超聲波噴丸機(jī) 超聲波振動(dòng)噴丸系統(tǒng)

超音速/索尼克SONIC超聲波噴丸設(shè)備介紹大功率

（產(chǎn)品型號(hào) CYS-P20/JY-P20  鋼珠噴射成形校形 數(shù)字式 大能量）

     近年來(lái)，隨著超聲波技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，尤其是大功率超聲沖擊設(shè)備制造技術(shù)的日益成熟，索尼克/超音速SONIC應(yīng)用高能超聲波產(chǎn)生的沖擊波進(jìn)行金屬板料的塑性成形與校形成為了可能。

     以高頻率(一般在20KHz以上)、高達(dá)數(shù)千瓦功率的超聲波作為能量源，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機(jī)械振動(dòng)能量，再通過(guò)變幅桿進(jìn)行放大，高能量密度的機(jī)械能沖擊波作用于金屬表面，使金屬板料發(fā)生彎曲變形，由此實(shí)現(xiàn)金屬板料的噴丸成形和校形。由于其工藝過(guò)程和原理類似于傳統(tǒng)的噴丸工藝，所以稱為超聲波噴丸成形與校形。

     近年來(lái)，隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，尤其是大功率超聲沖擊設(shè)備制造技術(shù)的日益成熟，應(yīng)用高能超聲波產(chǎn)生的沖擊波進(jìn)行金屬板料的塑性成形與校形成為了可能。高能超聲波噴丸成形和校形技術(shù)其設(shè)備成本低、工件性能高、適用性廣、且工藝過(guò)程環(huán)保，在美國(guó)和歐洲一些國(guó)家的航空航天部門(mén)已經(jīng)得到了重要應(yīng)用，但我國(guó)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段。

超聲波噴丸成形與校形技術(shù)

一、基本原理

    超聲波噴丸技術(shù)利用高能量密度的超聲波經(jīng)沖擊介質(zhì)(鋼質(zhì)撞針或者彈丸)沖擊金屬材料表面，在金屬材料表面產(chǎn)生遠(yuǎn)大于材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度的巨大沖擊力，從而引發(fā)材料表面劇烈的塑性變形。材料表面層的微觀組織由于這種劇烈的塑性變形而得到大大的碎化(可達(dá)納米級(jí)別)，產(chǎn)生密集、均勻且穩(wěn)定的位錯(cuò)增殖。與此同時(shí)，材料內(nèi)部誘導(dǎo)產(chǎn)生了高幅的殘余壓應(yīng)力分布，當(dāng)殘余壓應(yīng)力積累到一定程度時(shí)，板料會(huì)發(fā)生宏觀的彎曲變形使其內(nèi)部力系重新達(dá)到平衡，并形成新的內(nèi)部應(yīng)力分布。通過(guò)調(diào)整超聲波噴丸的不同參數(shù)，便可以產(chǎn)生相應(yīng)的殘余應(yīng)力場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)板料光滑曲率的精密成形與校形。

二、技術(shù)特點(diǎn)

    超聲波噴丸成形和校形相較于其他成形與校形方法，技術(shù)優(yōu)勢(shì)較明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)可實(shí)現(xiàn)較厚板材的成形。由于其具有的高應(yīng)變率效應(yīng)，能夠產(chǎn)生幅度和深度更大的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)更大曲率半徑的成形和校形，在厚板局部成形和校形方面具有優(yōu)勢(shì)。在厚度不大于22mm的鋁合金板材上可以成形和校正形狀，而傳統(tǒng)機(jī)械噴丸成形則因板材太厚而不能有效成形和校形。

(2)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀工件的成形和校形。超聲波噴丸設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，能夠?qū)?fù)雜的結(jié)構(gòu)件 (如腔體)進(jìn)行局部成形處理，設(shè)備的工藝參數(shù)少(超聲波發(fā)生器的頻率、 撞針規(guī)格、振幅)，可控性好，對(duì)于不同變形特征的成形和校形過(guò)程選取適用的設(shè)備工藝參數(shù)，可控制金屬板料表面的殘余應(yīng)力大小和深度，從而 達(dá)到控制金屬板料表面殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布，可實(shí)現(xiàn)金屬板料的成形和校形。

(3)成形后的材料綜合性能較其他噴丸成形方法好。與其他噴丸成形相比，超聲噴丸成形后的板材表面光滑、粗糙度良好。撞針垂直方向 撞擊材料表面，且速度要小于傳統(tǒng)丸粒，撞針撞擊部位的圓度和表面粗糙度精度高，而這些因素都使噴丸處理后的工件表面粗糙度值下降。除此之外，超聲波噴丸進(jìn)行成形的同時(shí)所產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力是傳統(tǒng)噴丸及激光噴丸的數(shù)倍，更大的殘余壓應(yīng)力值提高了工件材料的、抗腐蝕及抗變形的能力。

(4)無(wú)污染。機(jī)械噴丸成形需要在每次噴丸結(jié)束后對(duì)彈丸進(jìn)行收集、清洗、分級(jí)以及破粒去除，而超聲波噴丸成形采用的鋼質(zhì)噴丸介質(zhì)不容易磨損，長(zhǎng)時(shí)間作用磨損后也很方便更換，是一項(xiàng)無(wú)污染綠色制造技術(shù)。

(5)設(shè)備的成本低。超聲波發(fā)生器尺寸較小、能耗低，整個(gè)超聲波噴丸裝置可做成移動(dòng)便攜式，應(yīng)用場(chǎng)所不受限制，完全可以在車間生產(chǎn)線 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

三、研究和應(yīng)用進(jìn)展

    超聲波噴丸強(qiáng)化、超聲波噴丸成形與超聲波噴丸校形統(tǒng)稱為超聲波噴丸技術(shù)，是近十幾年興起的一種表面處理技術(shù)。超聲波噴丸強(qiáng)化技術(shù)主要是利用彈丸或撞針對(duì)金屬材料表面進(jìn)行高速重復(fù)沖擊使其產(chǎn)生硬化層，以達(dá)到提高金屬零件的表面強(qiáng)度、疲勞壽命等目的。超聲波噴丸校形與成形技術(shù)則是通過(guò)撞擊產(chǎn)生殘余應(yīng)力，迫使板料產(chǎn)生宏觀彎曲變形，在材料“增壽”的同時(shí)，達(dá)到成形與校形的目的。超聲波噴丸強(qiáng)化技術(shù)相對(duì)比較成熟，已有較廣泛的應(yīng)用及研究報(bào)道，而超聲波噴丸成形與超聲波噴丸校形研究和應(yīng)用報(bào)道則比較少。

    2005年，烏克蘭Pmkenko等提出一種新型的超聲波噴丸設(shè)備，采用撞針作為工具頭，又稱為超聲波噴丸。他們用該設(shè)備處理大型平面，有效提高了表面硬度，材料的表面粗糙度也優(yōu)于傳統(tǒng)噴丸。

    2006年，俄羅斯Statnikov等比較了在超聲波噴丸中采用撞針和丸粒效果的不同。結(jié)果證明了采用撞針的超聲波噴丸工藝在材料表面所產(chǎn)生的應(yīng)力要大于普通超聲波噴丸。