CN112936112A - 一种喷丸用钳式喷枪及其强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种喷丸用钳式喷枪及其强化方法；该喷枪由左喷枪(1)、右喷枪(2)、支架(3)、限位块(4)、软管(5)和机器人法兰盘(6)组成；本发明采用两个对称布置的喷枪，将叶片夹在中间，从而实现对叶片两面的对喷强化；采用小尺寸的喷枪，伸入叶片之间的间隙中进行喷丸，提高受遮挡部位的喷丸可达性；用离线编程系统编制程序，精确地控制机器人的运动姿态和轨迹，具有精度高、准确性好、效率高等优点；用该方法后，提高叶盆面和叶背面的喷丸均匀性，减小叶尖的变形量；并且，受遮挡的后缘位置与开放的前缘位置的表面残余压应力分布基本相同，表现出良好的喷丸均匀性。

Description

一种喷丸用钳式喷枪及其强化方法

技术领域

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种喷丸用钳式喷枪及其强化方法。

背景技术

随着航空发动机的性能逐渐提高，越来越多的发动机采用整体叶盘取代传统的分体式叶盘。相对分体式叶盘，整体叶盘具有重量轻、结构紧凑、寿命更长、组装简便等优点。但是，整体叶盘的加工成形更加困难，尤其是叶片。，受到叶片之间相互遮挡的影响，叶片的加工表面质量与变形控制的难度更高。

作为高品质整体叶盘加工流程的重要一环，喷丸强化技术也面临着上述相同的问题。传统的喷丸强化方法采用单一的外壁喷枪形式，通过直射对开放结构进行表面强化，通过斜射方式完成受相邻叶片遮挡区域的表面强化。这种方法虽然简洁高效，但是，也会带来喷丸表面质量不均匀的问题。主要原因在于开放结构与受遮挡区域的喷丸强度及覆盖率的差异性。尽管可通过差异化喷丸进行补救，但是，对工艺控制的精度要求非常高，工艺设计的难度显著提升，加工效率显著下降。专利CN208977618U提出了一种双喷嘴式对喷装置，但是，该专利旨在解决叶片变形问题，而针对整体叶盘，未能提出解决受相邻叶片遮蔽所引起的喷丸可达性的问题的方法，并且装置与喷丸工艺的匹配性问题亦未得到解决。因此，为了从根本上解决受遮挡叶片喷丸表面残余应力分布不均匀、疲劳性能提升效果不佳、变形超差的问题，亟需新的喷丸强化装置及其强化方法。

发明内容

本发明的目的是：提出一种喷丸用钳式喷枪及其强化方法，解决整体叶盘叶片喷丸可达性不佳、叶尖变形超差的难题，提高整体叶盘的叶片喷丸均匀性，提高叶片的高周疲劳性能。

本发明的技术方案是：

一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：该喷枪由左喷枪1、右喷枪2、支架3、限位块4、软管5和机器人法兰盘6组成。左喷枪1与右喷枪2的结构相同，均由枪管101、堵头102、喷口103和枪头104组成；左喷枪1和右喷枪2呈对称布置，并与支架3连接固定，左喷枪1和右喷枪2之间放置了限位块4，枪头104的内流道与支架3的通孔相连通，支架3的通孔与软管5相连通。支架3的右侧与机器人法兰盘6相连接；左喷枪1和右喷枪2的喷口103的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对。

所述喷丸用钳式喷枪的左喷枪1和右喷枪2的间距(W)由整体叶盘的叶片厚度、相邻叶片的间距及遮挡情况决定，枪口103与叶片表面之间的距离范围为5～100mm，通过调节限位块4的宽度可以调整左喷枪1和右喷枪2的间距(W)。

所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：左喷枪1和右喷枪2的枪管101的材质为耐磨工具钢，枪管101的内壁有耐磨涂层。

所述堵头102的内壁上安装一个碳化硅材质的45°反射面。

所述喷口103的形状为圆形，其直径与枪管101的内径d1相同。

所述左喷枪1和右喷枪2的喷口103的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对。

所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：当枪管101的内径d1不超过Φ6mm时，弹丸流量不高于1.0kg/min，弹丸直径不大于Φ0.3mm，软管d2内径小于30mm；当枪管101的内径为Φ6～Φ20mm时，弹丸流量范围为1.1～10.0kg/min，弹丸直径范围为Φ0.3～Φ1.0mm，软管d2内径范围为Φ30～Φ60mm。

