CN115931529A - 一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属工件表面强化技术领域，涉及一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，包括：根据待检测工件的小型面尺寸，在标准试片上截取微型试片；微型试片尺寸根据小型面尺寸设计；按照需要进行超声喷丸的型面结构加工测试件，在测试件上需要进行强度检测的表面按照微型试片尺寸加工深槽；在深槽底面嵌入软磁片；将微型试片放入深槽中，微型试片被软磁片的磁力吸附在深槽中；将装夹完成后的试片夹具放在超声喷丸装置上进行喷丸处理，喷丸处理的喷丸工艺参数采用微型试片与标准试片喷丸强度转换方法得到；强度测量。在标准试片上裁切微型试片，可实现大多数小尺寸型面工件的喷丸强度检测；采用磁性吸附的方式装夹微型试片，大大提升了测量精度。

Description

一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法

技术领域

本发明属于金属工件表面强化技术领域，尤其涉及一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法。

背景技术

超声喷丸是一种新兴金属表面强化工艺，与传统气动喷丸介质直线喷射方式不同，其利用介质的漫射和反复弹射可以实现复杂小尺寸型面或型腔结构的喷丸。而喷丸强度是加工过程中最重要的检测指标，采用阿尔门试片(Almen Strip)固定于被测表面进行喷丸并测量其变形挠度，是控制喷丸质量的重要方法。传统喷丸领域，按照行业标准HB/Z26-2011要求，统一采用75mm×19mm(长×宽)规格的阿尔门试片进行强度测量。而目前很多工件喷丸型面小于该试片尺寸，显然该方法不适用于工件小尺寸型面。

特殊情况下需要检测小尺寸工件时，通常采用以下两种方法：GE公司标准P11TF8中提出了一种遮蔽测试法，即采用挡块，对上述标准试片进行局部遮蔽，保留的面积与小尺寸工件喷丸区域一致，喷丸后再进行测量和换算；标准SAE J442提出了一种MINI试片(Sub-size test strip)测试方法，规定可采用25mm×3mm试片进行小尺寸表面喷丸强度测量。以上两种方法，前者仅适用于一些试片遮蔽后对喷丸区域无干涉工件，且遮蔽试片的方式与实际工件存在差异；后者仍然为固定尺寸，无法实现更小尺寸的测量，且其装夹方式为螺钉装夹，螺帽挤占原本狭小的喷丸空间，影响喷丸测量的准确性，且需要配备专用测具，成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，解决小尺寸型面结构工件无法实现超声喷丸强度检测的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，包括以下过程：

S1、制作微型试片：

根据待检测工件的小型面尺寸，在标准试片上截取微型试片；微型试片尺寸根据小型面尺寸设计；

S2、制作试片夹具：

按照需要进行超声喷丸的型面结构加工测试件，在测试件上需要进行强度检测的表面按照微型试片尺寸加工深槽；在深槽底面嵌入软磁片；

S3、装夹试片：

将微型试片放入深槽中，微型试片被软磁片的磁力吸附在深槽中，微型试片表面与待检测工件的小型面表面一致；

S4、试片超声喷丸：

将装夹完成后的试片夹具放在超声喷丸装置上进行喷丸处理，喷丸处理的喷丸工艺参数采用微型试片与标准试片喷丸强度转换方法得到；

S5、强度测量：

喷丸结束后，取出微型试片，采用测量工具进行测量，读取微型试片变形挠度数据，此变形挠度数据则为微型试片测得的实际喷丸强度。

进一步，S4中，微型试片与标准试片喷丸强度转换方法的具体步骤为：

4.1、制作用于夹持标准试片和微型试片的双试片夹具：

双试片夹具上设置有用于夹持标准试片的夹持单元和用于夹持微型试片的槽体，槽体内粘接有软磁片；

4.2、装夹试片：在夹持单元中装夹标准试片，微型试片位置采用废试片进行防护；

4.3、将双试片夹具安装至超声喷丸装置，调整喷丸参数，对标准试片进行喷丸，直至获得标准试片设计强度值F1，此时对应的喷丸工艺为D1；

在槽体内装夹新的微型试片，标准试片位置采用废试片进行防护，采用工艺D1对微型试片进行喷丸，获得微型试片强度值F2；

另取一微型试片安装至S2中制作的试片夹具，调整喷丸参数，获得强度值F3；当F3＝F2时，此时所对应的喷丸工艺D2则为零件实际所需喷丸工艺，此时喷丸强度F3对应的喷丸效果等同于用喷丸强度F1下的喷丸效果。

