噴丸強化過程的影響因素及質量控制

張秀梅

摘要：噴丸強化是提高零件機械性能的常用手段，噴丸過程中任何一個工藝參數的變化都會影響噴丸強化質量。被強化對象的材料、薄厚、噴丸指標等具體情況不同，彈丸類型及其硬度狀態選擇是否合理將會直接影響噴丸強化效果。噴丸的強化效果目前還沒有直接的方法進行測量，只能通過控制噴丸過程中的彈丸、壓力、靶距、角度、時間來實現，用噴丸強度和覆蓋率兩個指標間接衡量噴丸強化效果，所以噴丸強化過程要作為特殊過程進行質量控制。

關鍵詞：噴丸；影響；質量控制

噴丸強化是一種采用冷處理方式提高疲勞強度的工藝，大量具有高動能的彈丸不斷撞擊材料表面，表面將產生變形。由于無數彈丸的強烈撞擊，材料表面上出現了許多凹坑或凹痕，由此金屬表層產生壓應力。由于凹陷變形內的晶粒試圖回到原位，每個凹坑都具有高度壓縮力作用下的半球，大量的凹坑互相疊加在一起，致使金屬表層內產生了壓應力場，此壓應力場可以延緩疲勞裂紋的萌生，提高疲勞性能，延長疲勞壽命。

1 不同噴丸工藝參數對強化效果的影響

正確地選擇噴丸強化工藝參數及確保工藝參數在加工過程中的穩定性，是提高零件疲勞強度和抗應力腐蝕強度的必要條件。不適當的工藝參數或噴丸過程中任何一個工藝參數的變化都會影響噴丸強化質量。被強化對象的材料、薄厚、噴丸指標等具體情況不同，彈丸類型及其硬度狀態選擇是否合理將會直接影響噴丸強化效果。

1.1彈丸尺寸對殘余壓力的影響

適當的選擇彈丸直徑，一方面可以更大程度的挖掘噴丸強化的潛力，另一方面有可以避免噴丸過度對零件疲勞性能可能帶來危害。楊永紅等[56]人以鋁合金試件為載體研究噴丸條件對殘余應力場的影響，采用不同大小的彈丸進行同強度噴丸，發現彈丸尺寸對殘余應力場深度有影響，相同噴丸強度下，大尺寸的彈丸比小尺寸的彈丸噴丸產生的殘余應力場深度增加。

1.2覆蓋率對殘余壓力的影響

楊永紅等[56]人以鋁合金試件為噴丸對象，在彈丸和噴丸氣壓相同情況下進行實驗研究，分別采取30%，50%，100%三種覆蓋率進行噴丸，發現在彈丸、噴丸氣壓、入射角等條件都一致時，隨蓋率增加，殘余應力也隨之增加，但殘余應力場深度基本保持一致。

1.3材料屈服強度對殘余壓力的影響

閆五柱等[57]人應用噴丸過程三維有限元模型，針對被噴丸材料的力學性能與殘余應力關系進行了實驗研究，如圖1-10所示。研究表明隨被噴丸材料的屈服強度高，噴完后產生的最大殘余壓應力增大，但殘余壓應力場的深度變淺。

1.4 彈丸速度對殘余壓力的影響

閆五柱等[57]人應用噴丸過程三維有限元模型，研究了彈丸的噴射速度與殘余應力分布的關系，見圖1-11。研究表明。隨噴丸速度的提高表面殘余壓應力減小，直至轉化為表面拉應力。隨彈丸的噴射速度增大，最大殘余壓應力及其對應的深度都有所增加。

1.5 不同彈丸對粗糙度的影響

王強等[58]人研究了300M鋼噴丸前后表面粗糙度表化，如圖1-12、圖1-13所示，發現噴丸前材料表面狀態不同，經過不同工藝噴丸后表面粗糙度變化趨勢不同；對于粗車表面，噴丸后粗糙度值比噴丸前降低，對精車和拋磨表面，噴丸后粗糙度值增加。

噴丸的強化效果目前還沒有直接的方法進行測量，只能通過控制噴丸過程中的彈丸、壓力、靶距、角度、時間來實現，用噴丸強度和覆蓋率兩個指標間接衡量噴丸強化效果，所以噴丸強化過程要作為特殊過程進行質量控制。

2 噴丸過程的質量控制

2.1 噴丸前質量控制

噴丸前要進行表面檢查，檢查零件表面粗糙度是否符合工藝文件要求，表面無銹蝕油污，零件無毛刺、飛邊；

檢查零件防護情況，禁噴區是否按工藝文件要求進行了防護；

檢查阿爾門測量儀及試片是否符合計量檢定要求；

檢查丸料種類及硬度是否符合工藝要求，丸料是否按要求進行了篩選、處理。

2.2 噴丸過程中質量控制

零件首次加工前，首先利用阿爾門試片按給定的噴丸強度及覆蓋率進行試噴，繪制噴飽和曲線，確定飽和點，空氣壓力、彈丸流量、工作臺轉速、噴嘴角度、噴嘴移動速度、噴嘴到試片表面距離，然后進行零件噴丸確定噴丸時間，最后固化工藝參數到工藝文件中。

每批次零件加工前進行噴丸前校驗噴丸參數；

按工藝文件工藝參數檢查參數設置情況，操作者如實做好生產記錄。

2.3 噴丸后質量控制

每批次零件加工后進行噴丸后校驗噴丸參數；

檢查零件噴丸覆蓋率，及試片校驗的弧高值；

檢查零件表面丸料清理情況、防護去除情況。

由于噴丸過程的特殊性，加強零件加工過程的質量控制是保證產品質量的關鍵，從而達到要求的噴丸效果，提高零件機械疲勞強度。、

參考文獻：

[1]楊永紅，喬明杰，張衛紅.噴丸條件對殘余應力場的影響規律[J]. 中國表面工程，2009，22（2）：45-48.

[2]閆五柱，劉軍，溫世峰.噴丸過程中的能量轉化及殘余應力分布研究[J].振動與沖擊，2011，30：139-144.

[3]王強，張志剛，高玉魁.噴丸材料及粒徑對300M 鋼原始表面粗糙度的影響[J].材料保護，2011，44（7）：35-38.endprint