浅析弹簧喷丸强化

刘治国

（海纳（天津）弹簧有限公司，天津 300112）

1.喷丸强化的原理和作用

喷丸强化也称喷丸处理，是以高速运动的弹丸流喷射弹簧的表面，使弹簧表面产生压缩应力来形成了有一定厚度的表面强化层，从应力状态来看，弹簧的强化层里面得到了较高的残余压应力，由于材料表面压应力的存在，所以弹簧在承受载荷时能够抵消一些拉应力，从而使弹簧的疲劳强度和使用寿命得到了很大提高。喷丸的强度一般使用单面A型试片以及量具，通过试片上面产生的曲率来衡量。

2.喷丸注意事项

（1）喷丸丸粒的大小：喷丸的丸粒越大，喷丸强度也就越大，同时喷丸的覆盖率（被喷丸的零部件丸粒实际冲击的表面积和受喷表面积之比的百分数）会降低。所以，在保证喷丸强度的同时，尽可能地使用相对比较小的喷丸丸粒。

（2）喷丸丸粒的硬度：丸粒硬度的选取对喷丸强化有很大的影响，当喷丸的丸粒硬度比部件硬度高时，它的硬度值的变化不影响喷丸强度：当喷丸丸粒的硬度比零部件低时，若喷丸丸粒的硬度降低时，喷丸的强度也同时降低。所以一般选用硬度大于或者等于被需要喷丸零部件表面的硬度。

（3）喷丸速度：一般要求弹丸具有50m/s～84m/s的速度，对于气喷式要求气压为0.4MPa～0.6MPa，对于离心式转轮一般要求转速为2200r/min～3500r/min，随着喷丸速度的增加，喷丸强度也会增加。

（4）喷丸丸粒的形状：喷丸丸粒的形状应该是比较规则的球形，在喷丸强化过程中尽可能地不破损或不破损，如果发现有破损的应必须分离出去，因为形状破损的丸粒会容易打伤弹簧表面。

（5）丸粒的破碎率：丸粒的破碎率越高，使用的成本就越高，而且产生的粉尘也多，影响车间环境和操作工的身体健康。相反丸粒的破碎率越低，在喷丸强化过程中能够很好很长时间的维护喷丸强度。

3.丸粒材质

喷丸强化通常使用的弹丸一般是铸钢丸和钢丝弹丸，还有钢化玻璃丸等，丸粒的形状必须是球形，应经常处理筛选使用中破碎的丸粒，当弹簧丝直径小于2mm时，在喷丸后变形大，满足不了弹簧尺寸公差要求的情况下，可选用玻璃丸来进行喷丸处理，丸粒直径小于0.5mm。玻璃丸一般用于军工和航空上的小弹簧表面强化处理。

4.喷丸设备类型

喷丸强化设备目前有3种类型：机械离心式和气动式以及湿式喷丸强化设备，主要功能是使喷丸丸粒获得动能，并使机械零部件运动，以保证机械零部件在喷丸过程中获得规定的喷丸强度和效果。

5.板簧强化

板簧强化就是让喷丸丸粒高速冲击其凹面，以提高使用寿命，组装完成的板簧还应对其进行强压处理，强压处理时，加载所引起的变形值一般要达到使用时静挠度的2～3倍，使整个板簧产生的剩余变形为6mm～12mm，在第二次用同样载荷加载之后，剩余变形将减少1mm～2mm，第三次加载后，制造较好的板簧就不再有明显的变形，批量生产时，一般只需做一次强化处理。

6.气门弹簧喷丸强化

气门弹簧喷丸强化处理需要喷丸的表面覆盖率不得小于90%，喷丸的弹簧表面要求必须有很高的表面质量，坚决不允许表面有生产过程中所造成的划痕以及刀具导致的刀痕等表面缺陷，这些表面缺陷通常会成为气门弹簧工作时应力集中地地方和疲劳断裂源。避免这些问题后我们还应该在给气门弹簧喷丸强化处理时，应选用细小的钢丸进行喷丸，这样可以改善弹簧表面的质量，提高表面强度，使弹簧处于压应力状态，从而提高了弹簧的疲劳强度和使用寿命。

7.喷丸设备的发展

现在弹簧行业原材料的种类越来越多，后面的加工工艺和方法也在不断改进，同时各行各业对机械零部件的疲劳强度和使用寿命越来越高，需要有更先进更智能的强化设备来实现。目前，更先进、程序更精密复杂、具有同步监测控制功能的强化设备也已广泛应用于弹簧制造业，实现对工艺参数的实时监测和结果显示。控制系统不仅能同步显示各类监测到的工艺参数，还能让操作员自己编写代相关参数的程序。给这些程序编上唯一的代码标示，并存储在系统里，便于以后取出使用。为方便维修人员的日常维护和设备出错时的问题解决，设备的控制系统还能提供一个指导图示，列有机器里所有的进口或出口并显示它们目前情况。这样便于维修人员快速找到出错位置，并及时进行矫正处理。最新的控制系统还能配合安全需要，让不同职位的人，系统管理员、工程师、维护人员、操作员有4级不同的机器控制权限。

8.结论

喷丸强化已是一种高可控性工艺技术，弹簧制造商和喷丸设备制造商都意识到这类强化过程像其他精密制造一样，对工艺的一致性、可重复性和质量要求越来越高。弹簧喷丸强化经过这么多年的发展，逐步进入了一个可监测、可控制的操作水平，通过该控制技术发展来增强喷丸强化控制的精准稳定性，为今后弹簧及机械部件工作的可靠性提供研究和分析的精准数据。