喷丸

喷丸

表面强化工艺
喷丸处理是利用高速喷射出的砂丸和铁丸,对工件表面进行撞击,以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。喷丸可用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等,还可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。[1]
    中文名:喷丸 外文名:shot peening 所属学科: 功能:消光、去氧化、除焊件残余应力 用途:工件表面处理等 优点:打击力大、清理效果明显 缺点:对薄板工件处理易变形等 种类:铸钢丸、铸铁丸、玻璃丸

丸的种类

铸钢丸

其硬度一般为40~50HRC,加工硬金属时,可把硬度提高到57~62HRC。铸钢丸的韧性较好,使用广泛,其使用寿命为铸铁丸的几倍。

铸铁丸

其硬度为58~65HRC,质脆而易于破碎。寿命短,使用不广。主要用于需喷丸强度高的场合。

玻璃丸

硬度较前两者低,主要用于不锈钢、钛、铝、镁及其它不允许铁质污染的材料,也可在钢铁丸喷丸后作第二次加工之用,以除去铁质污染和降低零件的表面粗糙度。

陶瓷丸

陶瓷丸的化学成分大致为67%的ZrO2、31%的SiO2及2%的Al2O3为主的夹杂物,经熔化、雾化、烘干、选圆、筛分制成的,硬度相当于HRC57~63。其突出性能是密度比玻璃高、硬度高。最早于20世纪80年代初期用于飞机的零部件强化。

陶瓷丸具有较高的强度,寿命比玻璃丸长,价格比较低,现已扩展到钛合金、铝合金等有色金属的表面强化。

所以说,丸的分类总共有4大类:铸钢丸、铸铁丸、玻璃丸、陶瓷丸

特别说明:

喷丸用玻璃丸和其他用途的玻璃丸是两个不同的概念。喷丸玻璃丸最大的特点是它的硬度最低不小于6—7莫氏而且有一定的韧性,成圆率最低不小于90%。而道路反光玻璃丸对硬度无要求,一般普通玻璃作原材料即可,成圆率要求最低75%。

两种价格差别很大,但外观却相差无几,如果将普通玻璃丸用于喷丸加工,貌似成本较低,而在喷丸加工时破碎率较高,且加工强度较高的工件时几乎是一次破碎,相比之下,总成本反而提高了许多.

清理特点

1、 可以任意使用金属或非金属弹丸,以适应清理工件表面的不同要求;

2、 清理的灵活性大,容易清理复杂工件的内、外表面和管件的内壁,并且不受场地限制,可将设备安置在特大型工件附近;

3、 设备结构较简单,整机投资少,易损件少,维修费用低;

4、 必须配备大功率的空压站,在清理效果相同的条件下,消耗的能量较大;

5、 清理表面易有湿气,容易再生锈;

6、 清理效率低,操作人员多,劳动强度大。

区别

与抛丸的区别

喷丸使用高压风或压缩空气作动力,而抛丸一般为高速旋转的飞轮将钢砂高速抛射出去。抛丸效率高,但会有死角,而喷丸比较灵活,但动力消耗大。

两种工艺虽喷射动力和方式不同,但都是高速冲击工件为目的,其效果也基本相同,相比而言,喷丸比较精细,容易控制精度,但效率不及抛丸之高,适形状复杂的小型工件,抛丸比较经济实用,容易控制效率和成本,可以控制丸料的粒度来控制喷射效果,但会有死角,适合于形面单一的工件批量加工.

两种工艺的选用主要取决工件的形状和加工效率.

与喷砂的区别

喷丸与喷砂都是使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果,但选择的介质不同,效果也不相同.

喷砂处理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量破坏,表面积大幅增加,从而增加了工件与涂/镀层的结合强度.

经过喷砂处理的工件表面为金属本色,但是由于表面为毛糙面,光线被折射掉,故没有金属光泽,为发暗表面.

喷丸处理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量进而不容易被破坏。表面积有所增加.由于加工过程中,工件表面没有被破坏,加工时产生的多余能量就会引会工件基体的表面强化。

经过喷丸处理的工件表面也为金属本色,但是由于表面为球状面,光线部分被折射掉,故工件加工为亚光效果.

清理喷嘴

直桶形喷嘴

直桶形喷嘴结构简单,其内部结构只有收缩段和平直段两部分。这种形式的喷嘴无法克服进口端存在的涡流现象,压力损失大,磨料出口速度在0.7MPa的压力条件下不足100m/s。

文丘里形喷嘴

文丘里形喷嘴在结构上分成收缩段、平直段和扩散段三部分,制作难度显着增加。

文丘里形喷嘴的气体动力学性能远优于直桶形喷嘴,涡流现象明显改善或不复存在,压力损失大幅度降低,在相同压力条件,磨料的出口速度可增加一倍以上,接近于声音的传播速度,磨料颗料所具有的动能大幅度提高,打击工件表面的能力大大增强了,这是文丘里形喷嘴工作效率提高的主要原因之一。

直桶形喷嘴和文丘里形喷嘴使用性能的一个很大区别在于磨料的发散均匀性,文丘里形喷嘴喷出的磨料在发散区域内分布很均匀,而直桶形喷嘴喷出的磨料有很大一部分集中在发散区域的中心部位,喷嘴在工件表面上的有效清理宽度窄,文丘里形喷嘴在工件表面上的有效清理宽度要大得多,而且有效清理区域内的磨料作用力的一致,磨料得到充分利用,工作效率提高就是必然的结果了。

据资料介绍,文丘里喷嘴与直桶形喷嘴相比,工作效率可提高15%~40%,磨料消耗可降低20%。

双文丘里形喷嘴

双文丘里形喷嘴有前后两个喷嘴,二者之间有间隔,在间隔处的四周有几个小孔。在这种一大一小、一前一后的喷嘴布置形式中,由于高速气流的作用,产生一个足够大的负压,将周围的空气吸入到喷嘴内,使喷出的空气量大于进入喷嘴的压缩空气,磨料的出口速度又有提高。另外,双文丘里形喷嘴的出口端直径比普通的文丘里形喷嘴大一些,磨料流的发散面要比普通文丘里形喷嘴大35%,清理效率自然要比普通文丘里形喷嘴更高。

双文丘里喷嘴使用时反冲力较小,操作省时省力,理论高速工作压力为0.42MPa,比其他喷嘴均低。

大进口直径的文丘里形喷嘴

普通文丘里形喷嘴的进口直径是1英寸,现在出现了一种进口端直径为1.25英寸的文丘里喷嘴,试验表明,在0.69MPa的压力条件下,大进口端的文丘里喷嘴出口速度可达到201m/s,比普通文丘里喷嘴提高12.5%。

方孔喷嘴

目前国外研制出一种进口端与出口端都成正方形的喷嘴,各方面试验表明,该喷嘴比文丘里形喷嘴的工作效率更高,经济性更好。

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