轉臺式噴丸機設計方案

旋轉臺式強化噴丸機，采用轉臺式上下工件設計方案（區別于車臺式上下工件方案），可以保持一邊噴丸強化加工，一邊上下工件，兩不誤，提高了噴丸強化加工效率，是目前比較流行的工業噴丸強化機設計模式。

噴丸強化室

旋轉臺式噴丸強化機，強化噴丸室內部空間設計，可以根據具體噴丸工件尺寸，形態、構造特性做具體調整，也可以設計通用噴丸強化室，適應各類不同工件的噴丸強化加工。

噴丸夾具方案

旋轉臺式噴丸強化機噴丸強化夾具固定方案設計，該方案基本采用將夾具固定于旋轉臺的豎立式的中間壁面，主要針對比如管件、連桿等有一定長度的工件的夾持；或者將夾具固定于旋轉臺水平面上，該方案主要針對比如大型齒輪等立體性較強的工件。

噴丸控制系統

噴丸控制系統，我們采用自研強化噴丸數控軟件系統，精準高效，擁有全部開源代碼，可以根據客戶要求修改軟件程序，確保噴丸強化效果。

噴丸加工動力

采用加壓噴丸設備，高壓儲罐緩沖系統等，確保噴丸動力充足、穩定，能夠保證噴丸加工高效、有序、精準、穩定地進行，噴丸強化均勻性好，我們采用高標準的噴丸動力系統，可靠性強，具體可與客戶協商確定。

部分噴丸設備參數（僅作參考，具體可協商）

機床設計制造符合ISO國際標準，以及HB/Z26、AMS-2432C、AMS-2430R等標準。

噴丸強度:0.05~0.25mmA

覆蓋率：100~400%

噴丸強度均勻性公差≤±0.015mmA

適用范圍

適用于渦輪盤（含整體葉盤）、葉片、機匣、起落架、機翼壁板、復雜軸類等關鍵零部件的噴丸加工，可滿足合金鋼、鋁合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼等類型材料的噴丸強化加工。

專業強化噴丸設備制造廠家，為您提供更加高效、穩定、可靠的噴丸設備方案，噴丸加工工藝技術支持，歡迎來廠參觀考察。

微粒子噴丸強化機采用高壓增壓噴丸系統，精密噴丸控制軟件系統集成，可以產生高速度微粒噴射轟擊金屬表面，形成熔融硬質強化層，是目前在航空、數控刀具、齒輪、模具等行業廣泛使用的微粒子噴丸設備。

設計有微粒子專用篩網，微粒子專用供料和回收系統，提供強大的噴丸壓力，整個噴丸系統都針對微粒子噴丸做了重要的改進和設計，屬于專用型噴丸強化機。

專業微粒子噴丸強化機設計、制造、培訓一體化服務企業，歡迎有需要的客戶聯系咨詢！

在發動機中，葉片是其重要組成部件之一。由 于發動機 葉片為異形空間 曲面 、葉片較 薄 、外形復 雜 、承 受 負 荷 大 、工 作 環 境 惡 劣 ，因 此 葉 片 在 制 造 完 成后需要進行噴丸強化 ，以提高其疲勞強度和使用 壽命 ，同時還能增強其抗腐蝕能力 。

噴丸強化是 目前提高零部件 的使用壽命 和疲 勞強度的最實用和有效的方法之一。噴丸強化過程 是使用壓縮空氣將大量 的彈丸噴射 到工件 的表面 上，在工件表面積累大量壓應力，使葉片在交變疲 勞應力下裂紋萌生和擴展的勢壘提高 ，提高 了抗腐 蝕破壞和疲勞破壞的能力。另外 ，在噴丸強化過程 中，表層組織在彈丸 的大力打擊下會發生動態再結 晶，表層組織細化 、殘余應力值提高 ，可大大提高工 件的疲勞強度 。

1 葉片噴丸強化工藝的研究

葉片噴丸強化工藝的選擇直接影響噴丸的效 果 。噴丸強化工藝參數主要包括噴丸介質、噴丸強度、覆蓋率、表面粗糙度等。對于葉片而言，適當地 控制噴丸工藝的參數，使應變層內的這些變化如組 織結構的變化 、相變以及殘余應力場等均可能成為 強化因素，是提高葉片彎曲疲勞和接觸疲勞極限的 強化機制。

1.1 噴 丸 介 質

噴丸介質的選擇主要受彈丸的直徑、彈丸的形狀 的影響。發動機葉片應用的場合要求較高 ，一般 選用直徑為 0.6mm~0.8mm的彈丸。彈丸的形狀 直接影響噴丸的效果 ，應保證球面光滑 、尺寸均勻 。