进一步，步骤4.1中，槽体与S2中加工的深槽的尺寸相同，软磁片与S2中粘接的软磁片相同。

进一步，步骤4.1中，双试片夹具采用合金制作，硬度不小于HRC57；

用于夹持标准试片的夹持单元按照行业标准进行设计。

进一步，S1中，在标准试片上采用激光或电火花切割加工方法截取微型试片。

进一步，S1中，微型试片的宽度尺寸最小2mm，长宽比不低于4:1，不高于10:1，微型试片的平面度在±0.025mm范围内。

进一步，软磁片与微型试片的厚度之和等于深槽的深度。

进一步，S1中，软磁片粘接在深槽底部。

进一步，S2中，测试件包括对称的两部分，使用时，两部分通过螺栓连接。

进一步，S5中，采用游标卡尺进行测量，测量时一个卡口与微型试片两端点接触，另一个卡口与微型试片圆弧最高点接触。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，在标准试片上裁切所需要的微型试片，微型试片可以根据工件小尺寸型面进行自由尺寸设计和强度转换，可实现大多数小尺寸型面工件的喷丸强度检测，大大拓展了检测范围；在现有标准试片检测方法的基础上，通过强度转换方法，获取微型试片在实际的零件应用环境中所需的喷丸工艺参数，避免受零件形状的影响，喷丸参数更加准确；创造性采用磁性吸附的方式装夹微型试片，不但微型试片的装夹与取下十分方便，而且减少了传统螺钉安装方式对喷丸效果的影响，防止采用螺钉装夹时螺帽对喷丸的阻挡干涉，微型试片表面可与工件的表面保持一致，大大提升了测量精度。

进一步，采用游标卡尺测量，简单易行，无需专用测具的投入。

附图说明

图1为典型二齿型枞树形榫槽喷丸强度测试件示意图；

图2为榫齿面开槽示意图；

图3为榫齿面深槽安装软磁片示意图；

图4为标准试片上截取微型试片示意图；

图5为榫齿面安装微型试片示意图；

图6为强度测试件超声喷丸示意图；

图7为游标卡尺检测微型试片变形挠度(喷丸强度)示意图；

图8为双试片夹具示意图；

图9为双试片夹具超声喷丸示意图；

图中：1、测试件；2、榫槽；3、榫齿面；4、切面；5、螺栓；6、深槽；7、软磁片；8、标准试片；9、微型试片；10、超声喷丸装置；11、游标卡尺；12、双试片夹具。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明公开了一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其步骤为：

S1、制作微型试片9：

根据需要检测的小型面尺寸，在75mm×19mm×0.8mm(长×宽×高)标准试片8上采用激光或电火花切割等低应力加工方法截取微型试片9。宽度尺寸最小2mm，长宽比不低于4:1，不高于10:1。试片的平面度在±0.025mm范围内。试片根据工件尺寸设计，不再局限于两种标准试片8，实现了通用性。

S2、制作工件试片夹具：

按照需要进行超声喷丸的型面结构加工一个测试件1，再在需要进行强度检测的表面按照微型试片9尺寸加工一个深槽6；

选取一张单面带胶的软磁片7，按照槽底面积进行裁剪，然后放入槽底并粘接牢固。采用软磁片7吸附试片的方式，解决了小尺寸型面无法使用螺钉装夹的难题，实现试片装卸的便利性。

S3、装夹试片：

将微型试片9放入深槽6中，软磁片7与试片的厚度等于槽深，试片表面与工件表面一致，可实现对原工件空间的最小影响表面与表面的高度复原。

由于试片材质为一般70#弹簧钢，可以被磁力吸附在深槽6中。

S4、试片超声喷丸：

将试片夹具放在超声喷丸装置10上进行喷丸处理，喷丸处理的喷丸工艺参数采用微型试片9与标准试片8喷丸强度转换方法得到；

S5、强度测量：

喷丸结束后，采用夹取等方式将试片取出，采用游标卡尺11进行测量。测量时一个卡口与试片两端点接触，另一个卡口与试片圆弧最高点接触，避免使用过大外力影响试片变形。读取试片变形挠度数据，此数据即以微型试片9测得的喷丸强度。采用游标卡尺11进行测量，无需专用测具，方法简单易行。