所述的一种喷丸用钳式喷枪的强化方法，其特征在于：

(1)喷丸前准备：获取整体叶盘的三维数模，采用离线编程系统对机器人的姿态及运动路径进行规划，并编制程序；

(2)喷丸强化：将整体叶盘固定在工作台上，设定弹丸规格、弹丸流量、气体压力、扫描速度，调用步骤(1)编制的程序，叶片进行喷丸强化；

(3)喷丸后处理：拆下整体叶盘，清理表面弹丸清洁表面后装箱。

所述弹丸规格和弹丸流量依据枪管101的内径d1而定，气体压力的范围为0.1～0.5MPa，扫描速度的范围为10～200mm/min。

所述步骤(3)采用压缩气体清理表面弹丸，并采用酒精或丙酮清洁表面。

本发明的优点是：

其一，本发明采用两个对称布置的喷枪，将叶片夹在中间，从而实现对叶片两面的对喷强化，从而提高了叶盆面和叶背面的喷丸均匀性，减小叶尖的变形量。

其二，采用小尺寸的喷枪，伸入叶片之间的间隙中进行喷丸，从而提高受遮挡部位的喷丸可达性，提高叶盆面和叶背面的喷丸均匀性，减小叶尖的变形量。

其三，采用离线编程系统编制程序，精确地控制机器人的运动姿态和轨迹，具有精度高、准确性好、效率高等优点。

研究结果表明，采用该方法后，叶尖变形量比单一外壁喷枪喷丸后的变形量减小一倍以上，并且，受遮挡的后缘位置与开放的前缘位置的表面残余压应力分布基本相同，表现出良好的喷丸均匀性。

附图说明

图1本发明装置示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1所示，一种喷丸用钳式喷枪，该喷枪由左喷枪1、右喷枪2、支架3、限位块4、软管5和机器人法兰盘6组成。左喷枪1与右喷枪2的结构相同，均由枪管101、堵头102、喷口103和枪头104组成；左喷枪1和右喷枪2呈对称布置，并与支架3连接固定，左喷枪1和右喷枪2之间放置了限位块4，枪头104的内流道与支架3的通孔相连通，支架3的通孔与软管5相连通。支架3的右侧与机器人法兰盘6相连接；左喷枪1和右喷枪2的喷口103的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对。

所述喷丸用钳式喷枪的左喷枪1和右喷枪2的间距(W)由整体叶盘的叶片厚度、相邻叶片的间距及遮挡情况决定，枪口103与叶片表面之间的距离范围为5～100mm，通过调节限位块4的宽度可以调整左喷枪1和右喷枪2的间距(W)，左喷枪1和右喷枪2的枪管101的材质为耐磨工具钢，枪管101的内壁有耐磨涂层，

所述堵头102的内壁上安装一个碳化硅材质的45°反射面，使弹丸流具有良好的稳定性。

所述喷口103的形状为圆形，其直径与枪管101的内径d1相同。

所述左喷枪1和右喷枪2的喷口103的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对，实现对叶片表面的对喷强化，提高叶盆和叶背面的喷丸均匀性。

当枪管101的内径d1不超过Φ6mm时，弹丸流量不高于1.0kg/min，弹丸直径不大于Φ0.3mm，软管d2内径小于30mm；当枪管101的内径为Φ6～Φ20mm时，弹丸流量范围为1.1～10.0kg/min，弹丸直径范围为Φ0.3～Φ1.0mm，软管d2内径范围为Φ30～Φ60mm。

本发明钳式喷枪的强化方法如下：

(1)喷丸前准备：获取整体叶盘的三维数模，采用离线编程系统对机器人的姿态及运动路径进行规划，通过编制程序，使弹丸流在待强化区实现“己”或“三”字形扫描，并确保左喷枪1和右喷枪2与叶片表面的间距一致，对叶片实现对喷强化，且喷丸强度及覆盖率满足图纸要求；

(2)喷丸强化：将整体叶盘固定在工作台上，设定弹丸规格、弹丸流量、气体压力、扫描速度，调用步骤(1)编制的程序，对叶片进行喷丸强化；所述弹丸规格和弹丸流量依据枪管101的内径d1而定，气体压力的范围为0.1～0.5MPa，扫描速度的范围为10～200mm/min。

(3)喷丸后处理：拆下整体叶盘，采用压缩气体清理表面弹丸，并采用酒精或丙酮清洁表面后装箱。

本发明的工作原理是：

本发明设计了两把对称分布的喷枪，喷口的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对，可以实现对叶片的叶背面和叶盆面的对喷强化，从而使得叶片表面的残余压应力分布均匀一致，可以有效地解决叶片喷丸变形的问题。同时，小尺寸的喷枪可以伸入到相邻叶片的间隙，对叶片表面进行有效强化，解决喷丸可达性的问题。第三，通过弹丸直径、流量与喷枪内径、软管内径的有效匹配，既提高了狭小间隙的喷丸强度，又可防止弹丸堵塞喷枪内管道。第四，通过采用离线编程系统，使弹丸流在待强化区实现“己”或“三”字形扫描，并确保左喷枪1和右喷枪2与叶片表面的间距一致，提高喷枪在叶片之间狭小间隙的运动精度，防止喷枪撞伤零件，也进一步提高了喷丸可达性，提升了叶片喷丸均匀性。

