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彈簧強化技術(shù)不再是噩夢彈簧展-2016第十七屆廣州國際彈簧工業(yè)展覽會-全球最大彈簧展會-巨浪展覽
2016年2月24日 彈簧展- -全球最大彈簧展會- Spring Industry Exhibition |
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很早之前，一片汽車鋼板彈簧熱處理后，工匠們就會不斷地用錘子連續(xù)敲打、捶擊它。那時候工匠們并不清楚他們這么做的結(jié)果會讓板簧的使用壽命延長6倍，而現(xiàn)在，這一事實已被工程師們充分了解。
這一強化工藝技術(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度與應(yīng)力腐蝕斷裂強度。其他一些飛機和汽車零部件，如連桿、曲軸、搖臂、行星齒輪、齒輪圈、航空發(fā)動機葉片、起落架、傳動軸都將強化工序作為生產(chǎn)過程的必要步驟，且制定了嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范。先簡單解釋一下零件在強化后會發(fā)生哪些變化。
強化工藝的原理
強化工藝是利用高速運動的彈丸流對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。表層的顯微組織和殘余壓應(yīng)力場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強化因素，以提高彈簧的可靠性和耐久性。
強化是個“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/拋射時間等來將壓應(yīng)力層延伸深度增大。
評估強化效果的兩個重要參數(shù)是強度和覆蓋率。覆蓋率（100%、200%或更大）主要是依靠目測，而強度則需用代表性的彈簧鋼試片進行測量（即阿爾門試片）。
強度測量
零件校對工具（PVT），設(shè)計用來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度要求且必須進行強度檢測的區(qū)域位置。根據(jù)不同應(yīng)用，強度范圍從0.015-0.030（在‘A’等級上）。
彈簧強化設(shè)備可分為兩種類型：
1、離心式葉片拋丸強化設(shè)備
2、氣動噴嘴式噴丸強化設(shè)備
前者的優(yōu)點是速度快、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化處理，它能在較短的時間里拋射到更多的區(qū)域，以及讓被噴部位更快達到飽和強度。
1、一種連續(xù)鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)的拋丸強化設(shè)備適用于板簧強化，多個拋頭對準(zhǔn)板簧的上表面，及左右側(cè)面進行拋射
2、一種帶指軸的連續(xù)通過式拋丸強化設(shè)備適用于圓簧強化，在拋丸室里有一個旋轉(zhuǎn)輥輪，帶動圓簧邊旋轉(zhuǎn)變通過，在此過程中，多個拋頭對準(zhǔn)其進行拋丸強化。
3、尺寸相對較小的彈簧，如用于發(fā)動機閥門的氣門彈簧，適合用履帶式拋丸設(shè)備進行強化處理
4、扭桿亦適合用連續(xù)通過式的設(shè)備進行強化
工藝參數(shù)
無論哪種強化技術(shù)，目的都是要取得一個持續(xù)恒定、可重復(fù)的強化強度。因此，必須了解工藝過程中，哪些關(guān)鍵變量會影響到最后的強化結(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)生的強化強度也更高。
2、拋頭的馬力決定了單位時間內(nèi)被打出去的鋼丸數(shù)量
3、拋頭是由變頻機直接驅(qū)動的，通過改變電機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，但可以通過調(diào)整定向套的位置，來改變拋射方向。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專門的流量控制閥控制。在拋丸強化設(shè)備中，該控制閥是安裝在拋頭進料區(qū)，通過調(diào)節(jié)流量控制閥的開口來調(diào)整經(jīng)過該閥進入拋頭的鋼丸流量；在噴丸強化設(shè)備中，丸料控制閥安裝在壓力罐出口區(qū)。
一個振動篩對丸料進行過濾，篩選出合格尺寸的丸料，確保強化過程中所用的鋼丸尺寸一致，從而達到穩(wěn)定的強化效果。
鋼丸（或切絲）的尺寸，會直接影響覆蓋率和強化時間。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，但強化層較深
板簧強化
可利用一種連續(xù)通過式拋丸強化設(shè)備對板簧進行一個接一個單獨的強化處理，讓板簧幾何凹面曝露在高速丸流下。典型的機型是包括一個拋頭用于拋射板簧頂部，側(cè)邊裝一個拋頭，同時噴板簧左右側(cè)面。
這套標(biāo)準(zhǔn)款板簧強化設(shè)備的通過速度是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)電機頻率。
在工作條件下，板簧會重復(fù)受到單向彎曲應(yīng)力影響，因此有時是被應(yīng)力強化的。在強化過程中，就模擬板簧在以后使用過程中會受到“應(yīng)力強化”的情況，讓它在承受負(fù)荷的方向上施與一個“靜態(tài)應(yīng)力”的同時，對其進行噴丸強化。強化完畢后，釋放該外加的靜態(tài)應(yīng)力。實驗證明，應(yīng)力強化比常規(guī)強化能更進一步延長板簧的使用壽命。
圓簧強化
圓簧，由于其螺旋幾何形狀，因以對其的強化作業(yè)要比平表面的板簧強化困難些。另外，還必須嚴(yán)格評估圓簧橫切面的強化效果，從而充分了解圓簧抗疲勞斷裂的抗力大小。
圓簧被一個個單獨地經(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，強化的同時，輥道不停滾動，帶動圓簧邊旋轉(zhuǎn)邊前行。這樣旋轉(zhuǎn)的通過方式能讓高速丸流通過圓簧各個環(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。
對于產(chǎn)能要求高的應(yīng)用，可選擇一種能同時噴兩個圓簧的強化設(shè)備。
彈簧展-2016第十七屆廣州國際彈簧工業(yè)展覽會-全球最大彈簧展會-巨浪展覽-The 17th China(Guangzhou)Int’l Spring Industry Exhibition
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