噴丸概述

　　 噴丸shot peening 。用噴丸進(jìn)行表面處理，打擊力大，清理效果明顯。但噴丸對薄板工件的處理，容易使工件變形，且鋼丸打擊到工件表面（無論拋丸或噴丸）使金屬基材產(chǎn)生變形，由于Fe3O4和Fe2O3沒有塑性，破碎后剝離，而油膜與基材一同變形，所以對帶有油污的工件，拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現(xiàn)有的工件表面處理方法中，清理效果最佳的還數(shù)噴砂清理。噴砂適用于工件表面要求較高的清理。但是我國目前通用噴砂設(shè)備中多由鉸龍、刮板、斗式提升機(jī)等原始笨重輸砂機(jī)械組成。用戶需要施建一個深地坑及做防水層來裝置機(jī)械，建設(shè)費(fèi)用高，維修工作量及維修費(fèi)用極大，噴砂過程中產(chǎn)生大量的矽塵無法清除，嚴(yán)重影響操作工人的健康并污染環(huán)境。 　　噴丸處理是工廠廣泛采用的一種表面強(qiáng)化工藝，其設(shè)備簡單、成本低廉，不受工件形狀和位置限制，操作方便，但工作環(huán)境較差。噴丸廣泛用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐腐蝕性等。還可用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、焊件的殘余應(yīng)力等。

噴丸與拋丸的區(qū)別

　　噴丸使用高壓風(fēng)或壓縮空氣作動力，而拋丸一般為高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將鋼砂高速拋射出去。拋丸效率高，但會有死角，而噴丸比較靈活，但動力消耗大。 　　兩種工藝雖噴射動力和方式不同，但都是高速沖擊工件為目的,其效果也基本相同,相比而言,噴丸比較精細(xì)，容易控制精度,但效率不及拋丸之高,適形狀復(fù)雜的小型工件,拋丸比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，容易控制效率和成本，可以控制丸料的粒度來控制噴射效果,但會有死角,適合于形面單一的工件批量加工. 　　兩種工藝的選用主要取決工件的形狀和加工效率.

噴丸與噴砂的區(qū)別

　　噴丸與噴砂都是使用高壓風(fēng)或壓縮空氣作動力,將其高速的吹出去沖擊工件表面達(dá)到清理效果,但選擇的介質(zhì)不同,效果也不相同. 噴砂處理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量破壞,表面積大幅增加,從而增加了工件與涂/鍍層的結(jié)合強(qiáng)度. 　　經(jīng)過噴砂處理的工件表面為金屬本色,但是由于表面為毛糙面,光線被折射掉,故沒有金屬光澤,為發(fā)暗表面. 　　噴丸處理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量而不被破壞,表面積有所增加.由于加工過程中,工件表面沒有被破壞,加工時產(chǎn)生的多余能量就會引會工件基體的表面強(qiáng)化. 　　經(jīng)過噴砂處理的工件表面也為金屬本色,但是由于表面為球狀面,光線部分被折射掉,故工件加工為亞光效果.

丸的種類

1、鑄鋼丸

　　其硬度一般為40~50HRC，加工影金屬時，可把硬度提高到57~62HRC。鑄鋼丸的韌性較好，使用廣泛，其使用壽命為鑄鐵丸的幾倍。

2、鑄鐵丸

　　其硬度為58~65HRC，質(zhì)脆而易于破碎。壽命短，使用不廣。主要用于需噴丸強(qiáng)度高的場合。

3、玻璃丸

　　硬度較前兩者低，主要用于不銹鋼、鈦、鋁、鎂及其它不允許鐵質(zhì)污染的材料，也可在鋼鐵丸噴丸后作第二次加工之用，以除去鐵質(zhì)污染和降低零件的表面粗糙度。 　　所以說，丸的分類總共有3大類：鑄鋼丸 鑄鐵丸 玻璃wan 　　特別說明： 　　噴丸用玻璃丸和其他用途的玻璃丸是兩個不同的概念。　噴丸玻璃丸最大的特點(diǎn)是它的硬度最低不小于6—7莫氏而且有一定的紉性，成圓率最低不小于90%。而道路反光玻璃丸對硬度無要求，一般普通玻璃作原材料即可，成圓率要求最低75%。 　　兩種價格差別很大，但外觀卻相差無幾，如果將普通玻璃丸用于噴丸加工，貌似成本較低，而在噴丸加工時破碎率較高，且加工強(qiáng)度較高的工件時幾乎是一次破碎，相比之下，總成本反而提高了許多．

噴丸清理的特點(diǎn)

　　 1、 可以任意使用金屬或非金屬彈丸，以適應(yīng)清理工件表面的不同要求； 　　2、 清理的靈活性大，容易清理復(fù)雜工件的內(nèi)、外表面和管件的內(nèi)壁，并且不受場地限制，可將設(shè)備安置在特大型工件附近； 　　3、 設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單，整機(jī)投資少，易損件少，維修費(fèi)用低； 　　4、 必須配備大功率的空壓站，在清理效果相同的條件下，消耗的能量較大； 　　5、 清理表面易有濕氣，容易再生銹； 　　6、 清理效率低，操作人員多，勞動強(qiáng)度大。

