淺析彈簧噴丸強化

劉治國

（海納（天津）彈簧有限公司，天津 300112）

1.噴丸強化的原理和作用

噴丸強化也稱噴丸處理，是以高速運動的彈丸流噴射彈簧的表面，使彈簧表面產生壓縮應力來形成了有一定厚度的表面強化層，從應力狀態來看，彈簧的強化層里面得到了較高的殘余壓應力，由于材料表面壓應力的存在，所以彈簧在承受載荷時能夠抵消一些拉應力，從而使彈簧的疲勞強度和使用壽命得到了很大提高。噴丸的強度一般使用單面A型試片以及量具，通過試片上面產生的曲率來衡量。

2.噴丸注意事項

（1）噴丸丸粒的大小：噴丸的丸粒越大，噴丸強度也就越大，同時噴丸的覆蓋率（被噴丸的零部件丸粒實際沖擊的表面積和受噴表面積之比的百分數）會降低。所以，在保證噴丸強度的同時，盡可能地使用相對比較小的噴丸丸粒。

（2）噴丸丸粒的硬度：丸粒硬度的選取對噴丸強化有很大的影響，當噴丸的丸粒硬度比部件硬度高時，它的硬度值的變化不影響噴丸強度：當噴丸丸粒的硬度比零部件低時，若噴丸丸粒的硬度降低時，噴丸的強度也同時降低。所以一般選用硬度大于或者等于被需要噴丸零部件表面的硬度。

（3）噴丸速度：一般要求彈丸具有50m/s～84m/s的速度，對于氣噴式要求氣壓為0.4MPa～0.6MPa，對于離心式轉輪一般要求轉速為2200r/min～3500r/min，隨著噴丸速度的增加，噴丸強度也會增加。

（4）噴丸丸粒的形狀：噴丸丸粒的形狀應該是比較規則的球形，在噴丸強化過程中盡可能地不破損或不破損，如果發現有破損的應必須分離出去，因為形狀破損的丸粒會容易打傷彈簧表面。

（5）丸粒的破碎率：丸粒的破碎率越高，使用的成本就越高，而且產生的粉塵也多，影響車間環境和操作工的身體健康。相反丸粒的破碎率越低，在噴丸強化過程中能夠很好很長時間的維護噴丸強度。

3.丸粒材質

噴丸強化通常使用的彈丸一般是鑄鋼丸和鋼絲彈丸，還有鋼化玻璃丸等，丸粒的形狀必須是球形，應經常處理篩選使用中破碎的丸粒，當彈簧絲直徑小于2mm時，在噴丸后變形大，滿足不了彈簧尺寸公差要求的情況下，可選用玻璃丸來進行噴丸處理，丸粒直徑小于0.5mm。玻璃丸一般用于軍工和航空上的小彈簧表面強化處理。

4.噴丸設備類型

噴丸強化設備目前有3種類型：機械離心式和氣動式以及濕式噴丸強化設備，主要功能是使噴丸丸粒獲得動能，并使機械零部件運動，以保證機械零部件在噴丸過程中獲得規定的噴丸強度和效果。

5.板簧強化

板簧強化就是讓噴丸丸粒高速沖擊其凹面，以提高使用壽命，組裝完成的板簧還應對其進行強壓處理，強壓處理時，加載所引起的變形值一般要達到使用時靜撓度的2～3倍，使整個板簧產生的剩余變形為6mm～12mm，在第二次用同樣載荷加載之后，剩余變形將減少1mm～2mm，第三次加載后，制造較好的板簧就不再有明顯的變形，批量生產時，一般只需做一次強化處理。

6.氣門彈簧噴丸強化

氣門彈簧噴丸強化處理需要噴丸的表面覆蓋率不得小于90%，噴丸的彈簧表面要求必須有很高的表面質量，堅決不允許表面有生產過程中所造成的劃痕以及刀具導致的刀痕等表面缺陷，這些表面缺陷通常會成為氣門彈簧工作時應力集中地地方和疲勞斷裂源。避免這些問題后我們還應該在給氣門彈簧噴丸強化處理時，應選用細小的鋼丸進行噴丸，這樣可以改善彈簧表面的質量，提高表面強度，使彈簧處于壓應力狀態，從而提高了彈簧的疲勞強度和使用壽命。

7.噴丸設備的發展

現在彈簧行業原材料的種類越來越多，后面的加工工藝和方法也在不斷改進，同時各行各業對機械零部件的疲勞強度和使用壽命越來越高，需要有更先進更智能的強化設備來實現。目前，更先進、程序更精密復雜、具有同步監測控制功能的強化設備也已廣泛應用于彈簧制造業，實現對工藝參數的實時監測和結果顯示。控制系統不僅能同步顯示各類監測到的工藝參數，還能讓操作員自己編寫代相關參數的程序。給這些程序編上唯一的代碼標示，并存儲在系統里，便于以后取出使用。為方便維修人員的日常維護和設備出錯時的問題解決，設備的控制系統還能提供一個指導圖示，列有機器里所有的進口或出口并顯示它們目前情況。這樣便于維修人員快速找到出錯位置，并及時進行矯正處理。最新的控制系統還能配合安全需要，讓不同職位的人，系統管理員、工程師、維護人員、操作員有4級不同的機器控制權限。

8.結論

噴丸強化已是一種高可控性工藝技術，彈簧制造商和噴丸設備制造商都意識到這類強化過程像其他精密制造一樣，對工藝的一致性、可重復性和質量要求越來越高。彈簧噴丸強化經過這么多年的發展，逐步進入了一個可監測、可控制的操作水平，通過該控制技術發展來增強噴丸強化控制的精準穩定性，為今后彈簧及機械部件工作的可靠性提供研究和分析的精準數據。