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第 8 卷- 2020 年 12 月刊
通用喷丸强化设备?



水平定向-ID和OD喷丸


盲孔用倒装式喷枪


旋转喷嘴喷枪

简介

如何对一台通用喷丸强化设备进行分类?这台设备是否能够处理多个部分的几何形状而不改变基本的设计元素,且采用通用或更少的设置?多重弹丸介质能力?部件的工艺ID和OD?列表可能是无穷无尽的,而设备特征也是如此。尽管从理论上讲一切都是可能的(适当价格),但实际上具有许多局限性。

航空航天部门大致分为Prime和MRO,这两个群体之间有一些重叠。就喷丸强化设备的用户而言,MRO占很大比例。MRO通常集中在飞机维修的三大类别之一-机身、起落架和叶轮以及发动机。集中在起落架和发动机上的MRO通常面临着各种零件样式和加工要求。也许它们的应用可以定义“通用喷丸强化设备”的类别。

本文将探讨设计通用设备是否可行。设计是否有不可避免的局限性?加拿大安大略省伯灵顿的Langtry Blast Technologies (LBTI)对上述问题有了可行的答案。过去,LBTI已经满足了他们的客户需求并提供了这台设备。下面是基于应用对上述一些问题的回答。由于项目的保密性,客户名称和零件图片不包括在此次讨论中。纳入了一些模型来解释设备概念。

应用定义

设计这台设备的标准如下:

批次样式(操作员加载和离开)
圆柱形零件的大批量生产(OD和ID)
盲孔零件
长度大于上述零件的圆柱形零件的小批量生产(OD和ID)
各种零件样式
ID和OD能力
偏心孔和槽
不规则零件几何形状
金属和非金属介质

鉴于航空航天市场由于客运量减少而面临着几个挑战,因此对于喷丸强化设备的使用者而言,将所有可能的特性纳入一台设备变得至关重要。这也是由于大多数航空航天公司的建筑面积不足,要求工程师在设备设计方法上具有创新精神。

除上述要求外,还有更明显的要求,如空气压力闭环监控、弹丸介质流动、弹丸介质大小和形状分类以及零件和喷嘴运动。与大多数喷丸强化项目一样,这台设备的设计也符合常用的规范和审计要求。

大批量生产

在喷丸强化应用中,解决与生产率相关的问题通常并不简单。令人庆幸的是,飞机的制造和维修速度没有汽车那么快,这让大多数工程师不必回答这个具有挑战性的问题。提高生产力的一般解决办法是用大量的弹丸介质冲击工,不幸的是,这一方法并非始终可行,特别是在面对紧凑的几何形状和盲孔时,没有“连续弹丸”的可能性,达不到期望的“零件喷丸”要求。航空航天中的高生产率在处理发动机叶片时普遍存在,但由于零件的几何形状相当开放,这通常不会构成重大问题。
常见的解决方案是在具有多个卫星站的分度转盘上加工这些零件。每个卫星站都有独立的旋转度,确保完全暴露于所有OD区域。LBTI面对的是需要在ID和OD上喷丸的圆柱形零件。这些零件中有些有通孔,而另一些则有盲孔。他们的工程师用传统的分度多台面解法解决了生产效率和盲孔几何形状问题,但喷枪却不是从顶部进入孔内,而是位于卫星站下方,从底部到顶部进入孔内,在预定的行程限制范围内振荡。卫星台的旋转使所有ID表面都能得到适当覆盖。带有自由孔的大型台式主轴允许1英寸(25毫米)喷枪自由通过轮毂进入零件孔。最重要的是,重力辅助了设计,允许喷丸介质自由排入回收系统,而不会像从顶部使用立式喷枪那样填满盲孔。事实证明,这一概念对盲孔和通孔而言都是成功的。

至于生产效率,主工作台配备八个卫星站,允许操作员装载所有八个站,关闭工作门,启动循环,然后离开去执行设备区域外的其他任务。该工作台自动将一颗单独卫星分度到喷丸站进行加工。分度多台设计在汽车领域是一种久经验证的“主力”,现在也成功地应用于航空航天应用。

小批量生产

LBTI工程师通过按长度对小零件和大零件进行分类来完成此项目工作。对生产率要求较高的小零件通常在30英寸(762毫米)以内,而大零件的长度最大可达60英寸(1,524毫米)。长零件(30至60英寸)在安装在水平框架上的辊子之间水平加载,框架位于台面上。为辊子供电以允许暴露于整个零件OD。这里值得一提的是,这种布置是为了同时实现OD和ID零件喷丸而设计的。ID区域用带有两个行程轴线的单独喷嘴喷枪进行喷丸处理。纵轴允许喷枪在不同的零件直径下自动对准,而横轴沿零件孔输送喷枪。纵轴还可以补偿任何潜在的喷嘴下落,尤其是在小孔和长孔喷丸时。

