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便携式旋片抛喷丸设备在航空工业应用效果

文章出处:青岛华盛泰 编辑:pwj 发表时间::2018-12-11

摘要:抛喷丸强化技术在近几年国内的航空科技领域得到越来越多的关注和引入。目前民机生产制造厂商使用自动抛喷丸强化设备对飞机零部件进行抛喷丸, 而部分返修的装机零件, 因装配结构、生产计划等原因, 无法及时拆卸抛喷丸, 因此主要依靠于便携式旋片抛喷丸设备, 直接进行上机作业。文章以实例为主, 重点介绍了旋片抛喷丸设备在航空生产上的注意事项及应用过程。

  零件表面抛喷丸强化作为一种成熟工艺, 在航空制造业已被较大程度地接受, 并投入生产使用中。除了零件本身如起落架、窗框、基础肋等因反复受力, 需要通过表面抛喷丸强化提高其疲劳寿命以外, 在零部件/段装配过程中, 不可避免伴有因对零件保护不到位而造成的局部磕碰和损伤, 严重时甚至对材料基体有所影响, 针对这种情况的出现, 在民机制造中, 一般在评估所需强度后, 会考虑对零件或零部段进行局部返修, 只针对损伤部位小范围修挫或打磨, 降低零件退漆、退膜的工作量, 采用旋片抛喷丸工艺, 达到增强该部位内应力、提升疲劳强度的目的。

1、抛喷丸工艺历史:

  早期的抛喷丸工艺是由通用汽车公司在1930年开始使用的, 1948-1952年, 关于测试试片的定义和使用逐渐清晰化, 美国机动车工程师协会 (以下简称SAE) 正式出版SAE J443《Procedures for Using Standard Shot Peening Test Strip》, 而后, 规定试片使用要求的SAE J442也于1961年发布。直到第二次世界大战, 为了提高飞机上关重件的疲劳寿命, 美国军用标准对抛喷丸工艺制定了专门的规范MIL-R-81841。在军用标准的基础上, 2010年, SAE推出新规AMS2590, 相比军标, 新规在总结抛喷丸强度和确定时间的方法上更全面, 同时对抛喷丸操作人员的资质做了一定的要求。如今, 抛喷丸工艺及相关标准被广泛地运用在航空领域, 大大地确保在不增加工件重量的前提下, 有效提高飞机零件疲劳寿命的关键性要求。

2、抛喷丸的概念:

  作为一种冷加工工艺, 抛喷丸的本质是通过喷射一定速度的的弹丸束轰击工/零件的表面, 产生一定的压缩残余应力, 以此抵抗或阻止外力或交变应力引起地裂纹的萌生和扩展。在抛喷丸过程中, 由于工/零件表面受冲击而产生的塑性凹痕, 会将工/零件抛喷丸表面向水平方向拉长, 以弥补零件内部产生的裂纹。

3、旋片抛喷丸的概念:

  通常抛喷丸分为以下几大类:计算机控制抛喷丸、自动抛喷丸、手动抛喷丸、旋片抛喷丸及抛喷丸成形。其中, 旋片抛喷丸是气动式抛喷丸演变出的另一种形态:主要利用弹性聚氨酯将碳化钨丸粘附在尼龙网上, 制成旋片样式, 随后插入电机连接的主轴, 电机工作时, 碳化钨丸会随着主轴的旋转, 有规律地拍打工/零件表面, 从而产生内应力, 以达到提高产品疲劳寿命的目的。

4、旋片抛喷丸返修实例:

  以下为某机型大梁零件在装配过程中, 加强筋表面意外划伤的返修过程实例:

4.1、设备:

  当前, 国际市场使用较多的便携式旋片抛喷丸设备为SHOCK FORM厂家的Flap Peening。

4.2、辅助材料:

  9/16×5/4英寸旋片、Almen磁性固定器、Almen量规、Almen试片 (A型) 、测速计、Scotch470胶带、手术刀片、30倍放大镜

4.3、旋片的选择:

  旋片规格分为两类:1×2英寸和9/16×5/4英寸。

  本次使用的9/16×5/4英寸旋片, 自带弹丸共32颗。旋片多次拍打工/零件表面后, 可能出现弹丸缺失的情况。弹丸的缺失会对零件覆盖率有较大影响, 但并不会减小抛喷丸强度。因此在抛喷丸前, 应首先检查弹丸的缺失, 一般单边缺失不超过2颗是可以接受的, 否则, 就需要更换新的旋片。

4.4、零件返修处的抛喷丸强度确认:

  返修零件材料为铝合金, 厚度为2 mm, 根据规范要求, 选择抛喷丸强度为0.0040~0.0070 mmA。

4.5、覆盖率确认:

  当图纸未做要求时, 覆盖率默认为100%;图纸中对覆盖率有要求时, 按照图纸规定。该零件图纸中规定返修区域覆盖率为200%。

4.6、饱和曲线绘制:

  根据抛喷丸强度要求, 选择旋片抛喷丸转速为2200RPM/MIN, 对4片almen试片进行不同时间的拍打, 得出以下如图1。

图1 饱和曲线图

图1 饱和曲线图   下载原图

  根据上述数据绘制的拟合曲线被称为饱和曲线。从饱和曲线上可以得出, 采用2200RPM/MIN拍打Almen试片时, 试片9 min达到饱和, 且饱和强度为0.0050 mmA, 符合图纸要求0.0040~0.0070 mmA。

4.7、强度验证:

  AMS2590中明确规定, 在强度验证时, 抛喷丸所得到的最终弧高值应同时满足以下2项要求: (1) 弧高在饱和强度值±0.0015 mm范围内; (2) 弧高值符合图纸要求。因此, 以上述饱和曲线为例, 强度验证时间9 min时, 其目标弧高范围应为0.0040~0.0065 mm。

4.8、返修零件旋片抛喷丸:

  强度验证通过后, 可对零件非抛喷丸区域进行保护, 一般推荐使用的保护胶带为Scotch 470, 主要优点是贴合度高, 胶带撕除后, 零件表面不粘胶、不留胶。保护区域完成后, 采用2200RPM/MIN的转速对抛喷丸区域进行抛喷丸, 依据抛喷丸面积大小, 一般推荐10~30 s抛喷丸后, 使用放大镜目视检查一次覆盖率, 未达到覆盖率要求时, 继续上述抛喷丸动作, 并记录时间, 直至覆盖率达到100%。间断性的目视检查可避免过喷情况的发生。

200%的覆盖率为达到100%覆盖率的双倍时间。该零件最终覆盖率时间为90 s。

5、结语:

  旋片抛喷丸作为一种便携式的抛喷丸强化工艺, 在航空领域有着较大的推广空间。本文以实例的方式, 介绍并详细描述了该类抛喷丸方式在民机返工零件方面的修复运用, 此类过程同样适用于其他材料或零部件的抛喷丸强化, 以提高和改善零件物理及化学性能, 通过改善关重件、易损件的产品质量, 提升民用飞机的安全度。


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