如果工件设计图纸喷丸强度基于大尺寸标准试片8，则可进行强度转换，实现与标准试片8的兼容，进而实现现有图纸要求的加工。微型试片9与标准试片8喷丸强度转换方法，其步骤为：

4.1、制作双试片夹具12：

采用80mm×40mm×20mm规格的合金制作，硬度不小于HRC57。该夹具标准试片8固定方式按照行业标准HB/Z26-2011进行设计，微型试片9按照前述方案采用开槽和软磁片7吸附装夹设计。

如图8所示，双试片夹具12上设置有用于夹持标准试片8的夹持单元和用于夹持微型试片9的槽体，槽体内粘接有软磁片7。

4.2、装夹试片。如图9所示，在夹持单元位置装夹标准试片8，微型试片9位置采用废试片进行防护，再将双试片夹具12安装至超声喷丸装置10。

4.3、对试片进行喷丸，获得标准试片8强度值F1，调整喷丸参数，直至F1满足工件设计图纸强度要求，此时对应的喷丸工艺为D1；在槽体位置装夹新微型试片9，标准试片8位置采用废试片进行防护。采用工艺D1对微型试片9进行喷丸，获得微型试片9强度值F2；另取一微型试片9安装至工件专用强度试验夹具，调整喷丸参数，获得强度值F3。当F2＝F3，此时所获得的喷丸工艺D2即为零件实际所需加工工艺，此时用喷丸强度F3对应的喷丸效果等同于用喷丸强度F1下的喷丸效果，即通过强度转换检测，实现原图纸F1喷丸强度技术参数要求。

以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。

以飞机发动机涡轮盘榫槽为例：如图1所示，榫槽2为某飞机发动机二齿型枞树形榫槽结构，榫齿面3为需喷丸强化处理表面。由于榫槽2为狭小型腔结构，传统气动式直射喷丸难以有效加工，需要采用超声弹射喷丸工艺。榫槽2尺寸约为20mm(长)×15mm(宽)×30mm(深)，榫齿面3尺寸约为30mm(长)×2mm(宽)，榫槽2尺寸远小于75mm×19mm×0.8mm(长×宽×高)标准试片8尺寸，榫齿面3尺寸也小于25mm×3mm试片(Sub-size test strip)尺寸。此时无论采用标准试片8还是MINI试片都无法进行榫齿面3喷丸强度的直接测量。因此，需要采用本发明的方法对小尺寸型面进行喷丸强度检测。

本发明公开了一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其步骤是：

S1、制作微型试片9：

按照榫齿面3尺寸，即宽度2mm，最大长宽比不超过10:1，如图4所示，在75mm×19mm×0.8mm(长×宽×高)标准试片8上采用激光或电火花切割等无应力加工方法切取20mm×2mm×0.8mm(长×宽×高)微型试片9。测量试片的平面度，保证在±0.025mm范围内。

S2、制作试片夹具：

如图1所示，按照涡轮盘榫槽2结构尺寸加工一个榫槽喷丸强度测试件1。为了便于在榫齿面3上加工如图2所示的深槽6，可按照切面4将榫槽测试件1切开为左右两部分，使用时通过螺栓5将左右两部分进行组合。

如图2所示，在榫齿面3上加工一个深槽6，尺寸为20.4mm×2.4mm×2.3mm(长×宽×深)。

如图3所示，在深槽6底部嵌入一个面积相同软磁片7，厚度1.5mm，采用高结合强度粘接剂粘牢。

S3、装夹试片：如图5所示，将微型试片9放入深槽6中，被磁条吸附，试片表面与榫齿面3平齐。

S4、试片超声喷丸：如图6所示，将试片夹具放在超声喷丸装置10上进行喷丸，喷丸处理的喷丸工艺参数采用微型试片9与标准试片8喷丸强度转换方法得到。

具体地，强度转换方法为：在双试片夹具12上，安装一个标准试片8，对微型试片9位置先采用废试片保护，首先对标准试片8进行喷丸，获得强度值F1，至F1满足图纸设计强度参数要求，此时对应的喷丸工艺为D1；

然后对标准试片8位置进行保护，在双试片夹具12上的槽体位置安装微型试片9，采用喷丸工艺D1对微型试片9进行喷丸，获得强度弧高值F2；

再取一个微型试片9安装至前述榫槽喷丸强度测试件1上的深槽6中，放置于超声喷丸装置10上，调整喷丸参数，获得强度值F3。当F2＝F3，此时所获得的喷丸工艺D2即为零件实际所需加工工艺，此时用F3喷丸强度对应的喷丸效果等同于F1喷丸强度下的喷丸效果。当图纸以F1为设计参数时，通过以上转换即可实现精准检测。

