• 噴丸強化簡介

噴丸強化是常用的表面處理技術(shù)之一，屬于冷加工方法的一種。噴丸過程即是大量球形小彈丸轟擊需加工的表面的過程，其目的是為了獲得更好的表面質(zhì)量和更好的疲勞性能。噴丸強化在零件表面可以形成表面殘余壓應(yīng)力（Compressive residual stress，CRS）層，表面壓應(yīng)力可以有效增強零件的疲勞強度，延長零件的疲勞壽命；同時作為冷加工的方法，噴丸又能使零件表面位錯密度增高，表面晶粒細化，起到冷作硬化作用，同時也抑制了疲勞裂紋的擴展；噴丸方法還能將疲勞源由表面驅(qū)趕到零件表層以下。位于表層以下的疲勞源所引發(fā)的疲勞強度極限，或稱內(nèi)部疲勞極限，是表層疲勞極限的1.3~1.4倍。

通過改變表面疲勞強度來改善零件疲勞強度的手段有很多，例如磨削加工、機械拋光、電解拋光、表面滲碳、滲氮、表面淬火、表面激光加工、表面滾壓、振動沖擊、拋/噴丸等。相比其他強化手段，噴丸強化方法受材料種類、材料靜強度，零件幾何結(jié)構(gòu)和尺寸大小的影響較小，且成本較低。

噴丸強化的諸多優(yōu)點使得對其的研究和興趣一直沒有中斷，由于噴丸是一種復(fù)雜的，過程隨機的工藝過程，以往針對其的研究多為試驗研究，實際工程中加工的工藝條件和工藝參數(shù)也都是人為根據(jù)工程經(jīng)驗選擇的。然而實驗研究昂貴費時，實施不便；工業(yè)經(jīng)驗應(yīng)用范圍有限，且經(jīng)驗的建立需要大量的試錯過程，不可能一蹴而就。試驗方法和工程經(jīng)驗法的固有缺陷以及諸如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN/PATRAN等具有強大功能的有限元軟件的出現(xiàn)，將研究者的注意力吸引到了噴丸過程的數(shù)值仿真領(lǐng)域。數(shù)值仿真方法不僅經(jīng)濟、易于實施，而且它同樣能對噴丸過程中彈丸沖擊靶材的機理做深入研究，能夠獲得大量試驗所需的應(yīng)力應(yīng)變，位移變形等參數(shù)。因此，數(shù)值仿真分析方法在噴丸領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益深入。

• 本文模型特點介紹

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，噴丸仿真從二維走向三維，從單個彈丸走向多個彈丸，也從規(guī)則的彈丸排布走向了隨機的彈丸排布，逐漸接近真實的噴丸過程。本案例提供具有實體彈丸的隨機噴丸仿真腳本，因為實體彈丸數(shù)量越大，計算規(guī)模越大，為了控制計算規(guī)模，“等效”的分析方法就十分重要了，這里具體包括：

1. 噴丸強度等效，即阿爾門試片高度

2. 工件材料RAE（representative area element），因為有限彈丸的覆蓋面積有限，因此必須找到能代表區(qū)域殘余應(yīng)力，區(qū)域覆蓋率的“單元面積”。

• 腳本運行效果

彈丸大小，入射速度，入射角度，彈丸數(shù)量均可調(diào)：

某組參數(shù)示意：

計算結(jié)果：

當調(diào)試參數(shù)時，也可以批量提交多組參數(shù)計算。

完整前后處理腳本，可輸出覆蓋率，表面粗糙度結(jié)果。

腳本運行環(huán)境：abaqus 6.11及以上。