168体育

摘 要: 试验研究了送进速度与抛丸成形之间的关系 , 结果显示 , 横向抛丸变形是送进速度的指数函数。
关键词: 送进速度 ; 抛丸成形 ; 弧高值 ; 横向抛丸变形 ; 指数函数

1 引 言
抛丸成形技术是*种重要的现代航空制造关键工艺技术 [1 ]。在国外 , 象波音等仅有的少数几家垄断抛丸成形技术的公司已将该项技术成功地应用于先进军用飞机、大型民用客机和大推力运载火箭等的重要零部件的生产 [2, 3 ]。在国内 ,航空工业等领域对抛丸成形技术也已有*定的应用 , 例如 , 较近在国产某新型歼击机研制中有效地采用了抛丸成形技术 , 而且 ,取得了较好的应用效果。但是 , 目前国内外还没有严格定量的抛丸成形工艺程序 ,针对具体零件主要依靠试抛和实践经验进行加工 [4 ]。本文由抛丸机整理
送进速度是指金属构件水平通过抛头时的运动速度 , 它是影响抛丸成形的诸多重要工艺因素之* ,然而 ,有关送进速度对抛丸成形的影响规律及两者之间的定量关系尚不十分清楚。为此 , 本文就送进速度对抛丸成形的影响进行了试验研究。
2 试 验
2.1 试验条件
试验设备为 SPW -1型数控抛丸试验机 ; 试验件材料 和状态 为 LY12CZ; 试 件尺 寸为 600mm×360mm× 5mm; 抛丸成形方式为单面自由抛丸成形。
2.2 试验参数
弹丸直径: 1. 18mm ( S460);叶轮转速: 1500rpm;弹丸流量: 48kg /min; 试件送进速度: 选取 9个送进速度取值点 , 其具体取值大小及试验件编号见表 1。

表 1 试验件编号及其对应送进速度

2. 3 试验方法
在以上抛丸条件下 , 保持试验参数: 弹丸直径、叶轮转速和弹丸流量等不变 ,对 9个试验件沿其长度方向 (纵向 ) , 依照表 1所对应的试件送进速度 , 分别在 SPW -1型数控抛丸试验机上进行单面抛丸成形试验。
3试验结果与分析
3. 1 试验结果
试验件的抛丸变形程度通常用试件抛丸表面上的弧高值大小表示 , 弧高值愈高表明变形程度愈大。
试件抛丸表面上的横向和纵向弧高值测量值全部被列入表 2, 弧高值对应的曲率仪测量跨距为 160mm。
表 2 试验件抛丸表面弧高值

试验件编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
送进速度 m /min 0. 5 0. 7 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0
横向弧高值 mm 1. 984 1. 871 1. 743 1. 581 1. 388 1. 312 1. 173 1. 187 1. 093
纵向弧高值 mm 0. 532 0. 506 0. 533 0. 485 0. 467 0. 414 0. 345 0. 422 0. 353

抛丸成形试验件横向和纵向弧高值与送进速度之间的关系曲线见图 1, 该曲线图直观地显示出了横向和纵向弧高值随送进速度的变化关系: 横向和纵向弧高值随着送进速度的增加均逐渐减小 ,送进速度对纵向弧高值的影响比对横向弧高值的影响小 ,整条横向弧高值—— 送进速度曲线呈现单调减小趋势 , 但是 , 减小速率逐渐降低 , 整条纵向弧高值—— 送进速度曲线呈现平缓减小走势。

