隨著現代工業技術的發展,對于模具使用性能提出了更高的要求。努力縮短模具的生產周期提高模具的質量,延長模具壽命,直接或間接帶來的社會效益和經濟效益是難以估量的。材料和熱處理是影響模具質量、性能和使用壽命最重要的內在因素。60%模具的早期失效,是由材料和熱處理的因素造成的。為了提高模的強度及模具的耐磨性,充分挖掘模具材料的性能潛力,延長模具服役壽命,采取了許多有效的措施,從省能源、省資源、充分發揮材料的性能潛力,獲得特殊性能和最大技術經濟效益出發,發展和應用表面強化工藝技術是提高模具使用性能和壽命的極重要的發展方向,噴丸強化就是其中的一項經濟、簡便而有效的模具表面處理工藝方法,值得大力推廣。
噴丸強化是借助于硬丸粒,高速、連續錘擊金屬表面,使其產生強烈的冷作硬化。通過噴丸可以明顯改變金屬表面的應力狀態、顯微硬度、表層的微觀形貌和相成分,從而提高模具的疲勞強度、抗沖擊磨損及抗應力腐蝕性能。噴丸還可改變模具的表面粗糙度,并有效地去除電火花加工而產生的表面變質層。
噴丸強化方法簡單易行,節約能源,適用于落料模、冷作模、冷鐓模和熱鍛模等以疲勞失效形式為主的模具,如鍛模服役時,要經受彎曲和熱膨脹,常發生因局部屈服而導致顯微裂紋,噴丸處理產生壓應力能推遲顯微裂紋的形成,從而延遲模具龜裂發生,模具經噴丸強化后使用壽命情況
噴丸強化原理
噴丸過程就是大量彈丸噴射到零件表面上的過程,而彈丸噴射到零件表面上有如無數小錘對表面錘擊,因此,金屬零件表面產生極為強烈的塑性形變,使零件表面產生一定厚度的冷作硬化層,稱為表面強化層,此強化層會顯著地提高零件在高溫和高濕工作下的疲勞強度。
零件表面形成的強化層之所以會改善其疲勞性能,其原因是在此層內有著完全不同于基體(即零件心部)的應力狀態及組織結構,一般地說零件疲勞強度的提高與表面強化層內以下三個因素有關:
(1)表面層的宏觀殘余應力;
(2)表面層的微觀應力;
(3)表面層的微細嵌鑲組織。適當的、分布合理的殘余壓應力可能成為提高疲勞強度、提高抗應力腐蝕能力,從而延長零件和構件使用壽命的因素;而不適當的殘余應力則會降低疲勞強度,產生應力腐蝕,失卻尺寸精度,甚至導致變形、開裂等早期失效事故,所以機械零部件和大型機械構件中的殘余應力對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命有著十分重要的影響。噴丸可改變了應力分布狀態,使零件表面形成一條很寬的壓應力分布帶,從而可極大地提高疲勞強度和零件的實際承載能力。
噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化模具表面的手段,模具噴丸的強化機理是彈丸流的撞擊形成模具材料塑性變形而導致冷作硬化;第二個因素是彈丸流的撞擊改變了表面殘余應力狀態和分布,使模具材料表層和次表層造成很大的殘余壓應力,而噴丸產生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。噴丸處理后模具的表面硬度增加,距表面愈近,效果愈明顯,噴丸造成的模具表面硬度增加是由于表層組織形變強化及殘余壓應力值增大的綜合結果。此外,噴丸還能促使模具表層的組織發生轉變,即殘余奧氏體誘發轉變為馬氏體,并且能夠細化馬氏體的亞結構,進一步提高了模具表面硬度和耐磨性,從而延長模具的使用壽命。
噴丸強化工藝
(1)設備與噴丸介質的選用
氣動式噴丸機
噴丸用的噴丸機有氣動式噴丸機和離心式噴丸機。
氣動式噴丸機是由空氣壓縮機供給壓縮空氣,壓縮空氣通過噴槍時造成負壓將彈丸吸人并高速噴出噴嘴,形成彈丸流噴射到零件表面。噴丸機中還有一個使零件運動的機構, 能保證噴丸的均勻性和有一定的覆蓋范圍。
保證噴丸強化質量的另一個關鍵因素是根據零件材料和尺寸特點選擇合適的彈丸。經常使用的彈丸都是圓形彈丸,直徑為0.05mm~1.5mm不等。彈丸直徑由零件溝、槽、圓角等尺寸決定,要保證彈丸直徑小于需要強化的溝、槽、圓角的尺寸。
常用的噴丸介質(彈丸)有:
a、鑄鐵彈丸:鑄鐵彈丸硬而脆,易于破碎,目前已很少應用。
b、鋼彈丸:目前使用最多的是用彈簧鋼(直徑0.6mm~1.2mm)做成的鋼丸,鋼丸的硬度HRC一般為45~50,鋼彈丸的使用壽命比鑄鐵丸高20倍左右。
c、玻璃彈丸:上世紀七十年代發展起來的,玻璃彈丸的硬度HRC>48,成本較高,主要在航空工業部分獲得了較為廣泛的應用。
(2)噴丸強化主要工藝參數的選擇
噴丸強化可顯著提高表面的殘余壓應力,從而提高零件疲勞壽命,但要對噴丸參數進行合理的選擇,既要考慮到殘余壓應力達到一定的數值,又防止過度噴丸,以免產生表面缺陷,降低強化效果。
實踐表明:隨噴丸時間的增加,殘余壓應力逐漸增加;隨鋼丸轉速的增加,殘余壓應力也逐漸增加;彈丸直徑大,噴丸強化效率高,但工件的表面光潔降低。具體的噴丸強化參數可參見表
