CN111621629B - 一种针对螺母表面强化的喷丸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及螺母表面强化的喷丸工艺领域，具体是一种针对螺母表面强化的喷丸工艺，其具体步骤如下：S1：按照零件需求设计决定工艺参数；S2：干法梯度喷丸；S3：检测螺母表面残余应力；S4：湿法喷丸；S5：检测螺母表面粗糙度；S6：对螺母进行水喷丸进一步光饰螺母表面；S7：水喷丸加工完成后，对螺母表面的喷丸强化过程完成；S8：检测螺母表面不同截面残余应力与表面粗糙度，根据螺母几何结构的直段、小圆弧、大圆弧三部分设计干湿混合多步骤多梯度喷丸强化方法，结合了干湿法喷丸的优点，螺母不同截面的残余应力比干法喷丸更均匀，同时喷丸强化效率高；表面光亮，湿法喷丸和水喷丸光饰了工件表面，表面粗糙度低；提高了工件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及螺母表面强化的喷丸工艺领域，具体是一种针对螺母表面强化的喷丸工艺。
背景技术
喷丸强化是高速集中喷射微小弹丸到金属构件表面，造成表面微压缩塑性变形，从而在构件表面形成一层残余压应力保护层，进而提高构件的抗拉伸性能，提高疲劳强度。喷丸技术主要用于齿轮、轴承等承力件的抗疲劳强化，因设备简单、成本低廉、操作便捷，在汽车、机械装备和航空航天的零件上广泛使用。针对不同尺寸螺母的表面强化，基于几何外形分段划分作业区域，实施梯度干湿喷丸强化，可有效提高螺母疲劳寿命和表面质量。
干喷丸工艺会生成较好的抗疲劳应力层，效率高，但表面不均匀、粗糙度差；湿喷丸工艺可使表面均匀温度，表面光滑，但抗疲劳压力层浅，抗疲劳性能弱，效率低。只采用一种喷丸方法在应力保护层和粗糙度方面难以同时达到预期的效果。
如中国专利号为201510030403.5一种混合喷丸方法的专利文件中公开了一种能够实现一次装夹不同规格型号弹丸多次喷丸和多种规格型号弹丸混合一次喷丸完成的方法，这种方法只采用了干法喷丸，虽然提高了干法喷丸的工作效率和零件的强度，但是仍然存在干法喷丸的通病，表面粗糙度难以控制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种针对螺母表面强化的喷丸工艺。
一种针对螺母表面强化的喷丸工艺，其具体步骤如下：
S1：按照螺母几何结构的设计，划分直段、小圆弧、大圆弧三段区域决定所用弹丸材料、大小、喷丸速度、角度工艺参数；
S2：干法梯度喷丸：根据螺母几何结构的直段、小圆弧、大圆弧分别选用三种弹丸陶瓷丸对螺母进行干法梯度喷丸，以常规的压缩空气为动力，使用丸粒轰击工件表面；
S3：检测螺母表面残余应力：在经过一段时间的干法喷丸后，检测螺母表面残余应力是否达到设计要求，检测结果为已达到要求，则进行下一步加工，未达到则再次进行干喷丸加工，直到残余应力大小达到设计要求；
S4：湿法喷丸：控制螺母表面残余应力层深度达到设计深度时，再经过湿法喷丸，采用的弹丸为CZ25陶瓷丸，液体为水，混合弹丸和水再次轰击螺母表面；
S5：检测螺母表面粗糙度：一段时间的湿法喷丸后，检测螺母表面粗糙度是否达到设计要求，检测结果为已达到要求，则进行下一步加工，未达到则再次进行湿喷丸加工，直到螺母表面粗糙度达到设计要求；
S6：对螺母进行水喷丸进一步光饰螺母表面；
S7：水喷丸加工完成后，对螺母表面的喷丸强化过程完成；
S8：检测螺母表面不同截面残余应力与表面粗糙度。
所述的步骤S2中需要保持喷射压强不变，分别用CZ50、CZ35和CZ25的陶瓷丸对螺母进行干法梯度喷丸。
所述的步骤S2需要结合螺母表面的残余应力和粗糙度要求以及螺母表面的曲率来选择干法梯度喷丸阶段所使用的弹丸的大小。
