ICS 49.040 V 18
HB/Z 406-2013
铝合金零件喷丸成形工艺
Shot forming process of aluminum alloys
2013-04-25 发布 2013-09-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本指导性技术文件按照 GB/T 1. 1-2009 给出的规则起草。
本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所归口。
本指导性技术文件起草单位：中国航空综合技术研究所、北京航空制造工程研究所、西安飞机工业(集团)有限责任公司。
本指导性技术文件主要起草人：尚建勤、高长海、曾元松、皮付见、蔡鸣豪、梁勇。
铝合金零件喷丸成形工艺
1 范围
本指导性技术文件规定了铝合金零件喷丸成形工艺的材料、设备、工装、工艺过程控制、质量控制、人员和安全等要求。
本指导性技术文件适用于铝合金零件的喷丸成形。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
HB/Z 26 航空零件喷丸强化工艺
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
喷丸成形 shot forming
利用高速可控制持续弹丸流撞击金属板坯表面，使受喷表层材料向四周延伸，表层面积增大，板坯产生内弯向外鼓起，逐渐形成所需形状的一种工艺方法。
3.2
预应力喷丸成形 prestress shot forming
采用预应力夹具预先施加变形力，使金属零件产生弹性变形，然后进行喷丸成形的方法。
4 材料要求
4.1 弹丸
4.1.1 喷丸成形时，宜使用铸钢弹丸或抛光钢球，不宜使用陶瓷弹丸和玻璃弹丸。
4.1.2 新弹丸和钢球应符合表 1 的要求。
4.1.3 铸钢弹丸的硬度应不低于 45HRC，抛光钢球的硬度应在 58HRC～60HRC 范围内。
4.1.4 若每次补充的新铸钢弹丸超过喷丸机内弹丸重量的 35%，应喷打无油钢板使喷丸机内全部弹丸循环三次以上，以改善弹丸表面状况。若每次补充的新铸钢弹丸不超过喷丸机内弹丸重量的 35%，则上次补充的弹丸应已在喷丸机内循环三次以上。
4.1.5 弹丸或钢球应无锈、无油、无砂砾、无杂物或其他污染物。
4.1.6 若喷丸机内弹丸生锈，应喷打无油钢板使喷丸机内全部弹丸循环三次以上。
4.1.7 钢质弹丸不应接触铜钎焊、镉、铅、锡或镀铜的金属等。
4.1.8 喷丸机外弹丸应储存在防潮和加盖的容器中。
4.1.9 对非连续的喷丸操作，弹丸或钢球在再次应用时，应符合表 1 中规定的要求。
4.1.10 铸钢弹丸尺寸规格及筛分公差应符合表 1 的规定。畸形弹丸(破碎的、有棱角的、有孔的、熔融的、椭球的(长短轴之比大于 2:1)或两个连在一起的弹丸)的比例不应大于表 1 的规定。抛光钢球尺寸规格及筛分公差(未通过筛网的弹丸百分比)应符合表 1 的规定。
表 1 新钢丸与新抛光钢球及其在使用中的均匀性要求
4.2 阿尔门试片
阿尔门试片应符合 HB/Z 26 的要求。N 型、A 型及 C 型阿尔门试片分别适用于较弱(不大于 0.46mmN或 0. 15mmA)、中等(0. 15mmA～0.61mmA)及较强(不大于 0. 18mmC 或 0.62mmA)喷丸强度的加工。
阿尔门试片不应重复使用，新试片与旧试片应隔离保护。
4.3 遮蔽材料和工艺辅助材料
遮蔽材料和工艺辅助材料及其要求见表 2。
表 2 遮蔽材料与工艺辅助材料
5 设备要求
5.1 数控喷丸机
5.1.1 应能保证生产过程稳定、可靠、可控和重复再现，保证喷丸成形所需的喷丸强度，且调节和控制方便。
5.1.2 应能通过控制压缩空气或控制叶轮转速，提供可控的均匀喷射弹丸流。
5.1.3 应能使零件获得满足要求的均匀覆盖率。
5.1.4 零件通过弹丸流或弹流通过零件的速度应能够控制。
5.1.5 压缩空气应经过滤除油除水，使弹丸和受喷零件表面无油污、水气和潮湿。
5.1.6 应备有输送弹丸的循环系统，具有及时收集、输送、筛分、分离弹丸的功能，能够清除缺陷弹丸和污物(如破碎的弹丸、铁锈、粉尘和杂物等)。
