葉片鋼丸振動強化技術

李深亮++喬思佳

摘 要：本文闡述了葉片強化設備以及用于裝夾葉片夾具的基本原理。通過采用不同的強化方式和強化時間對葉片進行強化試驗，對比鋼丸強化和振動光飾兩種方法對葉片表面粗糙度、型面尺寸和表面壓應力的影響。

關鍵詞：葉片制造；鋼丸振動強化；壓應力；振動光飾

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A

國內外航空企業廣泛使用表面強化的方法來提高葉片表面壓應力，進而提高葉片疲勞性能，以減少葉片在工作中疲勞斷裂的發生，達到增加葉片可靠性的目的。噴丸和振動光飾是常見的葉片方法，噴丸強化過程控制較復雜，要求較嚴格，設備昂貴，同時也存在著噴丸后葉片的表面質量降低，型面產生變形等缺點。振動光飾過程較簡單，可以提高葉片表面質量，但表面應力提升能力不強。

針對鋼丸強化技術的試驗工作，自行設計制造了鋼丸強化機和與之配套使用的強化使用的夾具，并進行葉片鋼丸強化和振動光飾的振動時間等工藝參數進行摸索。

1.鋼丸強化原理

葉片強化的介質是高硬度且表面質量較好的鋼球，葉片和鋼丸共置于強化機的箱體中，在電機帶動下，箱體運動進行振動，帶動鋼球運動，其強化作用是靠鋼球的撞擊和擠壓葉身產生的。

葉片固定于可旋轉的夾具上，在鋼丸的沖擊下，夾具隨之轉動，在葉片運動方式固定的情況下，葉片的位置在逐漸變化，使葉片葉身受到均勻的強化作用，而不是像振動光飾那樣葉片在強化鍋中無限制的運動。

2.鋼丸強化設備與夾具

葉片鋼丸強化機的基本工作過程是：電機轉動產生的動力通過偏心扭轉軸將扭矩傳遞給箱體，箱體則隨之產生具有一定振幅和頻率的振動，箱體中裝有鋼丸和帶葉片的夾具。通過鋼丸撞擊和擠壓葉片，在葉身產生了強化的效果。鋼丸強化機的減震裝置是靠裝有空氣的氣囊，壓縮空氣經過過濾器和調壓閥后進入氣囊，通過調整氣囊中空氣的壓力。氣囊卸壓后，箱體的重量由支板承擔。

葉片強化用夾具的作用是對葉片進行固定，夾具與葉片一起在強化機的箱體中轉動，夾具要保證葉片的葉身在箱體中與鋼丸的運動方向垂直。

3.強化試驗

3.1 實驗材料

（1）設備：鋼丸強化機、振動光飾機ZL-55。

（2）強化介質

鋼丸：材料：GCr15，硬度：HRc 55～60，尺寸：Φ3.5mm。

灰色三角陶瓷塊：尺寸：10×10× 10mm。

（3）對象：某葉片，數量：12片材料：GH150。

3.2 實驗方法

（1）葉片標號并型面進行測量，記錄數據。

（2）在葉片指定位置檢查表面粗糙度并記錄數據。

（3）在葉片指定位置檢查表面壓應力并記錄數據。

（4）進行的葉片強化試驗。

（5）對強化后的葉片型面進行測量并記錄數據。

（6）對強化后的葉片指定位置檢查表面粗糙度、壓應力并記錄數據。

4.試驗結果

4.1 鋼丸強化對葉片表面質量的影響

（1）鋼丸強化能夠提高葉片的表面質量

由圖1可以看出，鋼丸強化可以提高葉片的表面質量，葉片表面在鋼丸的柔性沖擊下，降低了葉片表面型面的微觀不平度，使葉片的表面質量得到提高。

（2）鋼丸強化時間與葉片表面質量的關系

由圖1的數據可以看出，葉片表面質量沒有隨著鋼丸強化時間的增加而提高，而是在一定范圍內變化。也就是說，鋼丸強化降低葉片表面微觀不平度的能力是有一定限度的。

（3）鋼丸強化與振動光飾對葉片表面質量的影響

由圖2可以看出，鋼丸強化后的葉片表面質量的不低于經過振動光飾的葉片表面質量。

（4）葉片鋼丸強化后，感觀質量優于振動光飾。

兩種強化方式所得到的葉片表面質量是基本相當的，但從實物的感觀來看，鋼丸強化后的葉片表面亮度要好于振動光飾。

（5）葉片鋼丸強化后，葉片表面質量符合設計圖要求。

由圖1可以看出，鋼丸強化后的葉片表面粗糙度值遠小于設計圖要求的Ra0.4，這種強化方法能夠使葉片表面質量符合設計圖要求。

4.2 鋼丸強化對葉片型面的影響

（1）鋼丸強化引起葉片型面的變化。

進行鋼丸強化的葉片，在鋼丸的沖擊和擠壓下，在葉片表面形成了冷作硬化層，因而使葉片表面的應力狀態發生了改變，由于達到了新的應力平衡，引起葉片型面的變化大于振動光飾葉片型面變化。如圖3所示。

（2）葉根的變化要小于葉尖的變化。

由圖3所示，經過鋼丸強化的葉片接近榫頭的葉根其變形程度要小于遠離榫頭的葉尖。

4.3 鋼丸強化對葉片表面壓應力的影響

（1）鋼丸強化可以顯著提高葉片表面壓應力

葉片鋼丸強化是使鋼丸對葉片表面產生擠壓和沖擊，使葉片表面產生冷作硬化層，葉片表面由原來的拉應力變成壓應力，由圖4可以看出，葉片表面壓應力有顯著的提高。

（2）鋼丸強化的壓應力值隨著鋼丸強化時間的增加而升高，

由圖5可以看出，在不同的強化時間下，葉片表面壓應力的值是不同的，隨著葉片表面強化的時間增加，葉片的表面壓應力也增大，但增幅是越來越小的。

結論

鋼丸強化能夠顯著提高葉片表面質量，包括表面的粗糙度和應力狀態，同時也會引起葉身型面的變化，主要變形位置在葉尖。鋼丸強化的強化效果明顯，壓應力值在500MPa～800MPa之間。

參考文獻

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