所述的步骤S4的湿法喷丸中采用的弹丸混合浓度为20%，即体积分数为20%。
所述的步骤S4的湿法喷丸根据螺母几何结构的直段、小圆弧、大圆弧，采用0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa不同喷射水压对螺母进行三个位置的喷丸强化。
所述的步骤S2和步骤S4的螺母在干湿喷丸工艺下的喷丸压强应保持不变，根据螺母的表面残余应力大小与表面粗糙度要求来调整干法梯度喷丸与湿法喷丸的时长比例。
所述的步骤S2和步骤S4对螺母进行干湿喷丸加工时，喷嘴要与螺母表面轮廓切线垂直。
所述的步骤S2和步骤S4的干湿喷丸阶段都使用陶瓷丸对材料为1Cr11Ni2W2MoV的螺母进行表面喷丸强化，中途不得变换材料，螺母要求残余压应力要达到400MPa，表面粗糙度在1.0μm以下。
本发明的有益效果是：根据螺母几何结构的直段、小圆弧、大圆弧三部分设计干湿混合多步骤多梯度喷丸强化方法，结合了干湿法喷丸的优点，螺母不同截面的残余应力比干法喷丸更均匀，同时喷丸强化效率远高于传统的湿法喷丸；表面光亮，湿法喷丸和水喷丸光饰了工件表面，表面粗糙度低；提高了工件的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的流程结构示意图；
图2为本发明的喷丸强化后螺母不同截面残余应力分布柱状图；
图3为本发明的喷丸强化后螺母不同截面表面粗糙度柱状图；
图4为本发明的螺母结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1和图4所示，S1：按照螺母几何结构的设计，划分直段c、小圆弧a、大圆弧b三段区域决定所用弹丸材料、大小、喷丸速度、角度类工艺参数；
S2：干法梯度喷丸：根据螺母几何结构的直段c、小圆弧a、大圆弧b分别选用三种弹丸陶瓷丸对螺母进行干法梯度喷丸，以常规的压缩空气为动力，使用丸粒轰击工件表面；
S3：检测螺母表面残余应力：在经过一段时间的干法喷丸后，检测螺母表面残余应力是否达到设计要求，检测结果为已达到要求，则进行下一步加工，未达到则再次进行干喷丸加工，直到残余应力大小达到设计要求；
S4：湿法喷丸：控制螺母表面残余应力层深度达到设计深度时，再经过湿法喷丸，采用的弹丸为CZ25陶瓷丸，液体为水，混合弹丸和水再次轰击螺母表面；
S5：检测螺母表面粗糙度：一段时间的湿法喷丸后，检测螺母表面粗糙度是否达到设计要求，检测结果为已达到要求，则进行下一步加工，未达到则再次进行湿喷丸加工，直到螺母表面粗糙度达到设计要求；
S6：对螺母进行水喷丸进一步光饰螺母表面；
S7：水喷丸加工完成后，对螺母表面的喷丸强化过程完成；
S8：检测螺母表面不同截面残余应力与表面粗糙度。
根据螺母几何结构的直段c、小圆弧a、大圆弧b三部分设计干湿混合多步骤多梯度喷丸强化方法，结合了干湿法喷丸的优点，螺母不同截面的残余应力比干法喷丸更均匀，同时喷丸强化效率远高于传统的湿法喷丸；表面光亮，湿法喷丸和水喷丸光饰了工件表面，表面粗糙度低；提高了工件的使用寿命。
所述的步骤S2中需要保持喷射压强不变，分别用CZ50、CZ35和CZ25的陶瓷丸对螺母进行干法梯度喷丸。
所述的步骤S2需要结合螺母表面的残余应力和粗糙度要求以及螺母表面的曲率来选择干法梯度喷丸阶段所使用的弹丸的大小。
所述的步骤S4的湿法喷丸中采用的弹丸混合浓度为20%，即体积分数为20%。
所述的步骤S4的湿法喷丸根据螺母几何结构的直段c、小圆弧a、大圆弧b，采用0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa不同喷射水压对螺母进行三个位置的喷丸强化。