各种零件样式

这可能是“通用”喷丸强化设备最受欢迎的功能之一。除了上面描述的两种零件样式之外,还包括不规则形状的零件,这些零件常常让人对它们在飞机上的位置感到惊奇。但是为了增加工程师的工作兴趣,复杂的零件确实存在,而且还需要喷丸处理。回溯到25年前,当喷嘴仅由托架操纵时,这些零件很可能不会得到喷丸处理,也不会被手动加工。在重新定义的过程中,这些零件也需要作为自动化操作的一部分进行喷丸处理。具有复杂几何形状的零件需要多个操控轴,以达到所需的45度以上的目标角度。然而,在2020年,设备人被广泛应用于喷丸强化应用。LBTI设计包括一个标准的基座式六轴设备人,携带两个文丘里管式喷嘴,用于所有OD喷丸活动。设备人位于存储箱外面,后墙后面,通过灵活的密封件进入室内。虽然,通过创造性编程,该设备人也可以用于携带喷枪和喷丸ID区域,但这需要增加地面空间,可能需要更大的设备人模型,因此该设备人主要用于加工零件OD。

具有不规则几何形状的零件(起落架中的防备支架、连杆和其他结构构件)水平放置在台面上,设备人以所需的目标角度加工所有OD区域。一些部件包含了偏心孔,也需要喷丸。LBTI利用其成熟的旋转喷嘴喷枪布置连接到设备人臂的末端,以便加工偏心孔。设备人尺寸设计为用来处理由这种布置引入的负荷,并且当必须结合这种功能时,允许手动更换刀具。

固定

固定对这些项目的成功实施起着至关重要的作用。鉴于所涉及的各种零件、尺寸和暴露要求,LBTI决定利用三维打印机的能力,为装在卫星站上的零件打印易于适应的固定装置。零件固定装置允许大部分的OD和所有ID区域暴露在单一设置中。需要100%覆盖OD的零件必须经过第二个周期的加工,才能让固定装置遮蔽的区域得到喷丸处理。

金属和非金属介质的使用

设计要求的喷丸过程中的介质有两个选项:(a)两种尺寸的铸钢丸以及(b)陶瓷丸。处理两个弹丸尺寸的方法相当有条理。大小分别为S70和S230。由于这两种尺寸之间存在着显著差异,因此使用多层振动分级筛分设备可以避免交叉污染。此外,喷丸系统还包括一个螺旋分离器,以从可使用的喷丸介质中去除不合格的非圆弹丸。

在同一设备中处理金属和非金属介质的理想方法是使用磁力分离器。但是,规范不允许来自任何一侧的交叉污染。这也是一些大型Prime不赞同在设备中使用磁力分离器技术,而是选择两台单独设备的原因-一台用于金属弹丸介质,另一台用于非金属弹丸介质。

LBTI的客户告诉他们,少量必须进行喷丸处理的零件带有陶瓷,因此需要选择单独的存储箱来加工陶瓷零件。

整体解决方案-局限性?

LBTI系统设计利用了过去多个项目中使用的所有设计标准,为其航空航天客户提供了通用解决方案。这种类型的设备最适合面临“工作车间”的最终用户的情况,并且使用大量单个部件并不足以证明采用单独设备的合理性。在金属洗衣房(清洁)中,经常可以看到一张桌子或一个纺纱衣架在处理各种部件,显示出它们能够处理的零件类型的通用性。然而,在喷丸强化应用中这并非易事。在喷丸强化设备,特别是计算机控制的喷丸强化设备中,根据AMS 2432或类似要求制造的喷丸强化设备控制系统的成本(占总成本的百分比)相当高,因此可以理解利用控制投资和多业务集资的诱惑力,换言之,使用一台以单一控制系统的价格实现所有预期目标的设备。设备工程师的责任是找出这种设备类型的局限性,并管理不合理的预期要求。

这台设备的局限性包括:

这主要是一种空气喷射概念,因为这是在同一台设备上使用两种不同介质大小的唯一方法。一台抛丸机的流量至少是一个喷嘴的介质流量的十倍,而商用分类器的设计是不能处理所产生的弹丸量。
当使用各种零件时,固定可能会变得比较麻烦。重要的是,最终用户要取得工艺的所有权,并开始创建可以从通用固定中受益的零件“系列”。

结语

一个尺寸永远不能满足所有的要求,尤其是在复杂的喷丸系统中。这就是说,上面的示例是最适合一种尺寸的。航空航天行业注定要经历后疫情时代的彻底变革。这是否会产生专门化需求,或者需要MRO通过加工各种零件来适应需求?-可能是后者,而不是前者。这里讨论的设备肯定会迎合这一趋势。



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