 1.2 噴丸強度

目前，噴丸強度值的測量是使用阿爾門試片確 定。測量噴丸強度常用的試片有 N試片 (有色金 屬 )、A 試 片 (最 常 用 )、C 試 片 (更 高 強 度 )三 種 。其 測 量原理是噴丸后將夾具撤除，測量試 片經噴丸變形 后的弧高，并以此弧高度定義為噴丸強度，如圖 1 所示閣。對于弧高的測量可以使用噴丸強度測試儀， 能增加測量的準確性。也可近似地以被噴金屬表面 殘余壓應力值和壓應力層深度表示。葉片噴丸的殘 余 壓 應 力 值 要 求 不 少 于 2 .5 M P a ， 壓 應 力 層 深 度 要 求 為 0.03mm ~0.06mm。

1.3 覆蓋率

噴丸覆蓋率是指噴丸后工件上形成 的凹痕覆蓋的面積與工件表面的總面積的百分比。如果工件 全部被凹痕覆蓋 ，那么覆蓋率為 10%，一般情況下 覆 蓋 率 應 大 于 等 于 100% ， 這 樣 才 能 達 到 噴 丸 的 目 的。如果覆蓋率超過 10%，相應的噴丸強化的時間 也會按 比例增加 。葉片噴丸后覆蓋率應達到 150%~ 200% 的 要 求 。

1.4 表面粗糙度

表 面粗糙度是指加工表面上具有 的較小 間隔 和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，它是表征材料 表 面幾何特征的參數之一 。噴丸強化過程會引起 工件 的表面粗糙度 的增大 ，造成零 件的表面不光 滑 ，在噴丸工程 中 ，在達到噴丸要求的前 提下應盡 量減小噴丸后的粗糙度。發動機葉片噴丸后表面粗糙 度 要 求 為 R a 1 .6 ~ R a 3 .2 .

2 葉片噴丸強化設備的研究

噴丸強化機包括噴丸機強化室、提升機、螺旋 輸 送 、分離器 、旋轉 工作 臺 、夾具和除塵 裝置七部 分，同時噴丸機采用數控操作的形式，噴丸強化室 是噴丸設備 的主要組成部分 ，為零件 的噴丸強化提 供了空間 ，提升機和螺旋輸送是噴丸裝置中回收彈丸的必備輸送設備 ，分離器是用來將完整的彈丸與 不完整的及其他雜質分離開 ，工作臺上面可 以直接 放置用來夾 緊發動機葉片的夾具裝置 ，其旋轉可 以 帶動夾具及葉片旋轉，實現更好 的噴丸效果。

2.1 噴丸器設計

噴丸器 的設計 主要包括體 噴送方式 和噴丸室兩個方面。噴送方式有吸送式和壓送式兩種。吸送 式的工作原理如 圖 2所示 。其特點是供料簡單方 便 ，但彈丸對工件 的作用力小 ，物料容易破碎 ，不適 用于發動機葉片噴丸強化的輸送方式中。壓送式的工 作 原 理 如 圖 3 所 示 。 特 點 是 操 作 維 修 簡 易 、效 率 高，可用于噴丸強化裝置中，對于發動機葉片的噴丸強化常采用壓送式輸送裝置。

隨著科學技術 的不斷發展 ，人們對噴丸強化室 的要求也會越來越高，尤其是發動機葉片形狀復雜 有不 同的曲面組成。在完成噴丸要求 的同時 ，還應盡量提高 工人 的工作環境 ，減 少環境 污染 。發動機 葉 片噴丸強化的噴丸強化室的尺寸設計為 1800mm× 1 800 mm × 2 50 0 m m ，其 主 要 結 構 為 室 體 鋼 板 、內 防 護板、蓋板、噴丸室大門、噴槍及密封裝置，噴槍使 用機械手夾持，可以根據葉片的曲面形狀旋轉移動 進行噴丸，噴丸室的外形主要采用錐形下封頭設計 方式 。在錐形下封頭上面放置螺旋輸送器 ，噴射到 噴丸室的鋼丸，滑落到螺旋輸送器上。可以減少制造 成本 ，大大提高工作效率。

2.2提升機和輸送設備的設計

提升機和輸送設備屬于機械回收設備，由于斗 式提升機設備制造簡單 ，工作效率高 ，所 以采用斗 式提升機。斗式提升機(圖4)主要由上部傳動、料 斗 、和皮帶 、外罩 、減速機組成 。料斗的材料為 HT150，共有 31個，主要收集彈丸，外罩主要保護內 部的傳動不受影響，同時采用行星擺線針輪減速機。

輸送設備選擇螺旋輸送。其結構較為簡單 ，主要 組 成 部 分為鋼管 、螺旋片 、圓 筒 、法蘭 、主動輪 、從動輪 、減速機。其工作原理為噴丸時所落下的彈丸 經集丸斗落入 回收螺旋輸送機 ，由螺旋輸送機輸送 到斗式提升機中，再由斗式提升機送人到儲丸斗，經 過完全分離篩選的丸料落人噴丸器，這樣循環使用。

