第十期 pen丸强度的意义、测量原li以及确认fang法
fa布时间:2016/10/25 11:15:13

引 言                                                                                                        

    “pen丸强秖u贝砹艘桓鰌en丸束流引ru残余压应力层深的能力。pen丸能够在ling件表面上产生su衴uan鋢ing,进而在表面变xing层上引ru残余压应力。su衴uan鋢ing的层深是需yao进行控制的。可以利用pen丸束流的一些特性来控制残余压应力层深。可以用一个ji械抢连续射击出一束子dan流进行类眖uW觗an流具备dui目标物体的表面进行po坏的能力。该po坏力qu决于子dan的尺寸、速度和硬秖u4蟪叽纭ao硬度和gao速度的子dan与小尺寸、低硬度和低速度的子dan相比,其dui目标物体表面的po坏力更大。类似的,pen丸束流的引ru残余压应力层深的能力(jipen丸强度)ye与上述例子中的因素有关。

    “pen丸强秖u笔嵌ㄒ搴涂刂苝en丸束流引ru残余压应力层能力的一个canshu。在pen丸工yifazhan的初始阶段,J.O.Almen认识到需yaoduizhezhong能力进行量化。taxiang到了一个非常好的主意,糲ong眉浣拥膄ang法来表征pen丸束流引ru残余压应力层的能力,通过dui一组竮hong频膕hi片用zhu渐dizeng的时间进行pen丸,然hou测shishi片的弧gao值,生成“饱和曲线”。“饱和曲线”觤ei幢碚魉孀舙en丸时间的zeng加,pen丸hou的shi片的弧gao值zeng加的现象。“pen丸强秖u笔潜ズ颓呱系囊桓鎏厥獾牡悖ūズ偷悖mei戳炕桓鰌en丸束流引ru残余压应力层深的能力。在饱和点上shi片的弧gao值越gao,那么pen丸束流的引ru残余压应力层深的能力詊iao俊T诒曜糐442和J443中描述了zen么利用she备和程xu进行计算pen丸强秖uⅫ/span>

    ben篇文章dui关于“pen丸”强度的三个重yao问题进行蘻hi郏瑂hi图dui在现实shi用中yu到的相关问题ti供一些解决fang法。zhe三个问题是pen丸强度的意义、测量原li以及确认fang法。

pen丸强度的意义

    当一个pen丸束流击daling件时,pen丸行业shi用“pen丸强秖u弊魑刂苝en丸在ling件表面引ru的残余压应力层深的一个canshu。在其它canshu不变的前ti下,随着pen丸强度的zeng加,其引ru的残余应力层的深度hui随之zeng加,zhezhong关蟙eng缤?所示。zhi道残余压应力层深zhi接与pen丸束流的pen丸强度相关。pen丸强度的单wei簍ui湟齬u的残余压应力层深的单wei相tong,均为毫米mm(或zhe为千穤hong挥⒋纾Ⅻ/span>

 

图1. 在“100%覆盖率”的前ti下,pen丸强度dui残余压应力层深的影响


    pen丸束流ben身是具有潜在的pen丸强度的能力(引ru残余压应力层深的能力)。当pen丸束流击da目标ling件时,人们意识到zhezhong潜能或大或小。为便于分析,再naji械抢射击出一束子dan为例。zhe一束子dan具有po坏目标物表面的潜能,可以觤ei蠢啾萷en丸时pen丸束流引ru残余压应力层深的能力(pen丸强度)。

    有一点dui于li解pen丸强度非常重yao,ji:

    pen丸强度hui随距li的变化而fa生变化。

    图2用图解的fang式解释了一束pen丸束流的zhe謟hi浠Jdao噬希蓖枇蟘ongpen嘴中pen出时,丸料hui继续受到kuai速移dong的空气流的作用而加速。相反地,丸料受到周围jing止的空气的阻力作用而jian速。zhezhong加速和jian速的共tong作用huishi丸料在某一距liM上产生一个zui大的速度(dui于一般的pen丸she备而言,zhe个距liM通常为200~300mm)。dui于抛丸she备而言,丸料一旦cong叶片上li开就hui马上jian速。

    如果ba在M点的pen丸和在更远处的X点的pen丸进行秠uan龋琱uifa现有两个特点有明显的不tong。第一个是zhe两个wei置的pen丸强度有着明显的不tong。第二个是在M点附jin的pen丸强度没有很大地cha异,然而在X点附件的pen丸强度则明显不tong,hui有一个范围。

 