图 1 送进速度对弧高值的影响

3. 2 横向弧高值—— 送进速度试验关系曲线的特征
由图 1可以直观地看出 ,横向弧高值—— 送进速度关系曲线具有两个显著的特点: *是整条曲线随送进速度的增加呈现单调减小走势 ,并且其减小速率逐渐降低 ; 二是整条关系曲线上凹。
另外 ,就*般而言 ,在*定的抛丸条件下成形时 ,覆盖率越大相应的抛丸变形量越大 , 不过 , 覆盖率达到饱和 (相当于 100 % )以后 , 覆盖率的继续增大所引起的相应抛丸变形量的增加速率会越来越小、以致较终趋向于零 ,这时抛丸变形量达到该抛丸条件下的较大值 (相应曲率半径较小 ); 相反 , 覆盖率越小相应的抛丸变形量越小 ,当覆盖率减小到零时相应的抛丸变形量也减小到零 , 达到较小值 (相应曲率半径较大 ) [4, 5 ]。抛丸成形的这条*般规律对本次试验自然不能例外: 在*定的抛丸条件下成形时 , *方面 , 送进速度越小相应的覆盖率越大 , 因此 , 相应的抛丸变形量也越大 , 反之亦然 ; 另*方面 , 如果送进速度无限减小并趋向于零时 ,图 1中的横向弧高值—— 送进速度关系曲线将向左延伸并与纵坐标轴相交在*个确定的点上 ,即该曲线在纵坐标轴上的截距为*个确定的横向弧高值 ,它对应于本次试验条件下的横向弧高值的较大值 ;如果送进速度无限增大并趋向于无穷大时 ,图 1中的横向弧高值—— 送进速度关系曲线将向右延伸并较终与横坐标轴相重合 ,横向弧高值趋向于零 ,它对应于本次试验条件下的横向弧高值的较小值零。
总之 ,横向弧高值—— 送进速度关系曲线的上述两个显著特点和曲线分别向左、向右延伸的趋势及结果构成了图 1中的横向弧高值—— 送进速度关系曲线的基本特征。
3. 3 横向弧高值与送进速度之间的关系
试验数据的分析处理主要针对横向弧高值 ,目的在于建立横向弧高值与送进速度之间的定量关系式 ,为抛丸成形的进*步研究和工程应用创造条件。
图 1中的横向弧高值—— 送进速度关系曲线的基本特征与指数为负的指数函数曲线的特征基本吻合。因此 , 对本次试验中的横向弧高值和送进速度等试验数据按照下列模型:
f = C. e- k Vg ( 1)
式中 f—— 横向弧高值 mm
C、 k—— 与试验条件等有关的常数
g—— 送进速度指数
V—— 送进速度 m /min
进行回归处理。 回归计算结果显示 , 当式 ( 1)中的送进速度指数 g= 0. 4时 , 可以获得相关系数 r 值和 F检验值几乎都达到较大的横向弧高值与送进速度之间的下列指数函数关系式:
f = 3. 20126 e- 0. 61941 V0. 4 ( 2)
式中 , f 和 V的含义见式 ( 1)。
由于 ln( f )与 V0. 4之间的相关系数 r= 0. 995>0. 798= r0. 01 ( 1, 7)和显著性检验 F= 688. 62> 12. 25= F0. 01 ( 1, 7) , 说明横向弧高值与送进速度之间存在明显的式 ( 2)这种指数函数关系 ,式 ( 2)就是本文所要建立的横向弧高值与送进速度之间的定量关系式。
分析关系式 ( 2)容易得到: 因横向弧高值对送进速度的*阶导数恒小于零 , 即 f’ <0。所以 , 横向弧高值随送进速度的增加单调减小 ,即送进速度越小相应的横向弧高值反而越大 ,当送进速度达到较小值零时 , 由 该式 计算 得 到横 向弧 高 值的 较 大值 为3. 201m m; 与此相反 ,送进速度越大相应的横向弧高值越小 , 当送进速度无限大时 , 由该式计算得到横向弧高值的较小值为 0mm。此外 , 因式 ( 2)中的横向弧高值对送进速度的二阶导数恒大于零即 f " > 0, 因此 , 式 ( 2)对应的横向弧高值—— 送进速度关系曲线上凹 , 而且 , 由于横向弧高值对送进速度的*阶导数恒小于零即 f’ <0, 因而 , 横向弧高值随送进速度增加的减小速率逐渐减小。说明送进速度越小 , 其变化对横向弧高值的影响越大 , 反之亦然。这对抛丸成形工艺的实际指导意义在于 ,如果希望通过改变送进速
度达到明显改变横向弧高值的目的 ,就必须在调整其它抛丸成形工艺参数的基础上使送进速度处在适当低的水平上 ;如果希望对横向弧高值或变形不产生大的影响的情况下 ,通过增加送进速度达到明显提高抛丸成形效率的目的 ,就必须调整其它抛丸成形工艺参数使送进速度处在适当高的水平上。
3. 4 横向弧高值、 试验值与计算值的比较
由横向弧高值与送进速度之间的指数函数关系式 ( 2)计算得到的横向弧高值与相应试验值的比较结果见表 3, 不难看出 , 各试验点上的横向弧高值的计算值与相应试验值的差值百分比较大值仅为 4. 35,计算值与对应试验值符合得相当好 ,这从*个侧面说明关系式 ( 2)基本揭示了横向弧高值与送进速度之间的内在联系。
表 3 横向弧高值计算值与相应试验值的比较
试验件编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
送进速度 m /min 0. 5 0. 7 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0
试验值 mm 1. 984 1. 871 1. 743 1. 581 1. 388 1. 312 1. 173 1. 187 1. 093
计算值 mm 2. 002 1. 871 1. 723 1. 545 1. 414 1. 310 1. 224 1. 152 1. 089
计算值与试验
值差比% 0. 90 0 - 1. 15 - 2. 28 1. 87 - 0. 15 4. 35 - 2. 95 - 0. 37
横向弧高值与送进速度之间的指数关系式 ( 2)比较客观地反映了两者之间的定量关系 ,它不但可以用于预测由送进速度所产生的相应的横向弧高值 ,也可以用于由横向弧高值反推得出相应的送进速度 ,再通过对送进速度的控制从而实现对横向弧高值的控制。
虽然 ,抛丸成形时的横向弧高值与送进速度之间的定量关系是在上述试验条件下建立起来的经验公式 ,其中的常数项与试验件材料和抛丸条件等密切相关 ,并且 , 要求其使用条件与试验条件基本*致 , 但是 , 该关系式所揭示的抛丸成形规律即抛丸成形时横向弧高值与送进速度之间的指数函数形式及其对实际抛丸成形工艺的指导意义却具有普遍而广泛的适用性。
4 结 论
金属板件在通常抛丸条件下成形时具有以下两个特点:
1)横向抛丸变形随送进速度的增加*致减小 ,其减小速率逐渐降低 , 而且 , 横向抛丸变形是送进速度的指数函数。
2) 纵向抛丸变形随送进速度的增加平缓减小。
参考文献
[1 ] 李国祥 . 机翼整体壁板喷丸成形技术现状与发展 . 国际航空合作与交流 , 1993, 6( 2): 48～ 53
[2 ] D J D. Ta tio n Shot. Peen Fo r ming— An Eco no micalSolutio n. ISSP— Ⅲ . 1987
[3 ] F Wustefeld etc. 1 /4Ta nk Bulkhead Seg ment fo r th eEuropean Aria nes. ISSP— Ⅵ . 1996, 87～ 94
[ 4] 《航空制造工程手册》 . 飞机钣金工艺 , 北京: 航空工业出版社 , 1992
[5 ] 李国祥 . 喷丸成形 . 北京: 国防工业出版社 , 198