 2 .3 分 離 器 的 設 計

分離器是噴丸設備的關鍵部件之一 ，由前后端 板、孔板、溜丸管、門、出風口組成。分離器的主要功 能是將 彈丸與其他雜質分離 ，從斗式提升機提升的 丸料混合物 ，由螺旋輸送機運送至分離器 ，同時 ，除 塵風機通過分離器的風 口將彈丸和破碎彈丸 、粉塵 有效分離。達到分離的效果。

2 .4 工 作 臺 及 夾 具 的 設 計

工作臺(圖 5)的設計關鍵在于工作臺底部的支撐 。為了減輕軸和軸承承載的載荷 ，將工作 臺上盤 設計成滾道 的形式 ，同時工作 臺底座直接對其支 撐 ，止推軸承和滾道 同時承受軸 向力 ，這樣滾道在 工作中起到輔助支撐的作用，為了減少工作臺底座 的體 積及制造 費用 ，工作 臺底座設計成轉盤 的形 式。這樣既能提高工作效率 ，又能提高設備的使用壽命。 發動機葉片噴丸強化的夾具(圖6)是直接夾緊葉片的榫頭，這種夾具設計簡單、實用。主要包括底 座 、固 定 塊 、滑 塊 、夾 緊 件 (可 更 換 )、導 向 軸 及 電 氣 裝置等 。發動機葉片的種類和數量較多 ，可 以根據 不同的榫頭形狀設計不 同的夾緊件以便更換 。

 2.5 除塵裝置的設計

噴丸設備的除塵裝置是保證噴丸室 內的能見 度及噴丸的效果，目前的除塵設備主要有布袋除塵 器 、噴淋除塵器、雙級渦旋除塵器、濾筒除塵器等 等。由于濾筒除塵器除塵效果好、裝拆方便、體積小 等優點，本設計中選擇濾筒除塵器。丸料進人重力 風選區進行分離，同時粉塵被風機帶人濾筒式除塵 器進行收集，少量被風機排出大氣 。而大部分清潔丸 料進入儲丸室。最后鋼丸通過流量控制閥進入拋丸 器 進 丸 口 ，進 行 重 復 循 環。 噴 丸 設 備 各 個 部 分 設 計 完 成 后 ，噴 丸 室 的 整 體 圖 如 圖 7 所 示 。

3結論

發動機葉片強化機屬于專用設備 ，可 以對發動 機的葉片進行有效噴丸。發動機葉片型面屬空間自由曲面 ，其加工精度要求較高 ，是一種特殊 的零件 ， 由于葉片數量多，形狀復雜，同時屬于薄壁零件，所 以需要專 門的噴丸機對其進行噴丸。

激光噴丸沖擊強化設備（GNG-200/15000型）

1.實驗室激光噴丸設備（GNG-200）

主要用于各大高校噴丸強化實驗室、金屬抗疲勞實驗室、去應力強化實驗室，以及航空、航天研究所單位，用于激光噴丸沖擊強化技術的驗證和探索。

設備參數（GNG-200）:

• 脈沖能量: <200 mJ

• 波長: 532nm

• 脈寬: 10ns

• 脈沖頻率: >300Hz

• 加工精度: ±0.020mm

• 外觀尺寸: 2.4*2.4m*2.4m(L*W*H)

• 毛重: 1.8 Tons

• 加工相對濕度要求:<60%RH

• 激光預熱時間: <20mins

• 運營環境溫度: 15℃-25℃

• 適用于代替傳統噴丸工藝，并且處理方式更環保，處理結果更有效

2.工廠激光噴丸強化加工設備（GNG-15000）

    工廠環境下的高性能固定式設備，主要用于整體葉盤/葉片等關鍵部件加工，提高構件的高周疲勞壽命、抗FOD損傷能力、抗微動磨損能力；具備針對復雜金屬構件的表面強化加工能力。

設備參數（GNG-15000）：

• 脈沖能量：5-15J              

• 波長：1064nm 、532nm              

• 脈寬：10-20ns              

• 加工頻率：1-10Hz              

• 加工定位精度：≤0.10mm              

• 平均無故障時間：180天

• 加工效率(50%搭接、3mm光斑)：2Hz       ＞200mm²/min

                                                                 4Hz       ＞500mm²/min

                                                                 10Hz     ＞1100mm²/min

激光噴丸強化技術的應用前景

激光噴丸強化是一種表面處理工藝, 由激光引起沖 擊, 提高材料內部壓應力層的相對厚度, 這種壓縮層厚 度可達約 1. 0mm , 而普通噴丸厚度只有約 0. 25mm。 一般地說, 厚的殘余壓應力層對航空渦輪葉片這類零件 關鍵部位非常重要, 它能預防殘片的損傷在壓縮層下擴 展, 因此材料抵抗各種形式失效的能力大幅度提高。

工業用激光噴丸要求平均能量在幾百瓦到 1 千瓦 范圍內, 其沖擊能量在 100J /脈沖左右, 每個脈沖間隔 為幾十納秒LawrenceLivermoreNationalLaboratory(LLNL ) 發展的固態激光技術滿足這一要求。在這個系 統中, 釹玻璃和被稱為相共軛 (conjugation ) 的波前修正 技術使激光噴丸進入了高生產量的生產階段。