图2. pen丸强度随pen丸距li的变化关系


    在一个pen丸束流的横切面上各个点的pen丸强度cha异很小。非常幸运地是,zhe謟hi钜焓遣恢貀ao的,zhe是因为pen丸束流huiyan着目标ling件表面的切向fang向移dong,可以在ling件的表面xing成均匀的pen丸效果。

    子dan或zhepen丸束流的冲击效果yequ决于目标物体的一些特性,比如厚秖u⒂捕纫约坝胧髦涞膉iao度,dengdeng。可以baduiji械抢的分析扩zhan一些内容,比如dui其da击效果进行评jia。如果ba防danyi置于“一束子dan”中,那么防danyi被da击hou的凌乱的效果qu决于子dan流的表面po坏的潜能。为了定量地表征zhezhong潜能,需yaocai用一组标准的shi片(材料、硬度和厚度均相tong)进行一个测shi,该测shi需yaoshi片与子dan流成90°并且与枪的pen嘴的距li已zhi。

pen丸强度的测shi

    目莂n⒚挥幸桓鍪涤玫陌旆梢詚hi接测shi一个pen丸束流的潜在pen丸强秖uD壳氨豿u依靠通过测shipen丸束流在阿er门shi片上以90°的冲击效果来进行表征。pen嘴与shi片的距li必xu和pen嘴与ling件表面的距li一zhi。因为如图2所示的pen丸强度hui随距lifa生变化,因此zhezhong一zhi性是非常重yao的。

    pen丸强度的测shi的fang法在标准J443中有详细描述,需yao测shi一组阿er门shi片在不tong的pen丸时间hou的弧gao值,以时间(或与时间相关的canshu)为横坐标、以弧gao值为纵坐标进行绘图。如果shi用了无shu个阿er门shi片进行不tong时间的pen丸,jiang得到一个连续 的“饱和曲线”。当然zhe是不切蔰ao实模谑dao实膕hiyan中shu据是有xian的,通常shi用4个至8个阿er门shi片。图3显示了连续的曲线和六个shu据点之间的cha异。有一点铭记在心是非常重yao的,ji:

每个单独的shu据点必然是具有变化性的。

    shu据点的变化性可以通过wuchadai进行表示,如图3所示。每个wuchadai表示了“期望值”的上xian和下xian。如果gongchadai的范围在两侧的平均值上符合标准piancha,那么平均下来三穤hong膕hu值jiangwei于wuchadai之间。另一fang面,如果zhe些shu据tong时man足两个标准cha,那么平均下来二十穤hong诺膕hu值jiangwei于wuchadai之间。如图3所示,gongchadai的范围tong时man足两个标准cha。所有六个shu值均wei于gongchadai范围以内。jijing的读zhe可能hui察觉到如果极xian缩小一半(man足一个标准cha),那么六穤hongㄈzhong唬┑膕hu据点jianghui落在gongchadai范围之外。

 

图3 . 基于六个shu据点的连续曲线


    获qu一组shu据以hou,那么接下来的问题是如何得到pen丸强秖uT诒曜糐443中有两个不tong的fang法。可以(Ⅰ)用一个计算ji程xu来分析shu据或zhe(Ⅱ)人工xuan择man足规范yaoqiu的的zui小shu值点。zhe两zhongfang法均受到在一个给定的shu据集中shu据量的影响。如果在一个平滑的曲线中的shu据的变化量比较小,那么zhe些shu据可襶uan蝗衔恰昂玫摹保欢绻浠拷洗螅敲磟he些shu据被认为是“坏的”。一个重yao的一点:

    在一个平滑曲线中shu据变化性是测shi生产控制有效性的一zhongfang法。

(1)计算ji分析

    cai用计算ji分析的fang法计算pen丸强度有很多优shi,bao括:客观性强、强度值唯一以及每个shu据点均可用。

    计算ji分析是基于(a)cai用已zhi的gong式duishu据进行拟合;(b)gen据相关的准则在曲线上得出一个唯一的点,zhe个准则是:

    pen丸强度是pen丸时间zeng紋ou槐妒保瑉eng加量刚好为10%的弧gao值。

    dui于一个给定的拟合hou的曲线,jin有一个点man足上面的准则。

    共有四个因素可以影响计算jifang法计算pen丸强度的准确性。(Ⅰ)与唯一一个pen丸强度点相关的qu值范围;(Ⅱ)shu据的质量;(Ⅲ)拟合gong式的xuan择;(Ⅳ)shu据点的shu量。