5.1.7 可方便地添加弹丸或更换不同规格的弹丸。
5.1.8 应能控制喷丸时间、弹丸流量。
5.1.9 喷嘴、弹丸提升机构和同弹丸接触的其他机构应采用耐磨材料制造。
5.1.10 机床不应对零件造成污染。
5.2 手提喷丸机
手提喷丸机应满足 5.1. 1、5.1.2、5.1.4、5.1.6 和 5.1.7 的要求。
5.3 其他设备
其他设备要求见表 3。
表 3 其他设备
5.4 设备维护
5.4.1 使用喷丸机前，应目视检查喷嘴，确保无油污。
5.4.2 应定期检查喷丸机内弹丸尺寸的均匀程度。选取有代表性的喷丸机内弹丸试样 100g，利用小试样震动筛选试验机筛分，当采用比 35 目粗的筛网时，筛分时间为 5min±5s ;使用比 35 目细的筛网时，筛分时间为 10min±5s。机床工作累计 8h 检查一次，或由质量部门确定。
5.4.3 开机前或机床工作累计 8h，应检查喷丸机的弹丸清理装置，使之能够满足表 1 规定的对喷丸机内弹丸尺寸均匀度的要求。一旦发现喷丸机内弹丸尺寸的均匀度不满足要求，应用弹丸清理装置将弹丸清理合格后才可进行喷丸工作。
5.4.4 若喷丸机床清理装置使弹丸不能满足表 1 中规定的要求，或喷丸机床无弹丸清理装置，一旦发现喷丸机内弹丸尺寸的均匀度不符合要求，应立即清理出喷丸机内全部弹丸，用地面筛选机清理合格后再装机使用。
5.4.5 保持喷丸机内弹丸干燥无油及其他污染，应对储气罐每班放水一次，对油水分离器每班清理一次。
6 工装要求
喷丸成形采用的主要夹具、量具、工具等工装要求见表 4。
表 4 工装量具
7 工艺控制要求
7.1 工艺流程
铝合金零件喷丸成形工艺典型流程如图 1 所示。
图 1 喷丸成形典型工艺流程
7.2 零件准备
零件准备技术要求如下：
a) 原材料应选用预拉伸板材。
b) 板坯材料应完成满足机械性能要求的全部热处理。
c) 板坯材料受喷表面热处理硬度检查应在喷丸前进行，检验印记应打在非喷丸表面上。
d) 板坯应平整、无松边、无局部和大面积松弛。
e) 除吊挂耳片、紧固件安装孔和可以剪切掉的工艺余边外，板坯应完成全部机加工和化铣工序。
f) 除设计规定外，受喷区域的表面粗糙度 Ra 值应不大于 3.2μm。
g) 受喷区域应无任何腐蚀、表面涂层或附着层， 如：油漆、油、油脂、镀层等。需要清洗的零件应根据其污染程度采取相应的方法清洗。
h) 受喷区域表面应无灰尘或散落碎片(如采用砂光等机械方法去除材料表面的残留物等)，若存在，可使用压缩空气、刷子、清洁布或其他类似的方法清除。
i) 除图纸另有规定外，受喷区域的锐边和尖角应倒圆，倒圆半径一般取(0.75～2)mm，以免喷丸后在锐边和尖角处产生卷边或折叠。
j) 可去除深度大于 0.05mm 的凹痕、划伤与擦伤等缺陷，但要保证图样规定的最小零件厚度。
k) 图样或工艺文件要求荧光检验时，应在喷丸前进行。
7.3 喷前检查
喷前检查要求如下：
a) 零件非喷丸区域应保护;
b) 确认板坯被完好装夹;
c) 弹丸和设备应分别符合 4. 1 和第 5 章的要求;
d) 数控喷丸成形程序试运行应正常。
7.4 喷丸加工
7.4.1 工艺参数确定
宜采用逐次渐进的方法，通过试验等确定具体的喷丸成形参数，具体要求如下：
a) 弹丸流量、喷嘴或抛头相对工件运动速度、压缩空气压力或叶轮转速等所产生的喷丸强度不应过大或覆盖率不应过高而磨蚀零件表面;
b) 喷丸成形的压缩空气压力或叶轮转速不宜大于由坑径试验确定的最大压缩空气压力或最大叶轮转速;
c) 预应力夹具使用时，预应力不应超过材料的弹性极限，即去除预应力之后零件能够恢复原来的形状;
d) 弹丸直径的大小应与喷丸零件壁厚匹配，薄壁零件应使用小弹丸喷丸成形，厚壁零件可使用大弹丸或小弹丸喷丸成形。
7.4.2 喷丸成形
7.4.2.1 喷丸成形应以满足待成形零件最终外形要求为原则，除图样另有规定，对喷丸强度和覆盖率不作要求。
7.4.2.2 喷丸成形时零件表面的最大弹坑直径不应超过表 5 中对应的数值。
表 5 喷丸允许的零件表面最大弹坑直径
单位为毫米
7.4.2.3 应避免成形过量，若过量可在反面喷丸校形。