對Inconel718和Ti6Al4V鈦合金金屬表面進行激 光噴丸強化并與典型的傳統噴丸得到的效果進行對比, 可知激光產生的沖擊波能滲透到更深層的材料內部, 產 生更大的應力空間, 而且連續的沖擊可使應力更高, 但 不超過材料的極限。

對航空發動機風扇葉片進行研究發現, 連續激光沖 擊對預防新的及以前損壞的發動機風扇葉片疲勞及腐 蝕失效都非常有效。然而用于試驗葉片的這種激光技術 的脈沖速率限制在每秒產生的脈沖小于 1 次, 因此每秒 的噴丸面積大約為 1cm 2 , 這種速率對試驗室的驗證試驗是可以接受的, 但不適用于高成本的生產中。噴丸需 要的集中脈沖可以通過約束等離子體的方式實現。這些 等離子體可以在金屬表面通過高強度激光的方式產生, 其脈沖持續時在幾十納秒范圍內。 脈沖持續時間約為 30s時, 激光強度為100~300J/cm2。被金屬表面吸收并 經慣性約束于表面約束層, 如水層時, 能夠產生 104 到 105atm (1000~ 10000M Pa) 的沖擊壓力。金屬表面的黑 色涂層是一個很強的吸收體可產生等離子體。

一個適用于激光噴丸的系統發出的能量必須達到 2 5 ~ 1 0 0 J/脈 沖 , 同 時 其 輸 出 量 也 非 常 重 要 。 它 取 決 于 激 光產生的平均脈沖重復率。當前能實時輸出的, 其持續 時間也可接受的唯一技術是以釹混雜玻璃增益介質為 基礎的激光系統, 這種典型的激光系統包含一個振動器 以及由閃光燈進行光激勵的一個或多個棒狀放大器。然 而, 與此同時, 閃光燈的熱量也就會沉積到玻璃中。這 些熱量必須以與沉積速率相等的速率, 即激光脈沖速 率, 去除掉。因此玻璃必須冷卻, 一般采用流動水。因 為玻璃是同時被加熱和冷卻的, 因此熱梯度是從玻璃中 心向邊緣發展, 這種熱梯度會使玻璃受力, 導致玻前極 的變形及光束的嚴重退極。另外, 隨著激光重復率的提 高, 熱負荷也相應增加, 達到極限時, 載荷會使玻璃斷 裂。現已通過開發釹玻璃厚板激光系統解決了熱負荷問 題。LLNL 研制的高平均能量釹玻璃激光技術已經實 用。

我們始終堅守激光沖擊噴丸強化技術前沿，設計制造高性能激光噴丸強化設備，并提供激光噴丸強化加工服務，為航空航天、鐵路船舶等行業開發新的激光表面處理方案，歡迎了解咨詢。電話：18201898806。

機器人噴丸強化機：

是將噴丸噴頭集成到多自由度工業機器人上，由機器人取代傳統數控系統，控制噴丸角度、速度、位置等，由于工業機器人等靈活度高，示教方便，可以完成很多高難度噴丸方案，基本做到無死角，固定噴丸位置等作業，能夠適應各種形狀構造等工件，屬于萬能型噴丸方案。

噴丸機器人主要組成：

工業機器人、示教系統；壓縮空氣發生器，動力系統；回收篩選系統，除塵系統；數控電氣系統；噴丸機構架等。

我們可以根據客戶的需要，配置不同自由度的工業機器人，制造滿足客戶需要的噴丸機系統，歡迎有需要的朋友了解咨詢。

高壓水射流噴丸強化機原理：

通過高壓水射流（或混合玻璃丸等磨料）轟擊金屬表面，使金屬表面發生塑性形變，引入殘余壓應力達到強化金屬表面的目的的噴丸強化設備。不同于像傳統噴丸機，高壓射流噴丸機的驅動載體為水，同時混合丸粒作為強化介質，或者直接由水作為強化介質，其具有很多傳統噴丸強化機所不具備的優勢。

目前我們的高壓水射流噴丸機種類：

• 純水高壓水射流噴丸，純水高壓水射流噴丸機，以純水作為噴丸和強化介質；
• 前混合高壓水射流噴丸，是先將丸粒和水混合，然后在加壓噴射出去；
• 后混合高壓水射流噴丸，是先將水加壓，然后將磨料混合進去，驅動后噴射；

高壓水射流噴丸機主要部件：

高壓水泵、水箱、噴嘴、CNC行程機床、數控噴丸控制系統、電器系統，液流閥等；

根據每臺設備定制噴丸速度、能量轉換等自動計算EXCEL計算文檔工具。

高壓水射流噴丸制造商：

江蘇高壓水射流噴丸機制造商，生產各種型號高壓水射流噴丸強化機，可以用于工業噴丸強化生產、高校、研究所金屬材料抗疲勞和強化實驗室，在前沿技術研究、課題立項、期刊發布方面，可以起到很好的輔助試驗。