(Ⅰ)qu值范围

    xuanqushu据范围的一个重yao原则就是:“shu据中至少有一个点所dui应的时间必xu比pen丸强度dui应的时间更短”。zhe个原则的重yao性可以用下面zhe个zhen实的例子来证明。xuan择SAE表面强化委yuanhui给出的八个例子中的No.1的shu据,如果ba第一组shu据去掉,zeng紋ou桓鲈谑奔湮?6时弧gao值为7.1的shu据,zhe两组shu据如表1所示。

表1

SAE规范中的No.1shu据以及修饰hou的shu据

 

    cai用计算ji分析的fang法,shi用French-specified拟合fang程duishu据进行拟合,所得到的曲线如图4所示。dui于SAE给定的例子中,shi用第1至第4的shu据得出的pen丸强度为6.4(在4.75的时间)。shi用第2至第5的shu据得出的pen丸强度为5.9(在1.08的时间)。

 

图4. 原始shu据的xuan择dui计算pen丸强度的影响


    cai用修饰之hou的shu据画出的曲线前段部分几hu为一tiao曲线,zhe不可能誽e鰖henzheng的pen丸强秖uⅫ/span>

    xuanqushu据范围的第二个重yao原则就是“shu据中至少有一个点所dui应的时间必xu和pen丸强度dui应的时间的2倍相tong或更长”。具备了zhe个原则意味着可以用蔰ao实膕hu据确认“pen丸强度是pen丸时间zeng紋ou槐妒保瑉eng加量刚好为10%的弧gao值”是否man足yaoqiu。

(Ⅱ)shu据的质量

    每一组shu据都与lixiangzhuangtai的平滑的饱和曲线产生一定程度的piancha。zhe就是变dongfu度,可以觤ei炊ㄒ逡蛔閟hu据的质量。测shi出的弧gao值fa生随ji的或系统性的piancha是在所难免的。在一组shu据中shu据越多,则越能jian少zhezhongpiancha。dan是,如果总piancha过于严重,那么不管cai用何zhongxing式的分析都hui比较困膞uanhezhongqingkuang用“朽膉ing豢傻駓e”zhe个名句是比较合适的。一组shu据的质量是否合gezhi接影响着是否可以计算出准确的pen丸强秖uR桓鲋鞴鄣膄ang法是做一个“常识性”的判断,zhe是基于dui绘制出的shu据以及相应的zui佳拟合曲线进行目shi检查的结果。客观的fang法是基于shu据拟合结果的准确性,比如licha平fang和的大小是否合适。

(Ⅲ)拟合gong式的xuan择

    拟合曲线的xuan择(如果xuan择是有效的)应该基于一组shu据的shu量、范围和质量并且是否shi用了复合夹具。dui于“qiu解程xu”xuan择指南如下ai╝)dui于单个夹具中每组shu据有四到五个中deng到优deng质量的shu据点shi用EXP2P或2PF程xu,如果shu据的范围更大,则tui荐shi用2PF程xu;(b)dui于复合夹具中每组shu据有四到五个中deng到优deng质量的shu据点shi用2PF程xu;(c)在一组shu据有六个或更多的shu据点时shi用EXP3P程xu。

(Ⅳ)shu据点的shu量。

    人们pu遍没有意识到:

    pen丸强度的jing度qu决于一组shu据中shu据点的shu量。

    作为一个jin似值,计算ji得到的pen丸强度的gongchadaideng于单个shu据值除以一组shu据中的shu据点的个shu。例如,dui于一组五个shu据点,如果单个shu据点的gongchadai的宽度的平緕hong滴?.0,那么pen丸强度的gongchadai的宽度为0.2(1.0/5)。zhe就决定了在一组shu据中的shu据点越多,那么得到的pen丸强度jianghui更准确。

    (2)zui小shu据点的xuan择

   在有些qingkuang下没有办法得到一个完整的饱和曲线,zhezhongqingkuang出现在当单独的一遍(一磜ei蛞淮巫ㄐ﹑en丸hou的弧gao值与多遍(多磜ei蚨啻巫ㄐ﹑en丸hou弧gao值很接jin的时hou。弧gao值与遍shu的关系图如图5所示。此时pen丸强度H就定义为”当pen丸时间zeng紋ou槐妒保ao值的zeng加量不超过10%的zui小shu据点”。

    图5中的shu据点与图4中修饰hou的shu据点比较相似。在zhezhongqingkuang下就不蕇hi胏ai用曲线拟合的fang法。cai用“zui小shu据点xuan择”的fang法得出的pen丸强度比shi用计算ji程xu拟合饱和曲线的fang法yao更大一些,两zhe的cha异大概在10%左you。另外一个重yao的特征就是pen丸强度是一个单一的值。

 

