第二十期 丸料束流de喷丸强度变hua性
发布时jian:2017/8/25 13:55:56

引 言                                                                                                        

    一个丸料束流通chang被ren为是丸料he流体de混he体。流体一般是空qi,但是有时也会是shui或其它de流体。

    丸料束流互相之jiande差别主yao表现在它们de平jun喷丸强度上。导zhi这謟hi畋餯e主yao原yin就是大jia所熟知e枇铣叽纭⑼枇纤俣萮e丸料密度。上述三个参数有一个增加du会导zhi平jun喷丸强度增加。对一个te定de丸料束流,测蕐un胐aode喷丸强度是一个heng量,但实际上喷丸强度具有变hua性,是一个变量,关yu这一dianren们所知并不多。从饱he曲线得dao喷丸强度de变hua性取决yuyixia三个yinsu:位置、角度he时jian。PAT是由英文首字mu组成de单词,是非chang有用de,需yao大jia记住。P表示位置(Position),A表示角度(Angle)heT表示时jian(Time)。

喷丸gong艺本身需yao对每一束束流de喷丸强度进行严格控制。yin此,本pian文章尝试解释一个te定de丸料束流是怎么yi及为shi么变hua。

丸料束流祄ou煞拯/span>

    一个丸料束流han有liang个基本组成,ji快速流dongde流体he丸料。liang者祄u醜eqing况ru图1所示。

 

图1 丸料束流zhongde流体he丸料

    图1zhong显示de丸料束流比较li想hua。而真实de丸料束流de形状取决yu丸料推进de形式,ji是喷丸还是抛丸。ru果采用de是抛丸she备,那么就胔ui醒顾蹩誵ide存在,空qi流de形状主yao取决yuye片deshejifang式。ru果采觤en缤鑣he备,那么空qi流de形状主yao取决yu喷嘴de形状。

    一个非changzhongyaode问题是:“流体he丸義i膟undong速度膍u龈欤俊bei餫nyao根据实际qing况而定,yin为丸料是离开喷嘴还是ye片所得daode答an不一样。对yu虹吸式喷丸she眆u椭眏iegong料喷丸she备,当丸料离开喷嘴后,空qide移dong速度yao比丸料更快。对yu抛丸she备,丸義i囊芼ong速度yao比空qi更快。ru果喷丸she备采用文丘里喷嘴,那么空qi将达dao超音速,这就意味着出口处空qide移dong速度比丸義i乃俣葃ao快得多。

喷丸强秗en嫖恢胐e变hua

    在一束丸料束流zhong,位置不同,喷丸强度也不同。造成喷丸强度差异de原yin是在丸料束流de不同位置,丸義i乃俣炔煌S胫喙豥e定律chen为束流zhongde丸料加速定律。该定律可yi描述为:ru果丸料周围de流体速度高yu丸料本身,那么丸料将被加速,反之亦萮uS脁ia述公式可yi表达,其zhongF为流体施加在丸料蓌i募铀賚i:

F=k(vF-vP)                                        (1)

    其zhongk为正chang数,vF是流体速度,vP是丸料速度。ru果vF高yuvP,那么(vF-vP)为正zhi,则F为正zhi,yin此作用在丸料蓌i膌i起dao加速作用。但是,ru果vFdiyuvP,那么(vF-vP)为fuzhi,则F为fuzhi,yin此作用在丸料蓌i膌i起dao减速作用。vF-vPde差(vF-vP)chen之为“相秠un俣取薄Ⅻ/span>

    为liaofangbian对公式(1)deli解,大jia可yi想象一xia,ru果一个ren沿着一条很长de平直公路yi5qian米/小时de速度行走,吹过其背部defeng速达dao10qian米/小时。那么现在相当yu有一个(10-5)deli试蚸i谜飧鰎en加速yundong。ru果feng速减dao5qian米/小时,那么这个ren将不会受dao加速deli。ru果feng速jiang为2qian米/小时,那么(2-5)将是一个fuzhi,将会阻碍这个ren向前行进并使其减速。

    关yu丸料在喷丸过chengzhong加速he减速deqing况也可yi采用yi蓌i膄ang法分析,ru图2所示。空qi速度he丸料速度yi向量表示,所yi每个箭头祄ouざ萪ai表liao速度de大小。请记住空qi速度在离开喷嘴之后会xiajiangde很快。

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图2 空qihe丸料速秗en嫖恢梅⑸鋒uade矢量图


    ru图2所示,在位置1处空qi速度大yu丸料速度,那么将会存在一个净加速作用使丸義i乃俣仍黾印T谖恢?处空qihe丸義i乃俣ren嗤敲炊酝枇蟣ai说ji无加速作用也无减速作用。在位置3处空qi速度已jing减小,丸料速度比空qi速度更快,那么会存在一个净减速作用使丸義i乃俣萰iangdi。

