航空工艺技术
AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY
1999年　第4期　No.4




叶轮转速对抛丸成形的影响
Effect of Wheel Speed on Peen_Forming
尚建勤
　　［摘要］　试验研究了叶轮转速对抛丸成形的影响，结果表明，横向抛丸变形是叶轮转速的幂函数。
　　关键词： 抛丸成形　叶轮转速　横向抛丸变形
　　［ABSTRACT］　The effect of wheel speed on shot peen_forming is studied through the experiments, and the result shows that chordwise shot peen deformation is the power function of wheel speed.
　　Keywords: Shot peen_forming　Wheel speed　Chordwise shot peen deformation
　　叶轮转速是影响抛丸成形的主要工艺因素之一。人们一直希望通过对叶轮转速等工艺因素的控制，实现对金属板件外型面的精确、经济和高效的抛丸成形。本文对叶轮转速与抛丸变形之间的关系进行了试验研究，得出了具有实际应用价值的结论。
1　试验
1.1　条件
　　(1)设备。设备为SPW-1型数控抛丸试验机，该机床由北京航空工艺研究所研制，是具有国际90年代初先进水平的7坐标数控抛丸成形和强化机床。
　　(2)参数。弹丸规格D＝1．17?mm（S460）；弹丸流量34.02?kg/min；试件送进速度2×103?mm/min；叶轮转速在600～3?000?r/min间，每隔300?r/min取1个点，共9个取值点。
　　(3)试验件。试验件处于自由应力状态，其材质为LY12CZ的平直板，平面尺寸为600mm×360mm，厚度为5mm，共9件。
1.2　方法
　　9个试验件以相应的转速，沿试件长度方向(纵向)进行单面抛丸成形试验。
2　试验结果及分析
　　试件抛丸表面上的弧高值直接反映抛丸成形试验件的变形程度。抛丸成形试件横向和纵向弧高值与叶轮转速之间的关系见图1(弧高值对应的曲率仪测量跨距为160?mm)。由图1可看出，横向弧高值随叶轮转速的增加而增大，而纵向弧高值随叶轮转速的增加起初缓慢增大，然后缓慢减小。此外，横向和纵向弧高值的共存反映出试件在自由应力状态下抛丸成形时，不可能只产生横向变形而不出现纵向变形。因此，使纵向保持直线或直线度为零是不可能的。

图1　叶轮转速对弧高值的影响
Fig.1　Effect of wheel speed on arc height value
　　以上是叶轮转速对抛丸成形影响的定性分析，而横向弧高值与叶轮转速之间的定量经验关系式必须建立在对它们之间的作用规律的全面认识和把握上。由于受到叶轮额定转速的限制，本次试验的结果只是在一定范围内反映了抛丸横向弧高值随叶轮转速的变化规律。
　　如果叶轮转速可以无限大，那么，随着叶轮转速的增大，抛丸横向弧高值起初逐渐增大，接着增大的速度减缓，达到一个最大值后就逐渐减小。这一变化规律已在试件厚度比较小的抛丸成形试验中得到了充分验证。下列关系式能够较好地反映抛丸横向弧高值fn与叶轮转速n之间的关系规律：
fn=cnαe-β*n
…………(1)
式中，c,α，β均为正常数，其中c和β与抛丸试验条件有关，α与试验件的材料有关。
　　抛丸成形的目的是以较小的能量消耗获得尽可能大的形变和尽可能小的抛丸表面粗糙度值。因此，抛丸成形时的叶轮转速不应太大。当叶轮转速较小时，关系式(1)中的幂函数居支配地位，指数函数部分居从属地位，则整个关系式(1)呈现幂函数性态。
　　为了全面反映横向弧高值与叶轮转速之间的相互关系，本次试验数据首先按式(1)进行初步验算。结果表明，系数β对横向弧高值影响的显著性检查系数小于1，这说明在本次试验中，式(1)中的指数函数部分对横向弧高值的影响并不显著。因此，在经验关系式中可以将指数函数部分舍弃，只保留幂函数部分。以幂函数形式对本次试验数据进行验算后，得到横向弧高值fn与叶轮转速n之间的经验关系式为
fn=e-10.626?8n1.524?316
…………(2)
式中的常数项-10.626?8与本次试验条件有关，幂指数1.524?316与试件材料LY12CZ有关。由式(2)计算得到的横向弧高值与相应的试验值比较见表1，最大差比8.1%，最小差比几乎为零。
表1　横向弧高计算值与试验值的比较

　
试件编号叶轮转速n/r*min-1试验值/mm计算值/mm差比/%
16000.3980．417　－4．8
29000．8410．7738．1
31?2001．1391．198－5．2
41?5001．7181．6832．0
51?8002．2242．2230．0
62?1002．7402．812－2．6
72?4003．6403．4465．3
82?7004．1304．1240．1
93?0004．6534．843－4．1

　　在实际抛丸成形时，如果其他条件不变，式(2)可以帮助人们对横向弧高值和叶轮转速分别进行预测或控制。但是，需要特别强调的是，经验关系式(2)是在本次试验条件下获得的，当抛丸成形条件发生变化后，式中的常数项和幂指数也将随之改变。
3　结论
　　(1)在通常抛丸条件下，金属板件横向抛丸变形随叶轮转速的增加而增大，而且是叶轮转速的幂函数；
　　(2)金属板件纵向抛丸变形总是随着横向抛丸变形而产生，并且，随叶轮转速的增加而先增后减。
注：刘学明同志参加了部分试验工作。
作者单位：　北京航空工艺研究所