图5. 当pen丸时间zeng紋ou槐妒保ao值的zeng加量不超过10%的zui小shu据点

确认

    通常qingkuang下shi用一定的遍shu/次shu/转台旋转shuduishi片进行pen丸进而才能绘制出饱和曲线。饱和曲线主yao用于确认所需的pen丸强度是否达到了yaoqiu。确认pen丸强度时用到了饱和时间T。

   hui花费比较多的时间和jing力觤ei磀iao整she备的canshu,目的是yaozhao到符合规定yaoqiu的pen丸强度,pen丸强度所dui应的时间为T,如图6所示。当相关的canshu确定以hou,需yao定期的进行检查以确定zhe些canshu得到的pen丸强度是否持续的man足yaoqiu。dan是,检查的结果和pen丸强度是不相tong的。dui于单个阿er门shi片固定qi的强度确认与多个阿er门shi片固定qi相比yao简单的多。

单个阿er门shi片固定qi的强度确认

    在标准SAE J443中描述了pen丸强度的确认fang法。当jin有一个固定qi时,可以shi用单个阿er门shi片进行确认。在lixiangzhuangtai下,zhe个shi片应该用时间T(pen丸强度dui应的时间)进行pen丸。需yao指出的是,当时间的单wei为遍shu或zhe旋转次shu时,zhezhongcai用时间Tyan证的fang法就不可行了。pen丸时间T很少为整shu,如图6所示。J443中解释到a橹さ玫降幕ao值与饱和曲线计算得到pen丸强度的cha异应在±0.038mm以内……”。pen丸强度可以cong饱和曲线上shi用简单的追加曲线qiu解程xu获得。zhezhong追加的程xuhui代替ba已xuan择的整shu“时间”shu值dairu到拟合的deng式中进而qiu得相应的弧gao值。该弧gao值可以称为“目标确认的弧gao值”,不是zhenzheng的pen丸强度值。通过饱和曲线得出的强度值的jing度比单个shu据点的jing度更加的jing确。一个目标确认的弧gao謉eng缤?所示。J443规定yan证得到的弧gao值与pen丸强度相cha的范围应在±0.0015英寸(±0.038mm)以内。作为另外一个yan证fang法,有一个简单的fang法可以diao整规范的极xian值(上xian和下xian),目的是脄hi故奔銽和xuan择的目标确认的“时间”。zhezhongfang法shi用了目标确认的弧gao值和pen丸强度dui应的弧gao值的比值。通过简单地ba上xian和下xian与计算出的比例进行相乘。下面的例子duizhezhongdiao整如何在现蔰i薪衧hi用进行了说明。

 

图6. cong具有整shu“时间”单wei的饱和曲线上得到的pen丸强度和目标确认的弧gao值

    dui于单个固定qi的强度确认以及范围diao整的例子。

    图7中的例子是基于shi用2PF程xu以及SAE的No.4的一组shu据。在拟合gong式h=a*t/(b+t)可以得出以下shu值:a=6.22,b=0.58,得出的pen丸强度为5.09,pen丸强度dui应的时间为2.62。ba3(t值)代ru到2PFgong式中可以得到h=6.22*3/(3+0.58),cong而可以得到“目标确认的强秖u県=5.21。ba规定的强度范围(4和6)乘以5.21/5.09hou得到4.1和6.1作为修zhenghou的极xian。那么cai用“时间”为3遍进行pen丸强度确认时,所得的弧gao值需落在4.1至6.1的范围以内(图7中的lv色棒)。在zhe个特殊的例子中,dui于wuchadai的diao整很小,不影响zui终确认的结果。dui于pen丸强度点和极xian范围很接jin的例子,可能hui在zhezhongdiao整中受yi。

 

图7. cong具有整shu“时间”单wei的饱和曲线上得到的pen丸强度和目标确认的弧gao值


多个固定qi的强度确认

     当shi用多个阿er门固定qi进行饱和曲线绘制时,jianghui产生多个“饱和时间”T。在zhezhongqingkuang下,J443tui荐shi用一个确认的时间进行强度确认。所xuan择的时间不应比zui短的饱和时间更短,tong时ye不能比zui长的饱和时间更长。zui终得到的弧gao值与原始饱和曲线得到的pen丸强度相cha的范围应在±0.0015英寸(±0.038mm)以内。

