弹簧的抛丸热处理

弹簧的抛丸热处理
抛丸处理俗称喷丸处理或喷丸强化。它是提高机械零件疲劳寿命的有效方法之一，在弹簧制造业中广泛应用。
    抛丸处理的原理如图1所示。抛丸处理就是以高速弹丸流喷射弹簧表面，使弹簧表层发生塑性变形，而形成了一定厚度的表面强化层(图1—a)。从应力状态来看，强化层内形成了较高的剩余压应力(图2—b)。由于材料表面剩余压应力的存在，当弹簧在承受变载荷时，可以抵消一部分变载荷作用下的最大拉应力，从而提高弹簧的疲劳强度。从组织结构看，强化层内形成了密度极高的位错(图1—c)，在随后的变应力、温度、或二者同时的作用下，位错逐渐排列规则，形成多边形，即强化层内逐渐形成更加微小的亚晶粒(亚结构)(图1—d)。这种表面层冷作硬化的结果，同样也具有增加疲劳强度的作用。

a)弹簧在抛丸处理过程中  b)强化后表面塑性变形层(强化层)内的应力分布
c)组织(和位错) 结构d)在随后的交变载荷(或温度)作用下组织(和位错)结构的变化
 
    另外，抛丸处理还能清除弹簧表面的疵点(微小的缺陷、脱碳)，减少应力集中等，从而消除或减少了疲劳源。
    1．弹丸  抛丸效果与弹丸的材料、硬度、尺寸、形状、速度和密度以及曝抛持续时间、碰撞角度等有关。弹丸有三种，即铸铁丸、铸钢丸、切割钢丝丸。
    铸铁丸价格低廉，由于质脆，容易破碎而导致锐利的棱角，致使被抛表面产生伤痕，成为应力集中点，而成为疲劳破坏源。故在弹簧抛丸处理中应用较少。
    铸钢丸价格比铸铁丸高一些，但它不容易破碎，使用寿命比铸铁丸高。
    切割钢丝丸价格较贵，使用寿命长。新的钢丝丸是有角的圆柱体，但是在使用中角会磨去变圆，成为直径与原钢丝直径差不多的球体，由于切割钢丝丸的棱角会使弹簧表面划伤，从而影响抛丸对改善疲劳性能的效果，所以在使用新钢丝丸时，应先抛不合格的零件或废弹簧数小时后(待棱角去除变圆)，再加入抛丸机内抛正常的弹簧。
    弹丸的直径一般常用的规格0．5—1．5mm范围内。制造者可根据弹簧具体情况选择合适的弹丸尺寸。
    除上述三种类型的弹丸外，还有使用玻璃丸的，但目前在弹簧制造业尚少使用。当弹簧簧丝直径小于2mm时，在抛丸后变形大，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抛丸处理，玻璃丸的直径小于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。
2．抛丸机  抛丸机(也称喷丸机)常用的有气喷式和离心式两种。气喷式是利用压缩空气将弹丸喷出，它需要压缩空气，动能消耗大，由于压缩空气中含有水蒸气，机器停用后，弹丸会粘为一团，易使抛丸装置和弹丸锈蚀，因此，气喷式抛丸机在弹簧抛丸中较少应用；离心式抛丸机的优点是动力消耗较少，速度比较稳定。螺旋弹簧在抛丸时，要不停地翻动或转动，以使弹簧各处都喷射的均匀致密。螺旋弹簧广泛采用离心式抛丸机进行抛丸。离心式抛丸机转轮周边的导向板等易磨蚀。
    离心式抛丸机常用的有滚筒式(图2—a)、履带式(图2—b)和回转滚道式(图2—c)三种型式。

a)滚筒式  b)履带式  c)回转滚道式
1一滚筒  2、6、7一抛丸头  3、5、8一工件
4一履带  9一回转滚道  10一输送带
    3．抛丸效果检验  抛丸处理的效果受多种因素的影响，如弹丸的形状和大小、弹丸的材质、弹丸抛射的速度和密度，以及抛射时间等。但在实际的加工中诸如以上各因素不可能一一测定，而是采用弧高度和复盖率的检验方法。
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