    一束丸料束流zhong存在大量de丸粒。在丸料束流zhong,由yu丸粒de位置、尺寸he形状不同,每个丸粒de相秠un俣纫膊煌M保鑩ao记住de是,由yu受daowai部静止qi流de作用,在丸料束流边缘处deqi流速度会显著xiajiang。ru果yao对丸料束流zhongde每一个丸粒进行分析将是非chang困nande一件蔿v椤4骿ia可yi联想一xia,数qian只塑料鸭子扔入流速很快de溪流zhong祄ou【啊T谙鱠ezhongjian位置,shui流de速度是zui快,而在岸边de位置,shui流de速度却非changde慢。随着溪流变宽,shui流de速度会jiangdi。yi蓌imou【按骿ia还是比絰ian輞i想象,而虹吸式喷丸she备zhongde丸流状tai与上述场景是非chang相似de,ru图3所示。

 

图3 虹吸式喷丸she备zhong丸流de喷丸强度穤hi稽/span>


    在虹吸式喷丸she备zhong,喷丸强度dezui大zhi出现在距离喷嘴D处de丸流zhongjian位置。

    测试一个喷丸束流de不同距离Dde喷丸强度是非chang容yide。在喷嘴或ye片顶端de不同距离处放置阿尔men试片固定qi进行喷丸强度测试。需yao注意de是,yao保证丸流dezhong轴线yao沿着阿尔men试片dezhong轴线移dong。在不同de距离处进行饱he强度试yan进而hui制饱he曲线。图4zhong给出liaoS170铸钢丸,5mm直jing喷嘴,2qianke/分钟丸流量,虹吸式喷丸she备等条件xiade喷丸强度变hua随距离de变huaqing况,喷丸强度de变hua范围为10-12A。该曲线dezuizhongyaodete征为zui大喷强度hmax出现在245mmde距离处。

 

图4 喷丸强秗en婢嗬雂e变hua曲线图


    需yao补充de是,哪怕是处在同一个距离,丸料束流横截面蓌i牟煌恢胐e喷丸强度也不相同,ru图5所示。

 

图5 丸料束流横截面上喷丸强度de变huaqing况

(喷丸强度zui大zhi出现在丸流dezhongxin位置)

    测蕐un胐e喷丸强度也会随着阿尔men试片de摆放位置de变hua而变hua。ru果阿尔men试片dezhong轴线he丸流束流dezhongxin线zhong簒i亟虾茫敲淳湍芄坏胐ao相对较高de喷丸强度,而ru果zhong簒i膓ing况瞙uan茫敲吹胐aode喷丸强秗en喽越xi汀Ⅻ/span>

    丸料束流zhongde喷丸强度差异cheng度he喷丸she备类型也有关。直jiegong料she备de喷丸强度差异性yao比虹吸式喷丸she备小很多。而抛丸she备deqing况是不一样de,由yu丸料受dao离xinliheye片推lide双zhong作用,丸料在离开ye片顶端时de速度yao大yu空qide速度,这就意味着丸料一旦离开ye片就开始减速liao。

    从试yan祄u嵌萳ai讲,测试丸料束流横截面de喷丸强度差异比较困nan一xie。由yudan坑de直jing是he喷丸强度直jie相关,yin此可yi采用jianjiedefang法,ji测试喷丸后留xialaidedan坑直jingde变hualai推测喷丸强度de变hua。通过在静止de阿尔men试片he固定de喷丸喷嘴之jian放一个“滑dong模块”进行测试。zui终祄u峁砻鳎咴挡课籨eao坑直jing(象征喷丸强度)比zhongjian位置yaojiangdiliao约30%,这也反映出在丸流横截面上喷丸强度de变huaqing况。

喷丸强秗en娼嵌萪e变hua

    ru果丸粒不是yi垂直祄u嵌瘸寤髁慵敲赐枇3寤髁慵笤诹慵砻嫔狭魓ialaideao坑yao更浅一xie,这也意味着塑性变形decheng度yao更小,yin而喷丸强度也更小。图6显示liao喷丸强度与冲击角度之jiande关xi。

 

图6 冲击角度与喷丸强度de关xi

(本试yan采用N型试片,S110铸钢丸)


喷丸强秗en媸眏iande变hua

    一个丸料束流de所测喷丸强度取决yuyixia三个与时jian相关deyinsu,每个yinsu秊i哂谐て凇⒍唐趆eji刻xiao应,它们为:

    1. 丸料te征;

    2. 速度控制;

    3. 强度测试fang法。

1. 丸料te征

    丸義i膖e征有平jun尺寸、思忖穤hi糷e形状,这xiete征du会随着时jian发生变hua。图7是造成丸料te征随时jian发生变huade几个yinsude图示。这xieyinsu对喷丸强度造成长期de(huan慢de)、短期de(快速de)heji刻de变hua。

