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彈簧強(qiáng)化技術(shù)不再是噩夢(mèng)彈簧展-2016第十七屆廣州國(guó)際彈簧工業(yè)展覽會(huì)-全球最大彈簧展會(huì)-巨浪展覽
2016年2月24日 彈簧展- -全球最大彈簧展會(huì)- Spring Industry Exhibition |
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很早之前，一片汽車鋼板彈簧熱處理后，工匠們就會(huì)不斷地用錘子連續(xù)敲打、捶擊它。那時(shí)候工匠們并不清楚他們這么做的結(jié)果會(huì)讓板簧的使用壽命延長(zhǎng)6倍，而現(xiàn)在，這一事實(shí)已被工程師們充分了解。
這一強(qiáng)化工藝技術(shù)同樣適用于圓柱螺旋彈簧（圓簧），扭桿，旨在不同程度提高和改善彈簧疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力腐蝕斷裂強(qiáng)度。其他一些飛機(jī)和汽車零部件，如連桿、曲軸、搖臂、行星齒輪、齒輪圈、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、起落架、傳動(dòng)軸都將強(qiáng)化工序作為生產(chǎn)過(guò)程的必要步驟，且制定了嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范。先簡(jiǎn)單解釋一下零件在強(qiáng)化后會(huì)發(fā)生哪些變化。
強(qiáng)化工藝的原理
強(qiáng)化工藝是利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流對(duì)金屬表面的沖擊而使表面產(chǎn)生循環(huán)塑性應(yīng)變層，由此導(dǎo)致該層的顯微組織發(fā)生有利的變化并使表層引入殘余壓應(yīng)力場(chǎng)。表層的顯微組織和殘余壓應(yīng)力場(chǎng)是提高金屬材料及其彈簧的疲勞斷裂和應(yīng)力腐蝕斷裂抗力的兩個(gè)強(qiáng)化因素，以提高彈簧的可靠性和耐久性。
強(qiáng)化是個(gè)“冷處理”工藝，有別于金屬零件在高溫下的熱加工處理。壓應(yīng)力層通常延伸到材料表面下0.005到0.030mm深處。如有必要，也可通過(guò)改變工藝參數(shù)，如丸料尺寸、噴/拋射速度、噴/拋射角度、噴/拋射時(shí)間等來(lái)將壓應(yīng)力層延伸深度增大。
評(píng)估強(qiáng)化效果的兩個(gè)重要參數(shù)是強(qiáng)度和覆蓋率。覆蓋率（100%、200%或更大）主要是依靠目測(cè)，而強(qiáng)度則需用代表性的彈簧鋼試片進(jìn)行測(cè)量（即阿爾門試片）。
強(qiáng)度測(cè)量
零件校對(duì)工具（PVT），設(shè)計(jì)用來(lái)將試片固定于一些特定位置，在這些位置的試片可模擬零件有強(qiáng)度要求且必須進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)的區(qū)域位置。根據(jù)不同應(yīng)用，強(qiáng)度范圍從0.015-0.030（在‘A’等級(jí)上）。
彈簧強(qiáng)化設(shè)備可分為兩種類型：
1、離心式葉片拋丸強(qiáng)化設(shè)備
2、氣動(dòng)噴嘴式噴丸強(qiáng)化設(shè)備
前者的優(yōu)點(diǎn)是速度快、產(chǎn)量高，比較適用于板簧、圓簧等產(chǎn)能要求高的零件之強(qiáng)化處理，它能在較短的時(shí)間里拋射到更多的區(qū)域，以及讓被噴部位更快達(dá)到飽和強(qiáng)度。
1、一種連續(xù)鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)的拋丸強(qiáng)化設(shè)備適用于板簧強(qiáng)化，多個(gè)拋頭對(duì)準(zhǔn)板簧的上表面，及左右側(cè)面進(jìn)行拋射
2、一種帶指軸的連續(xù)通過(guò)式拋丸強(qiáng)化設(shè)備適用于圓簧強(qiáng)化，在拋丸室里有一個(gè)旋轉(zhuǎn)輥輪，帶動(dòng)圓簧邊旋轉(zhuǎn)變通過(guò)，在此過(guò)程中，多個(gè)拋頭對(duì)準(zhǔn)其進(jìn)行拋丸強(qiáng)化。
3、尺寸相對(duì)較小的彈簧，如用于發(fā)動(dòng)機(jī)閥門的氣門彈簧，適合用履帶式拋丸設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)化處理
4、扭桿亦適合用連續(xù)通過(guò)式的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)化
工藝參數(shù)