噴丸清理與拋丸清理的性能和效果比較

　　項(xiàng)目 單位 拋丸 噴丸 噴砂 　　單個噴嘴拋丸量 Kg/min 60~1250 48~60 30 　　彈丸速度 m/s 60~100 40~50 　　單位拋丸量所需功率比 1 8 30 　　達(dá)到同樣清理效果的耗電量 KW*h/100m2 12.5 267 37.5 　　清理效率 40~150 15 6~10 　　達(dá)到同樣清理效果所耗工時之比 1 16 6 　　丸料消耗量之比 ≤1 20 　　成本之比 1 10 4.1 　　環(huán)境粉塵濃度 mg/m2 4.2~3.7 200~300

噴丸清理中的噴嘴

1、直桶形噴嘴

　　直桶形噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)只有收縮段和平直段兩部分。這種形式的噴嘴無法克服進(jìn)口端存在的渦流現(xiàn)象，壓力損失大，磨料出口速度在0.7MPa的壓力條件下不足100m/s。

2、文丘里形噴嘴

　　文丘里形噴嘴在結(jié)構(gòu)上分成收縮段、平直段和擴(kuò)散段三部分，制作難度顯著增加。 　　文丘里形噴嘴的氣體動力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于直桶形噴嘴，渦流現(xiàn)象明顯改善或不復(fù)存在，壓力損失大幅度降低，在相同壓力條件，磨料的出口速度可增加一倍以上，接近于聲音的傳播速度，磨料顆料所具有的動能大幅度提高，打擊工件表面的能力大大增強(qiáng)了，這是文丘里形噴嘴工作效率提高的主要原因之一。 　　直桶形噴嘴和文丘里形噴嘴使用性能的一個很大區(qū)別在于磨料的發(fā)散均勻性，文丘里形噴嘴噴出的磨料在發(fā)散區(qū)域內(nèi)分布很均勻，而直桶形噴嘴噴出的磨料有很大一部分集中在發(fā)散區(qū)域的中心部位，噴嘴在工件表面上的有效清理寬度窄，文丘里形噴嘴在工件表面上的有效清理寬度要大得多，而且有效清理區(qū)域內(nèi)的磨料作用力的一致，磨料得到充分利用，工作效率提高就是必然的結(jié)果了。 　　據(jù)資料介紹，文丘里噴嘴與直桶形噴嘴相比，工作效率可提高15%~40%，磨料消耗可降低20%。

3、雙文丘里形噴嘴

　　雙文丘里形噴嘴有前后兩個噴嘴，二者之間有間隔，在間隔處的四周有幾個小孔。在這種一大一小、一前一后的噴嘴布置形式中，由于高速氣流的作用，產(chǎn)生一個足夠大的負(fù)壓，將周圍的空氣吸入到噴嘴內(nèi)，使噴出的空氣量大于進(jìn)入噴嘴的壓縮空氣，磨料的出口速度又有提高。另外，雙文丘里形噴嘴的出口端直徑比普通的文丘里形噴嘴大一些，磨料流的發(fā)散面要比普通文丘里形噴嘴大35%，清理效率自然要比普通文丘里形噴嘴更高。 　　雙文丘里噴嘴使用時反沖力較小，操作省時省力，理論高速工作壓力為0.42MPa，比其他噴嘴均低。

4、大進(jìn)口直徑的文丘里形噴嘴

　　普通文丘里形噴嘴的進(jìn)口直徑是1英寸，現(xiàn)在出現(xiàn)了一種進(jìn)口端直徑為1.25英寸的文丘里噴嘴，試驗(yàn)表明，在0.69MPa的壓力條件下，大進(jìn)口端的文丘里噴嘴出口速度可達(dá)到201m/s，比普通文丘里噴嘴提高12.5%。