S5、喷丸强度检测：如图7所示，喷丸结束后取下微型试片9，采用游标卡尺11进行测量。测量时一个卡口与试片两端点接触，另一个卡口与试片圆弧最高点接触，读取卡尺距离读数，此读数即为采用微型试片9所测得的喷丸强度值。

每次检测时，由于设备、参数波动等原因，实际检测是有一定误差的，标准规定检测值与F3相差不超过10％为合格。所以虽然根据强度转换方法得到了喷丸工艺参数D2，但无法保证加工出来的产品强度一定是F3，后续每次加工时需要检测，看看参数是否偏差太多。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，包括以下过程：

S1、制作微型试片(9)：

根据待检测工件的小型面尺寸，在标准试片(8)上截取微型试片(9)；微型试片(9)尺寸根据小型面尺寸设计；

S2、制作试片夹具：

按照需要进行超声喷丸的型面结构加工测试件(1)，在测试件(1)上需要进行强度检测的表面按照微型试片(9)尺寸加工深槽(6)；在深槽(6)底面嵌入软磁片(7)；

S3、装夹试片：

将微型试片(9)放入深槽(6)中，微型试片(9)被软磁片(7)的磁力吸附在深槽(6)中，微型试片(9)表面与待检测工件的小型面表面一致；

S4、试片超声喷丸：

将装夹完成后的试片夹具放在超声喷丸装置(10)上进行喷丸处理，喷丸处理的喷丸工艺参数采用微型试片(9)与标准试片(8)喷丸强度转换方法得到；

S5、强度测量：

喷丸结束后，取出微型试片(9)，采用测量工具进行测量，读取微型试片(9)变形挠度数据，此变形挠度数据则为微型试片(9)测得的实际喷丸强度。

2.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，S4中，微型试片(9)与标准试片(8)喷丸强度转换方法的具体步骤为：

4.1、制作用于夹持标准试片(8)和微型试片(9)的双试片夹具(12)：

双试片夹具(12)上设置有用于夹持标准试片(8)的夹持单元和用于夹持微型试片(9)的槽体，槽体内粘接有软磁片(7)；

4.2、装夹试片：在夹持单元中装夹标准试片(8)，微型试片(9)位置采用废试片进行防护；

4.3、将双试片夹具(12)安装至超声喷丸装置(10)，调整喷丸参数，对标准试片(8)进行喷丸，直至获得标准试片(8)设计强度值F1，此时对应的喷丸工艺为D1；

在槽体内装夹新的微型试片(9)，标准试片(8)位置采用废试片进行防护，采用工艺D1对微型试片(9)进行喷丸，获得微型试片(9)强度值F2；

另取一微型试片(9)安装至S2中制作的试片夹具，调整喷丸参数，获得强度值F3；当F3＝F2时，此时所对应的喷丸工艺D2则为零件实际所需喷丸工艺，此时喷丸强度F3对应的喷丸效果等同于用喷丸强度F1下的喷丸效果。

3.根据权利要求2所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，步骤4.1中，槽体与S2中加工的深槽(6)的尺寸相同，软磁片(7)与S2中粘接的软磁片(7)相同。

4.根据权利要求2所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，步骤4.1中，双试片夹具(12)采用合金制作，硬度不小于HRC57；

用于夹持标准试片(8)的夹持单元按照行业标准进行设计。

5.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，S1中，在标准试片(8)上采用激光或电火花切割加工方法截取微型试片(9)。

6.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，S1中，微型试片(9)的宽度尺寸最小2mm，长宽比不低于4:1，不高于10:1，微型试片(9)的平面度在±0.025mm范围内。

7.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，软磁片(7)与微型试片(9)的厚度之和等于深槽(6)的深度。

8.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，S1中，软磁片(7)粘接在深槽(6)底部。

9.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，S2中，测试件(1)包括对称的两部分，使用时，两部分通过螺栓(5)连接。

10.根据权利要求1所述的一种小尺寸型面超声喷丸强度检测方法，其特征在于，S5中，采用游标卡尺(11)进行测量，测量时一个卡口与微型试片(9)两端点接触，另一个卡口与微型试片(9)圆弧最高点接触。

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