超音速噴丸強化機，是利用超音速高壓空氣作為載體，驅動大量固體硬質微粒，以超高速轟擊金屬表面，由于固體微粒數量大、質地硬、彈性好、速度快，使金屬表面發生塑性形變，引入殘余壓應力，達到噴丸強化的效果的設備，金屬表面可以實現納米化。

超音速噴丸機主要構成：

超音速噴嘴、CNC工件固定臺、氣壓系統、機械手、參數監控和數控系統。

超音速噴丸強化機的關鍵部件是噴槍,需要按照拉瓦(Laval)噴嘴原理設計,氣流經收縮段進入狹窄喉部到擴展段而獲得超音速(為300~1200m/s)。氣源采用壓縮空氣或其它高壓氣體，氣體分為兩路,一路通向送粉器,攜帶粉末進入噴槍;另一路接加熱器,而后進入噴槍。噴槍可以固定在機械手上,實現三維六個方位的控制。工件放置在操作室的載物臺上,載物臺可以旋轉360度,操作室連接粉末回收系統,粉末回收后可以重復使用。在噴槍處有氣體壓力傳感器,加熱器有溫度傳感器,將數據輸入到計算機中實現預設參數的程序控制。顆粒的速度采用激光測速儀和雙相流束攝像系統,如圖3所示。圖3中1~5為激光觀察,氣/固雙相流束的攝像系統,它可快速攝錄自噴嘴到工件的束流狀況,圖3中6~16為噴射的粒子速度測量系統,圖3中17-21為另一種“軌道”法測量粒子速度的方法,兩者可共用一個高速攝像儀。

超音速噴丸金屬表面納米化的應用前景

(1)提高金屬結構件的抗磨損性能,延長工件的使用壽命。由于表面納米化層硬度高,可以改善切削刀具、沖壓模具以及各種轉動軸或滑動部件的服役期,如雍興平等[2通過表面納米化提高碳鋼硬度兩倍以上。

(2)改善焊接接頭中包括焊縫、熱影響區和基體材料的組織不均勻性,提高焊接接頭的性能；
(3)加速滲碳、氮及滲金屬過程或改善滲層質量。表面納米層晶界密度高,晶界作為易擴散快速傳質的通道,因此金屬工件預表面納米化處理,可以降低滲制溫度或縮短周期。若對滲層進行后表面納米化處理,預期會改善其性能,文獻中稱為“復合處理”；
(4)改善金屬材料抗疲勞性能。已知金屬疲勞裂紋源于材料表面,而塑性變形表面納米化層伴隨著壓應力,故可有效抑制裂紋萌生,同時內部粗晶組織又可減緩其擴展；
(5)改善金屬構件的應力腐蝕性能。由于該技術使材料的表層引入很大的壓應力,因此可顯著改善金屬材料的抗應力腐蝕行為；
(6)改善普通切削加工表面動摩擦的潤滑性能或滑動件的密封性能。

目前超音速噴丸強化學術領域研究資料還不算豐富，是比較理想的研究課題，適合做課題研究和期刊發表等。

江蘇超音速噴丸機制造廠家，可以為全國生產制造超音速噴丸強化機，產品適用于高校抗疲勞實驗室、材料研究所應力分析實驗室，工廠金屬表面處理等，產品質量穩定可靠，歡迎垂詢！

GMS-1型屬于我司空化射流噴丸機的高校實驗室、研究所強化分析機構專用型號，這是一款定制型射流噴丸機，根據客戶的具體需要可以搭配不同的配置方案，產品 具有質量好和系統穩定以及精度高的特點，已經在一些高校和實驗室使用，并根據反饋信息不斷升級更新換代。

空化射流噴丸強化機原理：

空化射流噴丸機，是利用高壓水泵將高壓水射流噴射到工件上完成噴丸強化的設備，但是整個射流噴丸強化過程中，包括工件，射流系統，完全浸沒在水中，而水射流是經過空化噴嘴，空化后噴射到水介質中，并沖向工件，而真正起到噴丸強化最用的，是空泡沖擊工件，發生潰滅，產生的巨大沖擊，打擊在金屬表面，造成塑性形變，完成噴丸強化。

空化射流噴丸強強度優勢：

可以以較低的壓力獲得超高的噴丸打擊力度（GPa），達到強力噴丸效果；還有射流穩定性優勢等。

為什么實驗室需要專用的數控空化射流噴丸機：

實驗室不同于工業生產，實驗室是為了試驗材料性能以及噴丸工藝效果，為科研和工業生產提供技術理論支持，也需要發布相關科研突破論文和期刊，需要進行學術交流，這些都需要精準可靠的噴丸參數和設備以及工藝支持。