实施例1

相邻叶片的间距为40mm，喷丸前获取整体叶盘的三维数模，采用离线编程系统对机器人的姿态及运动路径进行规划，并编制程序，使弹丸流在待强化区实现“己”字形扫描，并确保左喷枪1和右喷枪2与叶片表面的间距一致，对叶片实现对喷强化。其中，枪口103与叶片表面之间的距离为5mm，喷枪直径为10mm，叶片的厚度为5mm，左喷枪1和右喷枪2的间距W为25mm，限位块的宽度为15mm。

左喷枪1和右喷枪2的枪管101的材质为耐磨工具钢，枪管101的内壁有碳化硅耐磨涂层；堵头102的内壁上安装一个碳化硅材质的45°反射面；喷口103的形状为圆形，其直径与枪管101的内径d1均为Φ6mm。

喷丸时，弹丸流量为1.0kg/min，弹丸直径为Φ0.3mm，软管d2内径为25mm，气体压力为0.2MPa，扫描速度是100mm/min，调用程序，对叶片进行喷丸强化；喷丸后，拆下整体叶盘，采用压缩气体清理表面弹丸，并采用酒精或丙酮清洁表面后装箱。

实施例2

相邻叶片的间距为150mm，枪口103与叶片表面之间的距离为100mm，喷枪直径为24mm，叶片的厚度为5mm，左喷枪1和右喷枪2的间距W为229mm，限位块的宽度为219mm。喷口103的形状为圆形，其直径与枪管101的内径d1均为Φ20mm。

喷丸时，弹丸流量为10.0kg/min，弹丸直径为Φ0.6mm，软管d2内径为60mm，气体压力为0.5MPa，扫描速度是10mm/min。

Claims (10)

1.一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：该喷枪由左喷枪(1)、右喷枪(2)、支架(3)、限位块(4)、软管(5)和机器人法兰盘(6)组成；左喷枪(1)与右喷枪(2)的结构相同，均由枪管(101)、堵头(102)、喷口(103)和枪头(104)组成；左喷枪(1)和右喷枪(2)呈对称布置，并与支架(3)连接固定，左喷枪(1)和右喷枪(20之间放置了限位块(4)，枪头(104)的内流道与支架(3)的通孔相连通，支架(3)的通孔与软管(5)相连通；支架(3)的右侧与机器人法兰盘(6)相连接；左喷枪(1)和右喷枪(2)的喷口(103)的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对。

2.根据权利要求1所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：左喷枪(1)和右喷枪(2)的间距由整体叶盘的叶片厚度、相邻叶片的间距及遮挡情况决定，枪口(103)与叶片表面之间的距离范围为5～100mm，通过调节限位块(4)的宽度调整左喷枪(1)和右喷枪(2)的间距。

3.根据权利要求1所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：左喷枪(1)和右喷枪(2)的枪管(101)的材质为耐磨工具钢，枪管(101)的内壁有耐磨涂层。

4.根据权利要求1所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：所述堵头(102)的内壁上安装一个碳化硅材质的45°反射面。

5.根据权利要求1所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：所述喷口(103)的形状为圆形，其直径与枪管(101)的内径d1相同。

6.根据权利要求1所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：所述左喷枪(1)和右喷枪(2)的喷口(103)的法线在同一条直线上，朝内或朝外相对。

7.根据权利要求1所述的一种喷丸用钳式喷枪，其特征在于：当枪管(101)的内径d1不超过Φ6mm时，弹丸流量不高于1.0kg/min，弹丸直径不大于Φ0.3mm，软管d2内径小于30mm；当枪管(101)的内径为Φ6～Φ20mm时，弹丸流量范围为1.1～10.0kg/min，弹丸直径范围为Φ0.3～Φ1.0mm，软管d2内径范围为Φ30～Φ60mm。

8.根据权利要求1－7任意一项所述的一种喷丸用钳式喷枪的强化方法，其特征在于：

(1)喷丸前准备：获取整体叶盘的三维数模，采用离线编程系统对机器人的姿态及运动路径进行规划，并编制程序；

(2)喷丸强化：将整体叶盘固定在工作台上，设定弹丸规格、弹丸流量、气体压力、扫描速度，调用步骤(1)中编织的程序，对叶片进行喷丸强化；

(3)喷丸后处理：拆下整体叶盘，清理表面弹丸清洁表面后装箱。

9.根据权利要求8所述的一种喷丸用钳式喷枪的强化方法，其特征在于：

所述弹丸规格和弹丸流量依据枪管(101)的内径d1而定，气体压力的范围为0.1～0.5MPa，扫描速度的范围为10～200mm/min。

10.根据权利要求8所述的一种喷丸用钳式喷枪的强化方法，其特征在于：所述步骤(3)采用压缩气体清理表面弹丸，并采用酒精或丙酮清洁表面。

Images