弹簧的喷丸处理

喷丸处理的目的

弹簧喷丸处理又称喷丸强化，它是以高速运动的弹丸向弹簧表面喷射，使弹簧表面产生压缩应力，以提高弹簧的疲劳强度，改善弹簧的松弛性能，延长弹簧使用寿命并改善弹簧耐应力腐蚀性能的一种工艺手段。另外，弹簧在制造过程中出现的一些不可避免的轻微划伤、压痕或比较轻微的脱碳等，也可在喷丸处理的过程中得到消除或改善，从而消除或减少了疲劳源。对重要的、工作应力较高的拉伸弹簧钩环转接处进行喷丸处理，可以提高它的使用寿命

喷丸设备及弹丸

(1)弹簧喷丸的设备

主要可以分气压式、机械离心式和机械液体式三种。其中气压式和离心式工作原理和特点见表1

表1　　　　　　　　　　　　　　　　　喷丸设备工作原理及特点

类型

工作原理

用途和特点

气压式

用压缩空气喷射弹丸，气压0.2~0.5MPa

喷丸集中，适用于形状复杂的零件，效率低

离心式

用离心力推进弹丸，转轮的速度为2200~3500r/min

适用于形状简单的零件，效率高

(2)弹丸

弹丸的种类有铸钢丸、铸铁丸、钢丝丸和玻璃丸，弹丸的规格为直径0.05~0.35mm，可以根据不同的要求选择弹丸的种类和规格

(3)试片

试片是检验喷丸质量的必要试样。试片的材料采用70号或者65Mn冷轧钢带制造。试片应经过热处理，其硬度为44~50HRC。试片分为N和AX型两种，外形尺寸和精度可以按JB/Z 255的规定。试片应该安装在支承夹具上

(4)支承夹具

试片支承夹具可以采用碳素结构钢经调质制造，其外形结构尺寸精度可以按JB/Z 255的规定。试片支承夹具应定期检查，发现损坏要及时更换

弹丸种类及喷丸强度

可以根据不同的弹簧钢丝直径来选择弹丸种类及喷丸强度，弹丸种类及喷丸强度按表2规定

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　弹簧钢丝直径、弹丸种类及喷丸强度

钢丝直径

/mm

弹丸种类

弹丸直径

/mm

喷丸强度^①

f₁

说明

＜2

2~4

4~8

＞8

玻璃丸

铸钢丸或钢丝丸

铸钢丸或钢丝丸

铸钢丸

0.1~0.35

0.4~0.8

0.8~1.2

1.0~1.5

0.1~0.35

0.3~0.45

0.4~0.6

0.4~0.6

(1)弹簧间隙应大于3倍的弹丸直径

(2)弹簧钢丝直径小于1.2mm及弹簧间隙比较小时，可以用湿吹砂代替喷丸

① 喷丸强度f₁把弧高度曲线上饱和点处的弧高度，定义为喷丸强度，它是喷丸工艺参数(弹丸直径、弹丸速度、流量、喷丸时间和角度等)的函数。

喷丸处理后的回火

经过喷丸处理后的弹簧由于表面残余应力的存在，使得自由高度变得不太稳定，另外喷丸处理后的弹簧直接进行立定处理其变形量也比较大，所以对于精度要求高的经过喷丸处理后的弹簧，在立定处理前可以增加一次(200±10)℃、20~30min的低温应力回火处理，以稳定弹簧的几何尺寸

喷丸处理对弹簧其他性能的影响

1)经过喷丸处理后的弹簧由于其钢丝直径的变化，使得弹簧自由高度和特性呈现下降趋势，这些变化量都应该通过首批试验后加以分析并控制

2)对于钢丝直径较细、弹簧外径较大的低刚度弹簧，喷丸处理过程中弹簧会发生歪斜，弹簧的垂直度和直线度会有一定程度的破坏，有时，喷丸处理后又需用修正和磨削端面来校正，这样就又削弱了喷丸强化的效果。所以，垂直度和直线度要求比较高的弹簧不适宜喷丸处理

3)由于经过喷丸处理所产生的表面压缩强化残余应力在热温度情况下会逐渐消除，并且随着温度的提高而全部消失，因此，在热状态下工作的弹簧不适合做喷丸处理

4)通过试验还可以发现：经过喷丸处理后的弹簧再进行表面氧化处理，会使它的疲劳循环次数比喷丸处理后不氧化处理的弹簧减少45%左右，所以要合理地采用喷丸处理弹簧的表面处理