 

图7 影响丸料束流te征de时jian相关yinsu


    对喷丸强度变hua造成长期影响de一个li子就是丸義i哪un。丸粒dezhu渐磨sun是ren们zui容yili解de。jing过长期使用后,丸料zui终将不满足标准zhong尺寸deyao求。图8就是S110丸義imouて谀un影响喷丸强度de一个li子,假she其它de参数保证不变。假she新deS110丸料可yi达daode喷丸强度11A,那么长期使用之后丸料尺寸会减小,变成liaoS70丸料,ru果其它de喷丸参数不发生变hua,喷丸强度将jiang为7A(英制单位)。但是在实际de喷丸zhong,考lvdao丸義i募跣。缤璨问腔嶙鞒鱿嘤iaozhengde。

 

图8 丸義imouて谀un与喷丸强度之jiande关xi


    对yu钢qie丸lai说,长期使用zhong形状de变hua对喷丸强度de影响是te别显著de。在使用过chengzhong,钢qie丸会zhu渐变得更jiejin球形。这謟hong巫磀e变hua在未钝hua钢qie丸zui为显著,在球形钝hua钢qie丸zhongzui不显著。从li论上lai讲,随着钢qie丸de形状发生变hua,喷丸强度将会发生qingweidexiajiang。

    图9显示liao丸料尺寸祄ouて诒鋒ua是ru何影响饱he曲线de。在实际degong厂喷丸强度测试zhongjingchang遇daodeli子,ru果料斗de底部积累liao细de丸料,那么首xian喷射出细de丸料,待细de丸料喷完,喷射出是磟hi耐枇希敲吹胐aode饱he曲线将会是0ABC,这将导zhi实际de喷丸强度会jiangdi。ru果首xian喷射出是磟hi耐枇希zhi耐枇吓缤辏缟涑鍪窍竏e丸料,那么得daode饱he曲线将会是0DBE,得dao祄u崾遣煌琩e喷丸强度。

    对she备zhongde丸料进行补充后将会导zhi喷丸强度li刻升高,也就是从图9zhongde“比平jun尺寸细”de曲线转变为“比平jun尺寸粗”de曲线。


 

图9 丸料te征de变hua对喷丸强度de影响


2. 速度控制

    一个丸料束流de喷丸强度直jiehe平jun丸料速度、质量he直jing相关。公式(2)he(3)为喷丸强度与丸料速度之jiandejingyan公式,其zhongV为丸料速度,I为喷丸强度,S为铸钢丸de平jun尺寸。

I=S*0.0036659(1-exp(-0.010482*v))                             (2)

    其zhongIde单位为mm,vde单位为ms-1

I=S*0.00014432(1-exp(-0.0031949*v))                           (3)

    其zhongIde单位为英寸,vde单位为英尺每秒。

    举一个li子,ru果S170丸料(S=170)de速度为300英尺每秒(V=300),dai入公式(3)zhong,得daode喷丸强度为0.015英寸。蚸i绻俣萰iang为270英尺每秒,那么得daode喷丸强度为0.014英寸,xiajiangliao10%。图10显示liao由公式(2)得daode对yu不同钢丸喷丸强度与丸料速度de关xi。

但是,丸料速度很少是直jie控制de,通chang采用空qi压liheye轮速度对其进行jianjie地控制,并假定丸流量是wen定de。但是不幸de是,yi蓌ian鰕insu(空qi压li、ye轮速度he丸流量)在短期、zhong期he长期或多或少地du会进行波dong。压liguan压li变hua、电压波dong、ye片磨sun、软管磨sun、喷嘴磨sunyi糱a枇髁靠刂撇╠ong等yinsudu会造成丸料速度发生变hua。

          

图10 喷丸强度与丸料速度之jiande关xi


3. 喷丸强度测试fang法

    喷丸强度de测试fang法也会对喷丸强度de测试结果造成影响。长期deyinsu包括hu高度测试仪de支撑球he顶杆de磨sun。短期deyinsu包括每个试片de差异yi及测试阿尔men试片时de摆放fang式。但是通过对hu高度测试仪de定期校准可yi有xiao地减少喷丸强度测试fang法对喷丸强度结果de影响。


结论

    本pian文章并不具备综he性hequan威性。本pian文章de目de是强diao现实zhong有大量deyinsu会造成丸料束流de喷丸强度发生变hua。

    一直关注de主题是ru果每个喷丸强度de测试heshe备参数deshe置能够yimou謟hong问奖4娉墒菘猓敲炊詙u喷丸强度de控制将会更加有xiao。ru果she备de喷丸强度发生liao变hua,那么可yi参考本pian文章de相关影响yinsu进行分析。