喷丸强化设备及其加工工艺
2021-10-18 来源：韶关机械信息网
2016-05-26 19:57:59来源： 贤集网
喷丸强化在完全控制的状态下，将大量高速运动的弹丸喷射到材料表面，使材料表层和次表层产生晶粒细化和塑性变形，从而呈现理想的组织结构（组织强化）和残余压应力分布（应力强化），提高材料的强度和疲劳寿命。
喷丸工艺会在材料表面形成一层明显的强化层，表面强化层组织由大量的变形孪晶以及高密度位错组成。喷丸加工后的表面强化层晶粒发生变形和细化，晶粒内部存在大量亚晶界，并且强烈的塑性变形导致表面产生较高的残余压应力。因此喷丸强化是多种强化机理共同作用的结果，其中晶界强化、位错强化以及残余压应力引起的应力强化是喷丸强化主要作用机制。
喷丸工艺根据喷丸的干湿状态可以分为干式喷丸法和湿式喷丸法，根据喷丸角度和喷丸枪的不同可以将喷丸工艺分为象限喷丸、分流式喷丸、偏转枪式喷丸以及旋转枪式喷丸。喷丸工艺参数包括弹丸直径、弹丸硬度、弹丸运动速度、流量、喷射角度、喷射时间以及喷嘴至零件表面的距离等。喷丸强化效果的度量参量应用最广的是弧高度值，其测量方法及量具均有相应标准。喷丸强化的表面覆盖率也是衡量强化质量的重要指标。也有学者提出使用量纲一冲击弹痕直径来表示喷丸强化的效果。
喷丸强化设备主要以机械离心式和气动式设备为主。近年来，除了发展传统喷丸机之外，用于复杂零件处理的振动喷丸强化设备和用于飞行器大型零件处理的滚筒喷丸强化设备得到了快速发展。还涌现了一批新型喷丸加工技术。其中超声喷丸技术以及高压水（或气穴无弹丸）喷丸技术的应用比较广泛。
超声喷丸技术利用超声波使弹丸产生机械振动，从而驱动弹丸对材料进行喷丸处理高压水喷丸或气穴无弹丸喷丸技术利用高压水射流所产生的气穴效应打击金属材料表面，使表层材料产生塑性变形，并形成残余压应力层。最初的气穴产生于高速区，并随着喷射速度的降低而逐渐变大并形成气泡，气泡撞击到材料表面时发生破裂，产生冲击波使表层材料发生塑性变形，从而达到材料强化的目的。
喷丸的主要问题是均匀性，特别是零件边界的均匀性，否则易导致强化不均匀，在强化弱的边界易造成损伤。喷丸加工一般对拉伸面起作用而对压缩面不起作用，而且喷丸加工无法处理到零件的整个表面（特别是对复杂零件），弹丸在加工过程中易损坏，被破坏的弹丸对零件表面质量造成破坏，从而影响材料表面强化效果，严重时影响到零件加工表面质量。