無(wú)論哪種強(qiáng)化技術(shù)，目的都是要取得一個(gè)持續(xù)恒定、可重復(fù)的強(qiáng)化強(qiáng)度。因此，必須了解工藝過(guò)程中，哪些關(guān)鍵變量會(huì)影響到最后的強(qiáng)化結(jié)果，包括：
1、拋頭直徑?jīng)Q定了鋼丸介質(zhì)被一定角度拋射出去時(shí)的速度。在同樣的拋頭轉(zhuǎn)速下，直徑為17.5”的拋頭產(chǎn)生的鋼丸拋射速度大于直徑為14”的拋頭，因而產(chǎn)生的強(qiáng)化強(qiáng)度也更高。
2、拋頭的馬力決定了單位時(shí)間內(nèi)被打出去的鋼丸數(shù)量
3、拋頭是由變頻機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的，通過(guò)改變電機(jī)的頻率可以改變拋頭的轉(zhuǎn)速，從而改變鋼丸拋出的初速度。
4、拋頭通常都被固定在拋丸室的特定位置，但可以通過(guò)調(diào)整定向套的位置，來(lái)改變拋射方向。定向套的位置最終決定了鋼丸被拋頭拋射出去的角度。
其他影響噴丸強(qiáng)化結(jié)果的工藝參數(shù)包括：
1、鋼丸的流量
2、鋼丸的尺寸
3、尺寸的一致性
丸料的流量是由一個(gè)專門的流量控制閥控制。在拋丸強(qiáng)化設(shè)備中，該控制閥是安裝在拋頭進(jìn)料區(qū)，通過(guò)調(diào)節(jié)流量控制閥的開(kāi)口來(lái)調(diào)整經(jīng)過(guò)該閥進(jìn)入拋頭的鋼丸流量；在噴丸強(qiáng)化設(shè)備中，丸料控制閥安裝在壓力罐出口區(qū)。
一個(gè)振動(dòng)篩對(duì)丸料進(jìn)行過(guò)濾，篩選出合格尺寸的丸料，確保強(qiáng)化過(guò)程中所用的鋼丸尺寸一致，從而達(dá)到穩(wěn)定的強(qiáng)化效果。
鋼丸（或切絲）的尺寸，會(huì)直接影響覆蓋率和強(qiáng)化時(shí)間。一般規(guī)律是：
1、鋼丸直徑小，工件表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較高，但強(qiáng)化層較淺
2、鋼丸直徑大，工件表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較低，但強(qiáng)化層較深
板簧強(qiáng)化
可利用一種連續(xù)通過(guò)式拋丸強(qiáng)化設(shè)備對(duì)板簧進(jìn)行一個(gè)接一個(gè)單獨(dú)的強(qiáng)化處理，讓板簧幾何凹面曝露在高速丸流下。典型的機(jī)型是包括一個(gè)拋頭用于拋射板簧頂部，側(cè)邊裝一個(gè)拋頭，同時(shí)噴板簧左右側(cè)面。
這套標(biāo)準(zhǔn)款板簧強(qiáng)化設(shè)備的通過(guò)速度是10英尺/分鐘，如需要更高的產(chǎn)速，則可增加拋頭數(shù)量，調(diào)節(jié)電機(jī)頻率。
在工作條件下，板簧會(huì)重復(fù)受到單向彎曲應(yīng)力影響，因此有時(shí)是被應(yīng)力強(qiáng)化的。在強(qiáng)化過(guò)程中，就模擬板簧在以后使用過(guò)程中會(huì)受到“應(yīng)力強(qiáng)化”的情況，讓它在承受負(fù)荷的方向上施與一個(gè)“靜態(tài)應(yīng)力”的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行噴丸強(qiáng)化。強(qiáng)化完畢后，釋放該外加的靜態(tài)應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)力強(qiáng)化比常規(guī)強(qiáng)化能更進(jìn)一步延長(zhǎng)板簧的使用壽命。
圓簧強(qiáng)化
圓簧，由于其螺旋幾何形狀，因以對(duì)其的強(qiáng)化作業(yè)要比平表面的板簧強(qiáng)化困難些。另外，還必須嚴(yán)格評(píng)估圓簧橫切面的強(qiáng)化效果，從而充分了解圓簧抗疲勞斷裂的抗力大小。
圓簧被一個(gè)個(gè)單獨(dú)地經(jīng)一連續(xù)輸送鏈系統(tǒng)送入拋丸室，拋丸室內(nèi)裝有一組平行輥道，強(qiáng)化的同時(shí)，輥道不停滾動(dòng)，帶動(dòng)圓簧邊旋轉(zhuǎn)邊前行。這樣旋轉(zhuǎn)的通過(guò)方式能讓高速丸流通過(guò)圓簧各個(gè)環(huán)圈間，打到里圈的金屬表面上，那里恰恰是圓簧應(yīng)力最集中的部位。
對(duì)于產(chǎn)能要求高的應(yīng)用，可選擇一種能同時(shí)噴兩個(gè)圓簧的強(qiáng)化設(shè)備。
彈簧展-2016第十七屆廣州國(guó)際彈簧工業(yè)展覽會(huì)-全球最大彈簧展會(huì)-巨浪展覽-The 17th China(Guangzhou)Int’l Spring Industry Exhibition
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