所述的步骤S2和步骤S4对螺母进行干湿喷丸加工时，喷嘴要与螺母表面轮廓切线垂直。
本发明结合了干湿法喷丸的优点：螺母不同截面的残余应力比干法喷丸更均匀，同时喷丸强化效率远高于传统的湿法喷丸；表面光亮，湿法喷丸和水喷丸光饰了工件表面，表面粗糙度低；提高了工件的使用寿命。
所述的步骤S2和步骤S4的干湿喷丸阶段都使用陶瓷丸对材料为1Cr11Ni2W2MoV的螺母进行表面喷丸强化，中途不得变换材料，螺母要求残余压应力要达到400MPa，表面粗糙度在1.0μm以下。
如图2所示，为喷丸强化后螺母不同截面残余应力柱状图，从图可以看出该喷丸工艺下获得的螺母表面残余应力分布较均匀。
如图3所示，为喷丸强化后螺母不同截面表面粗糙度柱状图，从图可以看出该喷丸工艺下，螺母不同截面的表面粗糙度都达到设计要求并且分布较均匀。
试验可知针对螺母表面强化的喷丸工艺可实现干法与湿法喷丸优点的结合，保证螺母表面的粗糙度与残余压应力要求，同时梯度喷丸使螺母不同截面的残余压应力更加均匀，提高了喷丸的效率与质量，也提高了工件的使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种针对螺母表面强化的喷丸工艺，其特征在于：其具体步骤如下：
S1：按照螺母几何结构的设计，划分直段（c）、小圆弧（a）、大圆弧（b）三段区域决定所用弹丸材料、大小、喷丸速度、角度工艺参数；
S2：干法梯度喷丸：根据螺母几何结构的直段（c）、小圆弧（a）、大圆弧（b）分别选用三种弹丸陶瓷丸对螺母进行干法梯度喷丸，以常规的压缩空气为动力，使用丸粒轰击工件表面；
S3：检测螺母表面残余应力：在经过一段时间的干法喷丸后，检测螺母表面残余应力是否达到设计要求，检测结果为已达到要求，则进行下一步加工，未达到则再次进行干喷丸加工，直到残余应力大小达到设计要求；
S4：湿法喷丸：控制螺母表面残余应力层深度达到设计深度时，再经过湿法喷丸，采用的弹丸为CZ25陶瓷丸，液体为水，混合弹丸和水再次轰击螺母表面；
S5：检测螺母表面粗糙度：一段时间的湿法喷丸后，检测螺母表面粗糙度是否达到设计要求，检测结果为已达到要求，则进行下一步加工，未达到则再次进行湿喷丸加工，直到螺母表面粗糙度达到设计要求；
S6：对螺母进行水喷丸进一步光饰螺母表面；
S7：水喷丸加工完成后，对螺母表面的喷丸强化过程完成；
S8：检测螺母表面不同截面残余应力与表面粗糙度；
所述的步骤S2需要结合螺母表面的残余应力和粗糙度要求以及螺母表面的曲率来选择干法梯度喷丸阶段所使用的弹丸的大小；
所述的步骤S2中需要保持喷射压强不变，分别用CZ50、CZ35和CZ25的陶瓷丸对螺母进行干法梯度喷丸；
所述的步骤S4的湿法喷丸中采用的弹丸混合浓度为20%，即体积分数为20%；
所述的步骤S4的湿法喷丸根据螺母几何结构的直段（c）、小圆弧（a）、大圆弧（b），采用0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa不同喷射水压对螺母进行三个位置的喷丸强化；
所述的步骤S2和步骤S4对螺母进行干湿喷丸加工时，喷嘴要与螺母表面轮廓切线垂直。
2.根据权利要求1所述的一种针对螺母表面强化的喷丸工艺，其特征在于：所述的步骤S2和步骤S4的干湿喷丸阶段都使用陶瓷丸对材料为1Cr11Ni2W2MoV的螺母进行表面喷丸强化，中途不得变换材料，螺母要求残余压应力要达到400MPa，表面粗糙度在1.0μm以下。
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