1.能夠精確的做系統性工藝試驗，比如可以控制射流以0.00001MPa的精度，不斷疊加或者下降，來尋找一定射流壓力范圍內的工藝差別，在某個壓力下發現技術突破，比如發現15.00675MPa的射流下，噴丸強化發生技術突破型成果，而普通射流噴丸強化機的精度可能只有0.05Mpa，而手持式高壓射流清洗機以及普通射流清洗強化機，精度、角度、時間間隔等更差，無法發現這個技術突破；

2.自動化更高，系統更穩定，高精度和自動化設備，可以避免大部分試驗中的人為誤差，排除不少偶然性誤差因子，可以避免很多干擾，保證試驗參數的準確，工藝的穩定；

3.在論文期刊發布過程中，高效穩定、精確的射流噴丸機系統，可以提高重復試驗、平行試驗、再現試驗、驗證試驗的準確性和穩定性，避免不必要的爭論和質疑，為技術突破和學術交流提供支持。

我們以嚴謹的態度，豐富的經驗，精準的生產流程，聯合高校和研究所，為實驗室提供高標準定制空化水射流噴丸強化機，為噴丸強化和抗疲勞學術貢獻力量。

近年來，隨著超聲波技術的發展，尤其是大功 率超聲沖擊設備制造技術的日益成熟，應用高能超聲波產生的沖擊波進行金屬板料的塑性成形與校形 成為了可能。

以高頻率(一般在20kHz以上)、?高達數千瓦功率的超聲波作為能量?源，通過換能器轉換為同頻率的縱波 機械振動能量，再通過變幅桿進行放大，高能量密度的機械能沖擊波作用?于金屬表面，使金屬板料發生彎曲變 形，由此實現金屬板料的噴丸成形和?校形。由于其工藝過程和原理類似?于傳統的噴丸工藝，所以稱為“超聲波”噴丸成形與校形。

近年來，隨著超聲波技術的發?展，尤其是大功率超聲沖擊設備制造 技術的日益成熟，應用高能超聲波產?生的沖擊波進行金屬板料的塑性成 形與校形成為了可能。高能超聲波?噴丸成形和校形技術其設備成本低、 工件性能高、適用性廣、且工藝過程 環保，在美國和歐洲一些國家的航空 航天部門已經得到了重要應用，?但我國的研究和應用尚處于起步階段。

超聲波噴丸成形與校形技術

1基本原理

超聲波噴丸技術利用高能量密度的超聲波經沖擊介質(鋼質撞針或 者彈丸)沖擊金屬材料表面，在金屬?材料表面產生遠大于材料動態屈服?強度的巨大沖擊力，從而引發材料表?面劇烈的塑性變形。材料表面層的 微觀組織由于這種劇烈的塑性變形?而得到極大的碎化(可達納米級別)， 產生密集、均勻且穩定的位錯增殖。?與此同時，材料內部誘導產生了高幅?的殘余壓應力分布，當殘余壓應力積 累到一定程度時，板料會發生宏觀的?彎曲變形使其內部力系重新達到平衡，并形成新的內部應力分布。通過 調整超聲波噴丸的不同參數，便可以產生相應的殘余應力場分布，實現板 料光滑曲率的精密成形與校形。

2技術特點

超聲波噴丸成形和校形相較于?其他成形與校形方法，技術優勢十分明顯，主要體現在以下幾個方面。

?(1)可實現較厚板材的成形。由于其特有的高應變率效應，能夠產生幅度和深度更大的殘余壓應力場， 實現更大曲率半徑的成形和校形，在 厚板局部成形和校形方面具有獨特 的優勢。在厚度不大于22mm的鋁合金板材上可以成形和校正形狀，而 傳統機械噴丸成形則因板材太厚而 不能有效成形和校形。

(2)能實現復雜形狀工件的成 形和校形。超聲波噴丸設備結構簡?單、操作方便，能夠對復雜的結構件 (如腔體)進行局部成形處理，設備的工藝參數少(超聲波發生器的頻率、 撞針規格、振幅)，可控性好，對于不?同變形特征的成形和校形過程選取?適用的設備工藝參數，可控制金屬板 料表面的殘余應力大小和深度，從而?達到控制金屬板料表面殘余應力場?的分布，可實現金屬板料的精確成形和校形。?

(3)成形后的材料綜合性能較其他噴丸成形方法好。與其他噴丸?成形相比，超聲噴丸成形后的板材表 面光滑、粗糙度良好。撞針垂直方向 撞擊材料表面，且速度要小于傳統丸 粒，撞針撞擊部位的圓度和表面粗糙 度精度高，而這些因素都使噴丸處理?后的工件表面粗糙度值下降。除此?之外，超聲波噴丸進行成形的同時所產生的殘余壓應力是傳統噴丸及激?光噴丸的數倍，更大的殘余壓應力值 提高了工件材料的抗疲勞、抗腐蝕及抗變形的能力。

?(4)無污染。機械噴丸成形需要在每次噴丸結束后對彈丸進行收 集、清洗、分級以及破粒去除，而超聲 波噴丸成形采用的鋼質噴丸介質不 容易磨損，長時間作用磨損后也很 方便更換，是一項無污染綠色制造技 術。

