喷丸硬化在弹簧设计及制造上应用.doc

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1、喷丸硬化在弹簧设计及制造上应用摘要：每年有上亿弹簧被喷丸硬化，从套管中使用的小型液体卸压弹簧到船坞支架使用的大型弹簧可谓是种类繁多。其中有大量用于汽车阀门的弹簧，也有用于科研的特殊柔性枢轴弹簧。但都有一个共同点：经过了细致严谨的喷丸硬化以达到需求的结果，进行喷丸硬化对弹簧性能改善是非常有用的。自1929年这种弹簧处理的流程首次创制以来,多种流程控制和喷丸硬化细则对于保证弹簧的可靠性意义非常重大。关键词：喷丸硬化；弹簧；应用中图分类号：TH135文献标识码：A文章编号:1006-8937(2012)20-0091-021应用实例喷丸硬化用于改善含铁或不

2、含铁的金属部件的疲劳性能。部件可能在小范围内受到较高的压力。由于尺寸很小或匹配组件的配置问题，通常很难避免某些区域高度受压，牵引弹簧的挂钩是个很好的例子。组件的运转速度和负载不断增加，但基本设计没有更改，这就会引起更高的应力水平和更差的疲劳耐受性。国际汽车工业推出的80000km质保对疲劳耐受性和质量的考验都更加严峻。图1中1/8”x5/16”钢丝制成的C-形弹簧服役时间不合要求。疲劳测试显示平均寿命为7200周期，从“C”的外侧即张紧一侧开始出现断裂。喷丸硬化（至.0.36A）后寿命增加到24000周期，断裂点出现没有规律，因弹簧处于部分加载位置。

3、其他喷丸硬化程序有如表1所示结果。某玩具公司在产品内外使用密度达到0.3A经喷丸硬化的牵簧确保产品质量和寿命。在该公司也尝试了将一侧喷丸硬化改进为内侧和外侧均硬化，试验显示了该方法对疲劳寿命的效果。应力集中区域常常是在制造过程中引起的。在一个试验中，喷丸硬化将图2中牵引弹簧（5/32”油淬火-回火钢丝）的寿命增加了10倍，直至部件在受损严重部位折断。喷丸硬化后图3中碟形弹簧的寿命明显增长，造成弹簧断裂的原因经查明是剪切加工时引起的表面状况损坏。图4中磷青铜制成的电路接触器需要经过200万周期的测试。断裂通常在配件之间接合必须的弯折处发生。喷丸硬化降低

4、了临界表面应力水平，使部件可以达到使用寿命的要求。镀层常常会降低部件的疲劳耐受性，如果部件在电镀前先喷丸硬化，即可消除电镀产生的这种损坏。腐蚀性空气会加速疲劳引起的断裂。同样，喷丸硬化可以弥补这种损坏性作用。喷丸硬化无论在生产还是设计中都实现了合理成本下的最佳部件质量。2喷丸硬化机理和作用众所周知，大部分疲劳破坏最初都是表面的一个裂缝，在循环中逐渐发展至产生疲劳破坏。裂缝的扩大需要表面受到张应力作用，而受压应力的表面则可以抵抗裂缝的形成。如果表面上产生残余压应力，则负载造成的张应力必须先超过残余压应力，表面应力才会成为张应力。因此，在一定应力水平下，

5、硬化弹簧的寿命更长，而在一定寿命条件下，硬化弹簧则可取得更高的应力水平。喷丸硬化是在弹簧表面产生残余压应力的最有效且经济的方法。这种工艺需要使用圆形颗粒高速碰撞表面，每个喷丸颗粒都有一定的形状和统一的尺寸，作为硬化锤对表面进行冷处理以产生压应力。无负载时典型硬化表面会有一个压应力分布。由于表面已经有了压应力，中心就会产生一个抵消的张应力。为了保持这部分的平衡，压应力区域的两个面积就必须与张应力区域的中心面积相等。换句话说，中性轴周围的力矩之和必须为零。施加外部弯曲应力时，任何深度产生的应力都必须与残余和施加应力的代数和相等。合成应力是负载下截面的如果

6、增加应力，合成曲线将左移，可能进入张应力区。但是合成的张应力将远远低于表面没有进行硬化处理或表面原处于张应力作用下的情况。3弹簧喷丸硬化的意义与大部分机构零件相比，弹簧受喷丸硬化的影响非常大。与未硬化弹簧相比，有效的喷丸硬化可使弹簧在高于一般水平50%〜70%的应力水平下使用，且使用寿命不受限制。有时候可使用特殊的定制硬化流程来取得比传统硬化工艺更好的结果。这些特殊的工艺可使用比平常更高的强度、更大的覆盖率、多种加工技术等，但必须根据特定零件的要求来执行。只有根据具体弹簧的需要采用合适的喷丸大小和强度等参数，并对强度、覆盖率、媒介尺寸和条件进行适当控

7、制,才能取得最佳的效果。参考文献：[1]M.Phrisch・M.Triebel.制造过程对商用车辆膜片弹簧的影响及在设计阶段的考虑[J].传动技术,2009,23(2):10-11.[2]贺玲凤，潘桂梅•喷丸强化连杆残余应力的测试与分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2003,31(12):63-65.