引言

拉杆组合式转子结构凭借大刚度质量比
、、、冷却通道易安插
、、、装配检修方便等诸多优势，被宽泛利用于重型燃气轮机和航空发起机设计[1]！！５，在持久运行过程中，拉杆组合式转子接受着复杂的交变循环载荷，这可能引发拉杆螺栓松动，导致预紧力降落
、、、轮盘接触机能退化甚至失效，影响机组安全不变运行！！Ｂ菸品浪晌侍庖幌蚴枪こ塘煊虻淖暄腥鹊鉡2-3]！！Ｗ暄信，螺栓松动的性质是内外牙产生相对滑动[4]
、、、螺纹副微动磨损[5]！！Ｍü呕菸平峁筟6]
、、、增长防松装置[7]
、、、执行螺纹理论处置[8-11]等措施，能够有效提升螺纹抗松机能！！５谙质道弥，受装置结构和工作环境影响，前两种措施的利用局限性较大！！Ｅ缤/喷砂作为一种单一
、、、高效
、、、低成本的理论处置工艺，被宽泛利用于汽车
、、、航空航天
、、、轨道交通
、、、能源动力等领域零部件的理论强化[12-15]！！

相较于喷丸,喷砂在引入理论硬化层的同时还会显著提升工件理论粗糙度，增大摩擦阻力，利于紧固件螺纹抗松！！Ｄ持匦腿计只寺菟ㄖ谱骷际豕娣吨忻魅芬，必要对其螺纹部门进行喷砂强化处置，并提出了相应检测尺度！！Ｎ竦煤细竦牟防伺缟肮ひ詹问，本文通过试验系统钻研了丸料规格
、、、喷枪移动速度
、、、喷枪与工件距离
、、、丸料供给压力
、、、丸料流量等参数对螺纹理论强化成效的影响,综合分析了喷砂后螺纹理论粗糙度
、、、硬度
、、、残存应力
、、、牙型尺寸及理论描摹变动,钻研成就可为有关工艺技术人员提供参考！！

1
、、、试验设备和试验规划

喷砂试验于拉杆自动喷砂设备(KXS-3000C)上进行,其喷枪活动机构为一套X轴机械臂,选取西门子伺服电机驱动，反复定位精度在±0.10mm以内！！Ｊ钥槔砘觳馍璞赣氩街柙毯:使用HOMMEL TESTER T1000粗糙度检测仪,在0.80mm基准长度下丈量各试块牙面的理论粗糙度Rmax;在0.5N试验力度前提下,使用BUEHLER维氏硬度丈量仪,从距

螺纹表层0.04mm深度地位起头，以0.30mm间距顺次拔取8个丈量点丈量硬度，取8个丈量点均匀值作为最终值;选取Proto-LXRD型X射线应力分析仪丈量残存应力，Mn靶Ka辐射，(311)衍射晶面，检测试件齐全啮合第1齿的受压面，取0°和±15°方向上3处丈量点的均匀值作为最终值;选取FORMTRACER AvantC4000概括丈量仪丈量螺纹牙型概括！！Ｊ匝樗玫氖约及部门检测设备如图1所示！！

影响喷丸/喷砂强化成效的工艺参数好多，蕴含丸料规格
、、、丸料供给压力
、、、丸料流量
、、、喷丸功夫
、、、喷枪与工件距离
、、、喷射角度
、、、喷嘴直径等！！Ｆ渲，理论覆盖率重要与喷丸功夫有关，残存应力
、、、硬度
、、、粗糙度等指标受各参数综合影响[16-18]！！１1中列出了某重型燃气轮机拉杆螺栓喷砂强化理论理化机能的指标要求！！Ｎ饺飨钜，必要合理设置各类工艺参数！！Ｓ捎诜⒄估砘芗煅楸匾允约进行粉碎性解剖处置,钻研全数参数变量下的影响法规耗时耗力,而正交试验能通过少量的试验次数寻找到最优工艺参数组合[18],故发展正交试验以确定各参数的最优组合！！

