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应用领域
喷丸强化工艺介绍

1.强化喷丸概述

在了解喷丸强化技术之前,有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。这三个概念其实就四个字:喷、抛、丸、砂,其中,喷抛是工艺方法,丸砂是使用的材料。喷,是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面,抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面,丸用的是钢丸,砂用的是石英砂等。

喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程,有如无数小锤对表面锤击,因此,金属零件表面产生极为强烈的塑性形变,使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层,称为表面强化层,此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。测评强化丸质量有三个基本参数:强度、覆盖率、表面粗糙度。

2.喷丸强度的工艺

影响喷丸强度的工艺参数主要有:弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。弹丸直径越大,速度越快,弹丸与工件碰撞的动量越大,喷丸的强度就越大。喷丸形成的残余压应力可以达到零件材料抗拉强度的60%,残余压应力层的深度通常可达0.25mm,最大极限值为1mm左右。喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证,经过一定时间,喷丸强度达到饱和后,再延长喷丸时间,强度不再明显增加。在喷丸强度的阿尔门试验中,喷丸强度的表征为试片变形的拱高。

3.阿尔门喷丸强化试验

喷丸强度常用N试片(用于有色金属试验)、A试片(最常用)、C试片(更高强度)来进行测量,A试片和C试片之间关系为近似3倍关系。如用C试片测得强度为0.15-0.20Cmm就相当于0.45-0.60Amm。图中厚的为C试片,薄的为A试片。

试验过程中,先测量试片原有变形,然后将卡好该试片的工装置于喷丸箱内,采用与工件相同的工艺进行喷射。喷丸结束,取下试片,测量变形拱高。

4.喷丸覆盖率工艺

覆盖率是指工件上每一个点被钢丸打到的次数,有人对喷丸覆盖率常这样认为:我的喷嘴1上1下喷工件2遍,不就可以满足200%的覆盖率了吗?乍一听觉得有道理,其实不是这样的。

覆盖率的测量是这样的:先在工件表面涂上一层彩釉或萤光釉,然后按工艺参数对工件进行喷丸,每喷表面一遍将工件取出,在显微镜(放大镜)下观察所残留的涂层在表面所占的比例,如还有20%残留,则覆盖率为80%。当残留只有2%,即覆盖率为98%时,可视为全部清除,即覆盖率为100%,此时就有一个时间。若达到400%的覆盖率,就是4倍的该时间。

5.覆盖率的影响因素

影响覆盖率的因素有零件材料硬度、弹丸直径、喷射角度和距离、喷丸时间等。在规定的喷丸强度条件下,零件的硬度低于或等于标准试片硬度时,覆盖率能达到100%;反之,覆盖率会下降。在相同的弹丸流量下,喷嘴与工件的距离越长、喷射的角度越小、弹丸直径越小,达到覆盖率要求的时间就越短。喷丸强化时,应选择大小合适的弹丸、喷射角度及距离,使喷丸强度和覆盖率同时达到要求值。

6.表面粗糙度

由于钢丸的喷射,对工件表面的粗糙度产生一定的变化。影响表面粗糙度的因素有零件材料的强度和硬度、弹丸直径、喷射的角度和速度、零件的原始表面粗糙度。在其他条件相同的情况下,零件材料的强度和表面硬度值越高,塑性变形越困难,弹坑越浅,表面粗糙度值越小;弹丸的直径越小,速度越慢,弹坑就越浅,表面粗糙度值就变小;喷射的角度大,弹丸速度的法向分量越小,冲击力越小,弹坑越浅,弹丸的切向速度越大,弹丸对表面的研磨作用就越大,表面粗糙度值就越小;零件的原始表面粗糙度也是影响因素之一,原始表面越粗糙,喷丸后表面粗糙度值降低越小;相反,表面越光滑,喷丸后表面变得粗糙。当对零件进行高强度的喷丸后,深的弹坑不但加大表面粗糙度值,还会形成较大的应力集中,严重削弱喷丸强化的效果。

 

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