5、方孔噴嘴

　　目前國外研制出一種進(jìn)口端與出口端都成正方形的噴嘴，各方面試驗(yàn)表明，該噴嘴比文丘里形噴嘴的工作效率更高，經(jīng)濟(jì)性更好。 　　噴丸清理噴嘴規(guī)格與壓縮空氣和磨料消耗相互關(guān)系 　　噴嘴/mm 工作壓力/MPa 項(xiàng)目 　　0.48 0.56 0.59 0.62 0.66 0.70 　　5 0.93 1.02 1.10 1.16 1.22 1.27 壓縮空氣m3*min-1 　　88.9 98 103 88.9 109.3 119.8 磨料Kg*h-1 　　3.62 3.99 4.18 4.37 4.46 4.92 清理效率m2*h-1 　　6.4 1.73 1.93 2.01 2.09 2.18 2.29 壓縮空氣m3*min-1 　　160.6 185 194.1 203.2 215.5 227 磨料Kg*h-1 　　6.60 7.62 7.99 8.36 8.82 9.29 清理效率m2*h-1 　　8 2.86 3.20 3.40 3.57 3.71 3.88 壓縮空氣m3*min-1 　　274 305 318.9 335.7 349.3 363 磨料Kg*h-1 　　11.24 12.6 13.1 13.75 14.30 15 清理效率m2*h-1 　　9.5 4.05 4.56 4.73 4.90 5.21 5.55 壓縮空氣m3*min-1 　　392 436 456 477 499 522 磨料Kg*h-1 　　16.1 17.8 18.7 19.5 20.4 21.4 清理效率m2*h-1 　　11.1 5.50 6.14 6.45 6.79 6.96 7.19 壓縮空氣m3*min-1 　　533 596 626 657 687 719 磨料Kg*h-1 　　21.8 24.3 25.6 26.9 28.2 29.5 清理效率m2*h-1 　　12.7 7.13 7.93 8.35 8.75 9.14 9.57 壓縮空氣m3*min-1 　　686 762 802 842 873 907 磨料Kg*h-1 　　28.1 31.2 32.9 34.5 35.8 37.2 清理效率m2*h-1 　　磨料速度與清理效率的比較

　　 　　工作壓力MPa 磨料速度m*s-1 相對清理效率% 　　0.7 187.7 100 　　0.67 178.7 93 　　0.63 163.1 85 　　0.60 147.5 78 　　0.56 120.7 70 　　0.53 93.9 63 　　0.49 84.9 55 　　注：1、噴丸清理的工作壓力一般不應(yīng)低于0.53MPa； 　　2、采用大喉徑長文丘里型噴嘴。

噴丸質(zhì)量的評定

1、清理質(zhì)量等級

　　a、最徹底清理級（Sa3） 　　清理后的鋼材表面呈完全一致的銀灰色，有一定的表面粗糙度以提高涂層的附著能力； 　　b、很徹底的清理等級（Sa2.5） 　　清理后的鋼材表面上不存在油脂、污垢、氧化皮、銹、腐蝕生成物、氧化物和其他雜質(zhì)，允許存在由于清理不徹底而出現(xiàn)的陰影和色差，但每平方英寸上至少要有95%以上的表面達(dá)到最徹底清理級的水平，其余部分僅出現(xiàn)輕度的陰影和色差； 　　c、較徹底清理級 　　清理后的鋼材表面上不存在油脂、污垢、銹皮和其他雜質(zhì)，氧化皮、銹和舊漆被清除，允許存在由于銹和氧化皮清除不徹底而出現(xiàn)的輕度陰影和色差，其面積在每平方英寸上不超過33%；如果鋼材表面已經(jīng)發(fā)生點(diǎn)蝕，蝕點(diǎn)深處允許有少量的銹和舊漆存在； 　　d、非徹底清理級 　　表面經(jīng)全面清理，油脂、污垢、松動的氧化皮和松動的漆皮被清除，與基材結(jié)全牢固、不能用非常鋒利的鏟刀清除的氧化皮、銹、油漆和涂層允許在清理后殘留在表面上。表面上出現(xiàn)大量分布均勻的金屬的斑點(diǎn)。

2、表面粗糙度

　　表面粗糙度和表面清潔度是同時產(chǎn)生的，確定適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扰c確定正確的清潔度要求同樣重要。 　　表面粗糙度的作用 　　1） 使涂層與工件表面間的實(shí)際結(jié)合面積增加，有利于提高涂層結(jié)合力； 　　2）涂層在固化過程中會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，粗糙度的存在可以有效消除涂層中的應(yīng)力集中，防止涂層開裂； 　　3）表面粗糙度的存在可以支承一部分涂料的質(zhì)量，有利于消除流掛現(xiàn)象，對于垂直涂裝的表面，作用尤為明顯。 　　影響粗糙度的因素如下： 　　1）磨料的粒度、硬度、顆粒形狀； 　　2）工件本身材質(zhì)的硬度； 　　3）壓縮空氣的壓力及穩(wěn)定性； 　　4）噴嘴與工件表面間的距離及噴嘴與工件表面的夾角。 　　與表面粗糙度相關(guān)的幾個問題： 　　1）清理時間的長短與表面粗糙度大小幾乎無關(guān)； 　　2） 噴嘴與表面之間的夾角會影響表面粗糙度，但在45度與90度之間變化不是很明顯； 　　3）用大顆粒磨料清理難以清理的表面可以提高工作效率，但會使用表面粗糙度偏高，研究表明，粒度大于1.2mm的磨料造成的粗糙度值偏高。用小粒度磨料對粗糙度偏高的表面重新清理一遍可以使粗糙度降低到規(guī)定要求。 　　噴丸在表面產(chǎn)生比噴砂更大的壓應(yīng)力。