(5)設備的成本低。超聲波發生器尺寸較小、能耗低，整個超聲波 噴丸裝置可做成移動便攜式，應用場 所不受限制，完全可以在車間生產線 進行現場作業。

3研究和應用進展

超聲波噴丸強化、超聲波噴丸成?形與超聲波噴丸校形統稱為超聲波?噴丸技術，是最近十幾年興起的一種?表面處理技術。超聲波噴丸強化技 術主要是利用彈丸或撞針對金屬材 料表面進行高速重復沖擊使其產生 硬化層，以達到提高金屬零件的表面?強度、疲勞壽命等目的。超聲波噴丸?校形與成形技術則是通過撞擊產生?殘余應力，迫使板料產生宏觀彎曲變 形，在材料“增壽”的同時，達到成形?與校形的目的。超聲波噴丸強化技?術相對比較成熟，已有較廣泛的應用 及研究報道，而超聲波噴丸成形與?超聲波噴丸校形研究和應用報道則?比較少。

2005年，烏克蘭Pmk叩enko等14l 提出一種新型的超聲波噴丸設備專 利，采用撞針作為工具頭，又稱為超 聲波噴丸。他們用該設備處理大型 平面，有效提高了表面硬度，材料的 表面粗糙度也優于傳統噴丸。

2006年，俄羅斯Statnikov等 比較了在超聲波噴丸中采用撞針和?丸粒效果的不同。結果證明了采用 撞針的超聲波噴丸工藝在材料表面 所產生的應力要大于普通超聲波噴丸。

2007年，英國謝菲爾德哈勒姆?大學的Rodopoulos等對比了數控 噴丸、激光噴丸和超聲噴丸(工具頭為撞針)3種方式對2024一T35l鋁合 金疲勞壽命的改善效果:(1)3種表 面處理工藝均能在表面產生殘余壓 應力，應力幅值為220MPa左右。前?兩種方式在距離表面100—300um處能產生更高和更均勻的殘余壓應力， 而超聲噴丸在距離表面0.14~1.1mm?處產生的殘余壓應力更好。激光噴丸和超聲噴丸產生的最大殘余壓 應力層為1.6mm左右，數控噴丸為?1.1mm。(2)數控噴丸和超聲噴丸明顯的提高了材料表面的硬度，而且超聲噴丸的有效深度要好于數控噴丸，?其峰值存在于距離表面150um處。 而激光噴丸產生的影響較小，可忽 略。(3)數控噴丸對于表面粗糙度?提高了18%，激光噴丸7%，超聲噴 丸8%。結果表明，材料經超聲波噴 丸后具有最好的綜合機械性能。

1996年法國SONATS公司開始 了超聲波噴丸技術的研究，1999年 開發出第一套超聲波噴丸設備及其 相應的超聲波噴丸工藝，目前已推 廣應用于航空航天、造船及汽車等 行業。SONATS公司對機翼蒙皮局 部變形進行了矯形處理(如圖l所 示)用。

2001年，KSA公司著手研發了?7軸數控噴丸設備，并在之后與空中?客車公司合作的A380、A318/A340 等諸多項目中發揮了重要作用。發?展至今，已經成為國際上飛機大型板 件成形的先進工藝技術，但同時由于 飛機壁板這種成形對象的尺寸過大、?材料屬性的不均勻和加工硬化等無?法精確預測或在線預測的因素影響，?數字化噴丸成形后的航空結構件仍?舊需要使用便捷、靈活的超聲波噴丸?進行局部成形和校形，KSA公司提?出了采用超聲波噴丸成形和校形技術。

美國Integty?Testing Laboratory公司與法國SONATS公司同時提出了采用機械手臂進行數控超聲波噴丸成形的技術。圖2為IntegrityTestLab公司研制的機械手臂數控超聲噴丸成形設備,率先推進了超聲波噴丸成形和校形設備的數控化。

中航飛機股份有限公司西安飛機分公司與南京航空航天大學聯合開展了C919飛機機翼整體壁板超聲波噴丸成形和校形工藝驗證研究,在3-22mm超硬鋁板上進行超聲波噴丸成形和校形試驗,獲得了滿意的效果,形成了公司適用的超聲波噴丸工藝規范文件。
超聲波噴丸成形的振幅、覆蓋率以及噴丸時間等工藝參數如果選擇不當,會造成噴丸工件表面質量的變差,噴丸過度會造成疲勞壽命的下降,因此,需按照工藝規范文件進行操作和選擇工藝參數。