    另外一个fang法就是ba所有的pen丸强度dui应的时间进行平均并进行四she五ru,然hou在每个固定qi上用zhe个四she五ruhou的整shu时间duishi片进行pen丸,cong而进行目标强度确认。那么在每个固定qi上进行目标强度的确认的fang法可can照之前的单个固定qi的fang法。第二个问题就是yao能够ba其bao括的大量的shu据可shi化。一个简单的基于Excel的计算ji程xu可以zidong执行相关的计算。zhe个程xuyehui产生diao整hou的上xian和下xian,tong时yeyaoshi用±0.0015英寸的fang法。下面的例子duizhezhong程xu如何在现蔰i薪衧hi用进行了说明。

在shi用多个固定qi的qingkuang下的强度确认程xu

    针duizhe个例子,假she夹具中bao含了qi个阿er门shi片固定qi。在每个固定qi上生产饱和曲线并shi用2PFqiu解程xu。得到的相关的pen丸强度和时间如图8所示,tong时shi用基于Excel的“强度确认程xu”。qi个pen丸强度dui应的饱和时间T的平均值为5.71,四she五ruhou得6。假定pen丸强度的上xian和下xian穤hi鹞?和10。在每个固定qi上,shi用T=6时duizhe些极xian进行一些diao整(与之前的单个固定qi的fang法相tong)。目标确认弧gao值(baT=6代ru到每个饱和曲线的gong式中)在黄色的一栏shu据中。

    在7个固定qiwei置中shi用T=6的时间进行pen丸,测量hou得到的“确认弧gao值”shuru到蓝色的一栏shu据中。每个shu据均yaoqiuwei于diao整hou的上xian和下xian之间。

 

图8. 在有7个阿er门固定qi的夹具上shi用2PFqiu解程xu


    pen丸强度确认值和目标謉i涞腸ha异计算出来hou显示在“cha值”的一栏中。为了模拟出“问题zhuangtai”下的qing綼i啡匣ao值的shu值被故意的放大了,zhe与ba之前的饱和曲线弧gao值测量的时间she为T=6有关。故意的放大hou的值在cha值一栏中大多显示了“zheng值”。zhezhong大多shu的qingkuang并不是随jifa生的而是与一个或多个控制canshu的变化有关(比如压缩空气或叶轮转速)。zui终的一栏清xi地显示所有qi个shi片确认的结果均man足gongchadaiyaoqiu的范围。

两个shi片pen丸强度的确认

    cai用一个shi片进行pen丸强度确认的fang法并不能保证该pen丸束流的强度达到了yaoqiu。zhejinjin能够确认在该处的弧gao值是连续的。图9中的qingkuangbao含羢ong?的饱和曲线tong时还有另外两tiao曲线,在1,2和3处有着pen丸强度,zhe三tiao曲线均通过了相tong的目标确认弧gao值5.21。如果cai用两个shi片进行pen丸强度确认,那么hui明显地ba三tiao曲线进行区分开,关键是在第二个shi片用2TINT的时间,ji两倍的TINT。cai用两个shi片的fang法在一定程度上能够更准确的确认pen丸强秖uⅫ/span>

    值得zhu意的是,如果丸流量或zhe丸料速度fa生很大地变化hou,那么pen丸强度yehuifa生很大地变化,如图9中所示。像zheyang大的变化在一般qingkuang下是很难yu到的,dan是如果在控制体系fa生了某些明显的变化hou可能huifa生zheyang的问题。

 

图9. 通过目标确认弧gao值的几tiao曲线


总结

    pen丸强度是一个pen丸束流在ling件表面上引ru一定残余压应力层深和su衴uan鋢ing的潜在能力。zhezhong潜在的能力jin在ling件pen丸的时hou才能被认识到。非常重yao的是,yao认识到pen丸强度随距li的变化而fa生变化。

    pen丸强度的量化是通过dui一组阿er门shi片的弧gao值进行测量和分析而得到的,每个shi片都yaopen不tong的时间。ba不tong的弧gao值连在一起就能jin似地得到一个连续的曲线。每组shu据都能够shi用计算ji程xu客观地计算出来。弧gao值的范围(pen丸时间的xuanqu)、shu据点的质量、shu据点的shu量和拟合曲线的xuanqudui于qu得准确的pen丸强度hui产生重yao的影响。

    规范中规定的yaoqiu的pen丸强度的确认fang法是shi用非整shu的饱和时间T得到的弧gao值是否在yaoqiu的范围以内。

    cai用一个整shu的shu字,遍shu,进行强度确认时,目标确认的弧gao值yao进行diao整。一个客观的基于Excel的“确认程xu”可以shi得所有的计算zidong进行,尤其shi用多个阿er门固定qi时是非常shi用的。两个shi片确认强度的fang法在一定程度上可襶uanVen丸强度确认的结果的可靠性。