表1 燃气轮机拉杆螺栓喷砂查抄指标

Table 1 Gas turbine rod bolt sandblasting inspection index

2
、、、同材质试板喷砂正交试验

2.1正交试验水平选择

将1根拉杆毛坯料切割为若干个直径60mm
、、、厚10mm的饼状试块，用于喷砂正交试验！！Ｆ揪菥槭萑范送枇瞎娓馎
、、、喷枪移动速度B
、、、喷枪与工件距离C
、、、丸料供给压力D
、、、丸料流量E5个关键成分的3个水平值，如表2所示，并依照L18(35)正交表设计试验！！

表2 喷砂试验成分水平表

Table 2 Factor level of sandblasting

2.2正交试验了局分析

18组试验的分组及检测了局如表3所示！！１碇，K为每个指标水平下的取值之和 ( 如 K 1 代表指标取水平1时的和);k为K的均匀值(相应的K除以水平数,本文为3水平);R为k的极差(最大值减最小值)！！？Ｄ芄豢闯，18组试验的残存应力最小值为597MPa，满足指标要求，而绝大部门试验组的理论粗糙度和硬度均不合格！！Ｗ酆侠纯，只有第5
、、、6
、、、11
、、、17组试验了局满足表1的指标要求！！Ｍü罘治瞿芄坏贸:对于理论粗糙度指标,5个成分影响的主次挨次为 E >  A >  D >  B >  C;对于硬度指标, 5个成分影响的主次挨次为 B>E>D>A>C;对于残存应力指标,5个成分影响的主次挨次为 A >  D >  E >  C >  B！！

由表3还能够看出，D
、、、E对理论粗糙度
、、、硬度
、、、残存应力3个指标的影响均较大，B
、、、C的影响相对较小, A的影响适中！！ 3个指标中, A对理论粗糙度和残存应力的影响更为显著,这也与喷砂强化的通常法规 [13]相吻合！！Ｓ捎诖植诙鹊闹副曛凳乔餍,因而粗糙度的最优组合是 E 2 A 3 D 2 B 3 C 2 ;硬度和残存应力的指标值是趋大，其最优组合别离是B3E2D1A1C2
、、、 A 3 D 2 E 2 C 2 B 3 ！！

基于上述分析了局,针对3个指标选取综合平衡法得到的最优参数选择为A3B3C2D2E2,即丸料规格选择白刚玉WA#180,喷枪移动速度选择10mm/s,喷枪与工件距离选择100mm,丸料供给压力选择0.55MPa,丸料流量选择6kg/min！！９鄄毂3发现，

A3B3C2D2E2组合在正交试验组中没有出现，为验证其现实喷砂成效，发展了最优参数组下的拉杆螺栓试件喷砂验证性试验！！

表3 喷砂工艺正交试验分组及试验了局

Table 3 Orthogonal experiment grouping and results of sandblasting process

3
、、、拉杆螺栓试件喷砂试验

参考尺度产品拉杆螺栓尺寸 1: 1制作了试件！！Ｓ缮衔姆治隹芍，丸料供给压力和丸料流量对理论粗糙度
、、、硬度
、、、残存应力3个指标的影响较大！！Ｎ竦煤细竦墓ひ詹问，本钻研在最优组H1的基础上增长了 3个试验组H2~H4和1个未喷砂的对照组H5！！＠寺菟ㄊ匝榧喷砂试验参数如表4所示！！

表4 拉杆螺栓试件喷砂试验参数

Table 4 Parameters of sandblasting test for the threaded rod specimens

试验后将每个试验件宰割为3份,别离用于丈量理论粗糙度
、、、硬度和残存应力，并别离在每份试验件0°
、、、90°
、、、180°和270°地位切出4个试块,以4个试块检测值的均匀值作为最终值！！Ｍ2对比了表4中5组试验件的理论粗糙度
、、、硬度
、、、残存应力检测了局！！？Ｄ芄豢闯:5组试验件中，H5的3个指标均处在较低程度，H1~H4的3个指标均有显著提高;H2
、、、H3的3个指标均满足表1中的齿面检测要求！！

为验证H2
、、、H3试验组的螺纹尺寸变动和螺纹理论喷砂覆盖率指标，选取外径千分尺和螺纹千分尺丈量并纪录了喷砂前后螺纹外径
、、、中径值，同时目视查抄了覆盖率，了局如表5所示！！？Ｄ芄豢闯，H2
、、、H3试验组均满足表1中的螺纹尺寸和螺纹理论喷砂覆盖率指标要求！！＝岷贤2数据，相比之下，H2试验组的硬度值和残存应力值更高，固然其理论粗糙度值也较高，但仍在要求领域内！！Ｗ酆纤伎，本文最终选择H2试验组参数，即弹丸规格选择白刚玉WA#180，喷枪移动速度选择10mm/s,工件与喷枪距离选择100mm,丸料供给压力选择0.55MPa,丸料流量选择4kg/min,作为最终产品拉杆喷砂工艺参数！！