關鍵技術分析

超聲噴丸成形和校形技術具有很大的發展潛力,跟國外發達國家相比,目前國內在設備和相關工藝技術研究方面均剛起步。需要盡快開展超聲波噴丸成形和校形關鍵技術的研究工作。

(1)超聲噴丸效能的最優化問題。

超聲波噴丸過程復雜，涉及到機 械學、聲學、振動學、電學等諸多 學科，要想取得最佳噴丸效能， 應綜合考慮各個噴丸參數對噴 丸效能的影響。如超聲波發生 器頻率及工作功率、撞針直徑及 數量、撞針分布密度、撞針振幅、 噴丸時間等，均衡設定各個噴丸 參數，取得最佳噴丸效能是一個 值得國內外學者研究的大問題。

(2)超聲波噴丸參數和板 料成形量/校正量之間的定量 關系和殘余應力場的有效控制。

成形量和校正量是評價超 聲波噴丸成形和校形效果最直 接的指標，而塑性變形量是由殘 余應力場決定的。因此，需要通 過理論計算、試驗研究、測試以 及有限元模擬等手段建立超聲 波噴丸參數與殘余應力場的大 小和分布的對應關系，再進一步建立殘余應力場與板料成形量/校 正量的計算模型，三維殘余應力場的 獲得是值得研究的重點問題。

(3)利用有限元分析軟件對超 聲噴丸過程進行數值模擬時模型的?精確建立。

由于噴丸過程是一定數量的撞針同時間沖擊工件表面，工件表面受到各個撞針的動載作用，同個工具頭上各個撞針的沖擊方向和沖擊力大小有可能不同，而這些因素都會不同程度地影響到工件表面形貌及機械性能，所以整個物理過程非常復雜，很難建立精確的工件受噴模型。此外，撞針和材料在高應變率下的材料屬性很難給定，接觸和摩擦條件也難以準確描述，使得精確建立超聲噴丸過程的有限元模型十分困難，影響到有限元模擬的準確性。

(4)超聲波噴丸成形和校形工 藝規劃方法與準則的建立。

通過大量的基礎試驗，研究確立 超聲波噴丸參數對成形和校形變形 規律的影響，對不同變形特征的零件 進行成形和校形的試驗和測試，分析 超聲波噴丸參數對該區域流線形態、 表面質量、成形精度、殘余內應力、疲 勞壽命的影響，得到超聲波噴丸參數 的取值范圍和適用場合，從而形成復 雜變形特征的金屬板件超聲波噴丸 成形和校形工藝的設計方法及準則。

總結和展望

(1)超聲波噴丸成形和校形是?一種新型的綠色高效噴丸新技術，豐 富了板料的塑性成形與校形技術，與 傳統機械成形與校形技術相比，其執行機構輕巧、容易實現自動化控制、?板料校形能力和范圍大、表面質量?好，在航空航天領域具有廣闊的應用前景。

?(2)超聲噴丸成形和校形技術能用于解決目前飛機制造中大厚度、?復雜曲面的機翼整體壁板局部噴丸?成形與變形校正的問題，顯著提高飛 機機翼壁板的制造精度和生產效率， 并降低生產成本。

(3)結合當前超聲波噴丸成形?和校形技術的研究現狀，超聲波噴丸 技術要推廣到工程實際應用，還需要?深入地研究超聲波噴丸成形與校形工藝對材料實施成形和校形效果的研究，加強對大尺寸、大厚度復雜變形零件的應用探索，并開展預應力超聲波噴丸板料成形與校形技術。提高復雜板料變形的成形和校形能力以及精度。

通過對超聲波噴丸成形和校形技術理論和應用的深入研究，該項新技術必將具有廣闊的應用前景。

我們始終堅守噴丸強化設備第一線，為您提供高度集成、定制型超聲波噴丸強化、噴丸成形機器人，產品質量可靠，售后及時，培訓到位，歡迎致電咨詢。

數控噴丸機：

以壓縮空氣作為動力來源，驅動噴丸轟擊金屬表面完成清理除銹，強化的作用，系統通過PLC數控系統來控制壓縮空強度，節流閥控制噴丸流量配合旋轉臺等其他驅動裝置，完成對工件不同表面、不同時段、不同強度的噴丸處理，以一次性達到最佳噴丸處理效果。

數控噴丸機工作原理：

噴丸使用的丸粒在噴丸處理時，比噴沙具有更大的動能和強度，其轟擊金屬表面，會在金屬表面敲打出凹坑，造成金屬的塑性形變，這會在金屬表面形成壓應力，在金屬表面產生均勻壓應力場覆蓋后，可有效提高金屬的抗疲勞和抗腐蝕能力，這就是噴丸強化的原理。

數控噴丸機參數：（具體可聯系咨詢，型號較多）

懸臂式數控噴丸機介紹：

懸臂式數控噴丸機使用多自由度機械臂（懸臂）搭載噴槍，使噴槍可以上下，左右，360度旋轉變位，在工件固定不動的情況下，通過數控系統，控制噴槍的噴丸位置和角度以及強度，完成對工件的噴丸處理，沒有死角，也省去大型和不便移動的工件的轉動，噴丸強度控制好，噴丸過程中可間歇性噴丸，非常方便，可以探入工件的內腔進行噴丸處理。