7.4.3 预应力喷丸成形
7.4.3.1 预应力夹具使用时，预应力不应超过材料的弹性极限，即去除预应力之后零件能够恢复原来的形状。
7.4.3.2 预应力、喷丸强度以及覆盖率的大小决定了零件在预应力卸载后回弹量大小，使用预应力夹具时，预应力大小可通过试验等方法确定。
7.4.3.3 其他应满足 7.4.2. 1、7.4.2.2 及 7.4.2.3 的要求。
7.5 校形
校形工序技术要求如下：
a) 可采用数控喷丸机或手提喷丸机对喷丸成形后的零件外形进行校形;除另有规定外，喷丸成形后的零件校形一般不使用非喷丸校形方法;
b) 若采用了机械校形，应采用荧光等方法进行裂纹检查。
7.6 外形检查
可按以下要求进行零件外形检查：
a) 宜使用外形检验夹具;
b) 应合理支承已经成形的零件，以防止零件产生变形;
c) 可对零件的受检部位局部加载，每 200mm ×200mm 范围内加载 3.8kg。
7.7 成形后处理
成形后处理工序技术要求如下：
a) 应采用不腐蚀、不划伤或其他不损伤零件表面的方法从工件上去除所有的遮蔽物和弹丸。
b) 已喷零件表面不应有深度超过 0.06mm 的凹痕、划伤或擦伤。可打磨去除已喷零件表面深度超过 0.06mm 的凹痕、划伤或擦伤， 但要保证设计图样规定的最小零件厚度;若打磨引起零件外形变化，可补喷打磨面恢复零件外形。
c) 喷丸后达不到图样规定的表面粗糙度时，可打磨喷丸表面，但不应导致去掉所有的喷丸痕迹，即用 10 倍放大镜检查时能够看见弹坑底部。
d) 可打磨、研磨或用手工气动、电动等工具打磨喷丸表面。
e) 用汽油或清洗剂等擦洗零件表面，去除油污和涂层。
f) 后续工序(如阳极化或喷漆等)中，对铝合金零件加热温度不应超过 120℃。
g) 不宜在喷丸表面进行硬度试验。
h) 若图样对零件有喷丸强化的要求，零件的喷丸强化应遵循以下要求：
1) 喷丸强化工序宜在喷丸成形工序之后进行，若仅对外表面进行喷丸强化，可与喷丸成形结合在一起进行。
2) 当喷丸强化工序与喷丸成形工序结合进行时，图样上规定的喷丸强度值应视为最小的喷丸强度值。最大的喷丸强度值则取决于零件外形的要求、图样规定的最大喷丸强度或图样规定的表面粗糙度。
3) 除另有规定外，不应对零件在由外力引起的应力下进行喷丸强化。
4) 喷丸强化后，不应对零件进行校直、磨削、应力松弛或浸蚀(阳极化工序的浸蚀和去除铁污染的浸蚀除外)等加工处理。
5) 为避免喷丸表面产生腐蚀，喷丸强化后到阳极化之间的时间间隔，由工厂有关部门根据环境情况自行决定。
6) 喷丸强化其他要求参照 HB/Z 26 执行。
8 质量控制要求
8.1 工艺参数控制
铝合金零件喷丸成形工艺参数主要有压缩空气压力(叶轮转速)、弹丸种类与大小、弹丸流量、喷嘴至工作表面的距离、弹丸流相对工件的运动速度(即喷射时间)以及预应力等。工艺参数控制应符合 7.4.1的要求。
8.2 工艺试验
工艺试验项目包括坑径试验、预应力试验、基础试验及模拟件试验等。
8.2.1 工艺参数极限试验
8.2.1.1 坑径试验
采用特定大小弹丸喷丸成形零件，喷丸成形零件获得的表面坑径与表 5 相关坑径比较，从而确定喷丸成形时允许使用的最大压缩空气压力或最大叶轮转速。
8.2.2 预应力试验
确定使零件处于弹性变形状态的最大预应力或最大预变形量。
8.2.3 一般工艺试验
8.2.3.1 基础试验
研究喷丸成形基本规律，揭示喷丸变形与喷丸工艺参数之间的内在关系，是获得初选与优化喷丸成形工艺参数依据的基本途径。
8.2.3.2 模拟件试验
用于零件局部喷丸成形试验研究，以获得零件的喷丸成形方法及参数。
8.3 检验
8.3.1 按 7.6 进行零件外形检验。表面光整加工(如图样要求)后检查零件的外形，若在光整加工过程中零件的外形产生了变化，可校正。
8.3.2 表面应没有不符合有关规定的划痕、擦伤、搭叠及卷边，没有局部鼓包。
8.3.3 板坯表面和内部应没有裂纹，必要时，可采用无损检测。
8.3.4 表面弹坑直径应不大于表 5 有关规定值。
9 人员、安全要求
9.1 操作人员应经技术培训合格后持证上岗。
9.2 加工操作应按相关安全要求进行。
9.3 现场噪声和粉尘宜控制在规定的范围内。