表5 喷砂前后螺纹尺寸对比

Table 5 Thread size comparison before and after sandblasting

此外，从表5还能够得出，在覆盖率超过100%的情况下，喷砂后的螺纹外径
、、、中径尺寸较喷砂前均匀削减了约0.03mm,这重要是由于喷砂会剥离螺纹表层少量组织 [15]！！Ｎ徊焦鄄炫缟扒昂舐菸蒲佬捅涠,使用工业电子放大镜观察螺纹理论描摹,如图3所示！！Ｅ缟扒奥菸蒲烂媲宄嚎杉庸さ逗，喷砂后理论呈哑光色，刀痕隐没，理论变得凹凸不平！！Ｑ∪「爬ㄕ闪恳嵌月菸蒲佬透爬ń屑觳,了局如图4所示，喷砂后螺纹牙型概括面整体内缩约0.015mm！！Ｓ纱丝杉,喷砂处置在引起试件理论粗糙度上升的同时，还造成炼括尺寸变动！！

4
、、、结论

(1)喷砂参数中，丸料供给压力和丸料流量对理论粗糙度
、、、硬度
、、、残存应力3个指标的影响均较大;喷枪移动速度
、、、喷枪与工件距离对3个指标的影响相对较小;丸料规格对3个指标的影响适中,其中对理论粗糙度和残存应力的影响相对较大！！

(2)满足机能指标要求的产品拉杆喷砂工艺参数为:白刚玉WA#180弹丸,喷枪移动速度10mm/s,喷枪与工件距离100mm,丸料供给压力0.55MPa,丸料流量4kg/min！！

(3)喷砂处置起到了理论强化作用,试验件理论硬度及残存应力均有显著提高，但同时带来了理论粗糙度上升和概括尺寸变动！！Ｔ诮信缟扒炕尚兰凼,既要选择相宜的量化指标,也要综合思考各成分对指标的影响！！

参考文件:

[1]李浦,袁奇.拉杆转子接触界面参数鉴别和动力学钻研进展[J].西安交通大学学报,2023,57(10):39-52.

LI Pu,YUAN Qi. Research progress on interface parameter identification and dynamics of tie-bolt rotors[J].Journal of Xi'an Jiaotong University,2023,57(10):39-52.(in Chinese)

[2]侯世远，廖日东.螺纹联接松动过程的钻研近况与发展趋向[J].强度与环境,2014,41(2):39-52.

HOU Shiyuan,LIAO Ridong. Research progress on self-loosening of threaded fasteners[J]. Structure&Environment Engineering,2014,41(2):39-52.(in Chi-nese)

[3] GONG Hao,DING Xiaoyu,LIU Jianhua,et al.Review of research on loosening of threaded fasteners[J].Friction,2022,10(3):335-359.

[4] PAI N G,HESS D P. Three-dimensional finite element analysis of threaded fastener loosening due to dynamic shear load[J]. Engineering Failure Analysis,2002,9(4):383-402.

[5]于泽通，刘建华，张朝前，等.轴向交变载荷作用下螺栓联接结构的松动试验钻研[J].摩擦学学报,2015，35(6):732-736.

YU Zetong,LIU Jianhua,ZHANG Chaoqian,et al. An experimental study on self-loosening of bolted joints under axial vibration[J].Tribology,2015,35(6):732-736.(in Chinese)

[6]余沛坰,邓喆,魏佳明,等.燃气轮机转子散布式拉杆螺栓螺纹受载和松动个性[J].推算机辅助工程，2024,33(3):13-17.

YU Peijiong,DENG Zhe,WEI Jiaming,et al. Load and loosening characteristics of distributed tension rod bolt thread in gas turbine rotor[J]. Computer Aided Engineering,2024,33(3):13-17.(in Chinese)

[7]莫易敏,王赓,满健康,等.弹簧垫圈在高强度螺栓衔接中的防松机能分析[J].制作技术与机床,2014，(9):73-76.

