承德抛丸、喷丸强化技术的应用-曲轴抛丸

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抛丸强化技术的应用可以有效提高汽车关键零部件的疲劳寿命和耐腐蚀性能。目前，世界上许多著名的汽车制造商和零部件制造商已经将工件抛丸强化纳入标准生产流程。同时，抛丸强化设备也和其他制造设备一样形成了完整的现代制造流水线。随着抛丸强化技术的不断发展，将其应用于汽车制造领域以改善和提高汽车关键零部件的抗疲劳寿命成为人们关注的焦点，在轿车、卡车、摩托车等的设计之初就得到充分的考虑和重视。目前大部分发动机零件的设计都会应用喷涂抛丸强化技术和工艺，包括:曲轴(除垢强化)、连杆(强化)、锚链抛丸强化、传动齿轮等轴类零件、齿圈、活塞、太阳轮和行星轮抛丸强化、板簧和圈。大量的汽车零部件，无论是铸件/锻件、压铸件、机械切割件、焊接件，都需要用不同类型的喷/抛设备进行处理，如除锈、去毛刺、清砂等表面杂质。

实验数据表明，喷丸处理可使钢板弹簧、传动齿轮和曲轴的疲劳寿命分别延长600%、1500%和900%。有效提高零件的抗疲劳和耐腐蚀性能，对其使用寿命和安全具有重要意义。通过喷丸技术可以将零件设计得更轻，一些因为工艺规范而不得不使用昂贵材料的零件现在可以替代低价材料，通过喷丸技术可以达到相同甚至更好的性能标准。

一、曲轴制造过程中的抛丸清理和抛丸强化

在曲轴制造过程中经过热处理的曲轴需要抛丸清洗，以去除表面的热氧化皮。曲轴放在旋转的滚轮上。轧制时，曲轴的所有表面都充分暴露在抛丸机的多个抛丸头抛丸的喷丸流中，曲轴的外表面受到多角度钢丸冲击的彻底清洗。

曲轴的尺寸决定了抛丸机器的类型。对于大型发动机，曲轴的尺寸可能会大到φ762mm，长6096mm，曲轴放在安装在台车上的一组滚轮之间。有几种工作方法。客户可以根据自己车间的实际情况选择固定投料头，可以让小车在投料头下面移动，也可以固定小车在上面移动投料头。无论选择哪种方式，放置在滚轮之间的曲轴都会保持旋转，因此其所有表面都会得到彻底的抛丸清洁。

较小的曲轴，如φ 152 ~ 203 mm，长度914mm，一般用旋转吊车抛丸机清理。曲轴挂在挂钩上，然后用多个甩头送到抛丸室进行抛丸清洗。挂钩在抛丸腔室中旋转，使工件充分暴露在高速喷丸流中，并在旋转的同时通过。清洗速度可达250片/h，清洗效果非常好。

虽然对工艺控制的要求没有强化那么严格，但现代曲轴抛丸清洗设备也通过监控工艺参数来保证清洗质量。

第二，曲轴的强化

由于曲轴工作在抛丸强化机的交变应力下，在轴颈表面变化的圆角处有很大的应力疲劳和应变失效的风险。目前，通过喷丸处理来改变曲轴的抗疲劳性能已被广泛应用，效果令人满意。

传统滚压工艺的缺陷是，由于曲轴加工工艺的限制，各轴颈的圆角难以与轧辊相匹配，往往导致圆角的啃咬现象，滚压后的曲轴变形较大，效果不好。喷丸强化的机理是利用严格控制直径和一定强度的钢丸，在高速气流的作用下，形成喷丸流，连续喷射在曲轴金属表面，就像用无数小锤锤击一样，使曲轴表面产生极强的塑性变形，形成冷加工硬化层。总之，由于曲轴在加工过程中受到各种机械切削力的作用，其表面特别是曲轴横截面变化的圆角处的应力分布极不均匀，工作时还受到交变应力的作用，容易造成应力腐蚀，降低曲轴的疲劳寿命。喷丸工艺是引入一个预压应力来抵消零件在未来工作循环中的拉应力，从而提高零件的抗疲劳能力和安全使用寿命。

喷丸工艺有两个zui重要的参数。一个是应力强度，通常用“阿尔门试件”检测。将多个试件固定在曲轴的不同表面，尤其是应力zui集中的曲轴拐角处，一起进行喷丸处理。试件上的压应力导致试件弯曲。曲率的扩张与铅球的撞击能量成正比。决定喷丸质量的另一个主要参数是覆盖率，覆盖率主要是指强化后表面凹坑所占的面积与总强化表面的比值。该参数由曲轴设计工程师定义，通常要求在100%和200%之间。一些曲轴应用可能要求覆盖率高于200%。

根据曲轴硬度和理想压应力强度，曲轴喷丸硬度通常为50 ~ 50~55HRC，尺寸为S280 ~ S330 (0.7 mm ~ 0.84 mm)。在“阿尔门标本”上产生的强度约为0.008 ~ 0.010c(标尺上为0.025)。与抛丸清理相比，喷丸工艺参数的监控更加严格。就曲轴强化的应用而言，需要监控的参数包括喷丸速度、喷丸强度、喷丸直径、喷丸距离、强化时间和覆盖率。其中任何一个参数的变化都会不同程度地影响曲轴表面强化的效果。

适当应用可控喷丸技术，可以大大提高曲轴等在高负荷条件下工作的零件的疲劳强度，从而大大延长零件的抗疲劳寿命。精密的喷丸设备配合计算机程序控制技术，可以严密监控喷丸过程，确保喷丸质量的稳定性和可重复性。目前，世界上许多著名的汽车制造商和零部件制造商都将强化列入了标准生产流程，强化设备与其他制造设备一样形成了完整的现代制造流水线。

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