完成一批工件的強化工作。
2.2 設備的總體結構
拋丸機由殼體、轉(zhuǎn)子、鋼丸輸送、鋼丸分選、動力、控制等部分組成。殼體安裝在底座上，殼體內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子。殼體上部裝有鋼丸分選器、傳動部分、鋼丸輸送裝置。控制柜固定在工作臺踏板上（見圖 1）。
圖 1 拋丸機2.3 鋼丸分選器
鋼丸分選器（見圖 2）用于鋼丸的分選。分選器由外筒、內(nèi)筒及螺旋通道組成。壓縮空氣和鋼丸混合流沿氣動傳送裝置的輸送通道進入鋼丸分選器，合格鋼丸因離心力的作用流向外筒并落到其底部。空氣沿內(nèi)筒進入通風系統(tǒng)，不合格的鋼丸被分離出來。分選器底部設有濾網(wǎng)和錐形體，合格的鋼丸通過錐形體輸送到分選器出丸口。分選器外筒壁上設有觀察窗，用于觀察分選器中鋼丸的狀況，清除廢丸。
圖 2 鋼丸分選器
2.4 氣動傳送裝置

氣動傳送裝置用于把鋼彈丸從殼體中輸送到螺旋分選器中。其下部為噴嘴(見圖 3)，上部為輸送管路。噴嘴通入壓縮空氣，產(chǎn)生的負壓將鋼丸吸入，壓縮空氣的流速應足以使鋼丸被輸送到一定高度，以完成鋼丸的輸送。
圖 3 噴嘴
2.5 轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子由電機帶動旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的殼體上裝有葉片，鋼丸從轉(zhuǎn)子中心進入葉片并被旋轉(zhuǎn)的葉片加速，在離心力及圓周運動的共同的作用下，鋼丸從葉片外部的拋射口被拋出(見圖 4)。拋射速度 V 由拋射口旋轉(zhuǎn)線速度 V1與離心力作用下鋼丸的徑向速度 V2 合成（計算略）。拋射速度根據(jù)強化工藝需要調(diào)整。
圖 4 轉(zhuǎn)子葉片
2.6 空心軸
空心軸(見圖 5)用于帶動被加工零件旋轉(zhuǎn)。空心軸由齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)動力，通過齒輪嚙合，工作時八個空心軸同時等速旋轉(zhuǎn)。空心軸上部設有端蓋，防止鋼丸外泄，端蓋下部裝有夾具，用于裝夾零件。空心軸下部設有機械密封及填料密封裝置，防止鋼丸進入軸承。
圖 5 空心軸結論
經(jīng)過試用，拋丸機各系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，設備技術指標滿足工藝需要。用拋丸機強化加工后的零件，疲勞強度大幅提高，達到預期設計效果。