MO Yimin,WANG Geng,MAN Jiankang,et al. The

locking performance of spring washer in high strength bolt connection[J]. Manufacturing Technology&Machine Tool,2014,(9):73-76.(in Chinese)

[8]秦留军,顾伯勤.喷丸强化在改善螺栓抗委顿机能中的利用[J].光滑与密封,2013,38(6):86-89.

QIN Liujun,GU Boqin. Application of shot-peening strength on improving anti-fatigue property of bolt[J].Lubrication Engineering,2013,38(6):86-89.(in Chinese)

[9]薛海峰,张煜超,宗艳,等.基于微粒子喷丸处置的螺栓防松能力改善钻研[J].理论技术,2018,47(2):20-24.

XUE Haifeng,ZHANG Yuchao,ZONG Yan,et al.Improvement of anti-loosening performance of bolts treated by fine particle peening[J]. Surface Technol-ogy,2018,47(2):20-24.(in Chinese)

[10]宋树亮，梁海啸，张远彬，等.微粒子喷丸对螺栓衔接结构机能的改善钻研[J].机械,2023,50(11):38-45.

SONG Shuliang,LIANG Haixiao,ZHANG Yuanbin,et al. Study on improving the performance of bolted joint by micro-shot peening[J]. Machinery,2023,50(11):38-45.(in Chinese)

[11]化俞新，李丰，张德乾，等.横向交变载荷作用下三种涂层螺栓的防松机能[J].光滑与密封，2023,48(7):67-73.

HUA Yuxin,LI Feng,ZHANG Deqian,et al. Anti-loosening performance of three kind of coated bolts under cyclic transverse load[J]. Lubrication Engineer-ing,2023,48(7):67-73.(in Chinese)

[12]崔洋,石海,谢宏志.超高强度钢复杂薄壁零件喷丸变形节制工艺钻研[J].工具技术,2021,55(9):80-83.

CUI Yang,SHI Hai,XIE Hongzhi. Research on shot peening deformation control technology of complex thin-walled part of ultra-high strength steel[J]. Tool Engineering,2021,55(9):80-83.(in Chinese)

[13]张俊双,刘凤铃,唐涛,等.喷丸处置对不锈钢理论影响的钻研[J].金属热处置,2022,47(6):232-239.

ZHANG Junshuang,LIU Fengling,TANG Tao,et al.Research of impact of shot peening on stainless steel surface[J]. Heat Treatment of Metals,2022,47(6):232-239.(in Chinese)

[14]LI Jian,LI Yibo,HUANG Minghui,et al. Improvement of aluminum lithium alloy adhesion performance based on sandblasting techniques[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives,2018,84:307-316.

[15]魏英华,袁晓光,安敏,等.喷砂处置对8Cr4Mo4V钢理论状态的影响[J].航空制作技术,2019,62(21):40-46.

WEI Yinghua,YUAN Xiaoguang,AN Min,et al. Effect of sand blasting treatment on surface state of 8Cr4Mo4V steel[J].Aeronautical manufacturing technology,2019,62(21):40-46.(in Chinese)

[16]GHASEMI A,HASSANI-GANGARAJ S M,MAH-MOUDI A H,et al. Shot peening coverage effect on residual stress profile by FE random impact analysis[J].Surface Engineering,2016,32(11):861-870.

[17]周兆锋,洪捐.工艺参数对TC4钛合金喷丸强化影响的仿真分析[J].机械科学与技术,2022,41(9):1414-1419.

ZHOU Zhaofeng,HONG Juan. Simulation and analysis of the effect of process parameters on shot peening strengthening of TC4 alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering,2022,41(9):1414-1419.(in Chinese)

[18]吴少杰,刘怀举,张仁华,等.基于正交尝试和数据驱动的喷丸理论齐全性参数预测[J].理论技术,2021，50(4):86-95.

WU Shaojie,LIU Huaiju,ZHANG Renhua,et al. Pre-diction of surface integrity parameters of shot peening based on orthogonal experiment and data-driven[J].Surface Technology,2021,50(4):86-95.(in Chinese)

（注，原文标题：GH4169高温合金拉杆螺栓喷砂强化试验钻研_程正）