隨著現代工業技術的發展,對于模具使用性能提出了更高的要求。努力縮短模具的生產周期提高模具的質量,延長模具壽命,直接或間接帶來的社會效益和經濟效益是難以估量的。材料和熱處理是影響模具質量、性能和使用壽命最重要的內在因素。60%模具的早期失效,是由材料和熱處理的因素造成的。為了提高模的強度及模具的耐磨性,充分挖掘模具材料的性能潛力,延長模具服役壽命,采取了許多有效的措施,從省能源、省資源、充分發揮材料的性能潛力,獲得特殊性能和最大技術經濟效益出發,發展和應用表面強化工藝技術是提高模具使用性能和壽命的極重要的發展方向,噴丸強化就是其中的一項經濟、簡便而有效的模具表面處理工藝方法,值得大力推廣。
噴丸強化是借助于硬丸粒,高速、連續錘擊金屬表面,使其產生強烈的冷作硬化。通過噴丸可以明顯改變金屬表面的應力狀態、顯微硬度、表層的微觀形貌和相成分,從而提高模具的疲勞強度、抗沖擊磨損及抗應力腐蝕性能。噴丸還可改變模具的表面粗糙度,并有效地去除電火花加工而產生的表面變質層。
噴丸強化方法簡單易行,節約能源,適用于落料模、冷作模、冷鐓模和熱鍛模等以疲勞失效形式為主的模具,如鍛模服役時,要經受彎曲和熱膨脹,常發生因局部屈服而導致顯微裂紋,噴丸處理產生壓應力能推遲顯微裂紋的形成,從而延遲模具龜裂發生,模具經噴丸強化后使用壽命情況
噴丸強化原理
噴丸過程就是大量彈丸噴射到零件表面上的過程,而彈丸噴射到零件表面上有如無數小錘對表面錘擊,因此,金屬零件表面產生極為強烈的塑性形變,使零件表面產生一定厚度的冷作硬化層,稱為表面強化層,此強化層會顯著地提高零件在高溫和高濕工作下的疲勞強度。
零件表面形成的強化層之所以會改善其疲勞性能,其原因是在此層內有著完全不同于基體(即零件心部)的應力狀態及組織結構,一般地說零件疲勞強度的提高與表面強化層內以下三個因素有關:
(1)表面層的宏觀殘余應力;
(2)表面層的微觀應力;
(3)表面層的微細嵌鑲組織。適當的、分布合理的殘余壓應力可能成為提高疲勞強度、提高抗應力腐蝕能力,從而延長零件和構件使用壽命的因素;而不適當的殘余應力則會降低疲勞強度,產生應力腐蝕,失卻尺寸精度,甚至導致變形、開裂等早期失效事故,所以機械零部件和大型機械構件中的殘余應力對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命有著十分重要的影響。噴丸可改變了應力分布狀態,使零件表面形成一條很寬的壓應力分布帶,從而可極大地提高疲勞強度和零件的實際承載能力。
噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化模具表面的手段,模具噴丸的強化機理是彈丸流的撞擊形成模具材料塑性變形而導致冷作硬化;第二個因素是彈丸流的撞擊改變了表面殘余應力狀態和分布,使模具材料表層和次表層造成很大的殘余壓應力,而噴丸產生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。噴丸處理后模具的表面硬度增加,距表面愈近,效果愈明顯,噴丸造成的模具表面硬度增加是由于表層組織形變強化及殘余壓應力值增大的綜合結果。此外,噴丸還能促使模具表層的組織發生轉變,即殘余奧氏體誘發轉變為馬氏體,并且能夠細化馬氏體的亞結構,進一步提高了模具表面硬度和耐磨性,從而延長模具的使用壽命。
噴丸強化工藝
(1)設備與噴丸介質的選用
氣動式噴丸機
噴丸用的噴丸機有氣動式噴丸機和離心式噴丸機。
氣動式噴丸機是由空氣壓縮機供給壓縮空氣,壓縮空氣通過噴槍時造成負壓將彈丸吸人并高速噴出噴嘴,形成彈丸流噴射到零件表面。噴丸機中還有一個使零件運動的機構, 能保證噴丸的均勻性和有一定的覆蓋范圍。
保證噴丸強化質量的另一個關鍵因素是根據零件材料和尺寸特點選擇合適的彈丸。經常使用的彈丸都是圓形彈丸,直徑為0.05mm~1.5mm不等。彈丸直徑由零件溝、槽、圓角等尺寸決定,要保證彈丸直徑小于需要強化的溝、槽、圓角的尺寸。
常用的噴丸介質(彈丸)有:
a、鑄鐵彈丸:鑄鐵彈丸硬而脆,易于破碎,目前已很少應用。
b、鋼彈丸:目前使用最多的是用彈簧鋼(直徑0.6mm~1.2mm)做成的鋼丸,鋼丸的硬度HRC一般為45~50,鋼彈丸的使用壽命比鑄鐵丸高20倍左右。
c、玻璃彈丸:上世紀七十年代發展起來的,玻璃彈丸的硬度HRC>48,成本較高,主要在航空工業部分獲得了較為廣泛的應用。
(2)噴丸強化主要工藝參數的選擇
噴丸強化可顯著提高表面的殘余壓應力,從而提高零件疲勞壽命,但要對噴丸參數進行合理的選擇,既要考慮到殘余壓應力達到一定的數值,又防止過度噴丸,以免產生表面缺陷,降低強化效果。
實踐表明:隨噴丸時間的增加,殘余壓應力逐漸增加;隨鋼丸轉速的增加,殘余壓應力也逐漸增加;彈丸直徑大,噴丸強化效率高,但工件的表面光潔降低。具體的噴丸強化參數可參見表
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