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弹簧强化喷丸用丸粒质量检测方法

 放大 放大字体 缩小 缩小字体    发布日期:2015-09-11  浏览次数:123
核心提示:弹簧是工程机械中的重要基础零件,其质量的优劣直接影响着整机的性能。对弹簧采用喷丸强化,能有效地提高其疲劳断裂抗力。然而,弹簧制造业虽都采用喷丸处理,但还有相当一部分弹簧制造厂商,实际上还没有采用合适的、优化的喷丸强化工艺,使喷丸强化效应发挥到最佳,甚至将喷丸的目的,“清理”和“强化”混为一谈。

江苏奥力斯特科技有限公司  王晓东

  

  弹簧是工程机械中的重要基础零件,其质量的优劣直接影响着整机的性能。对弹簧采用喷丸强化,能有效地提高其疲劳断裂抗力。然而,弹簧制造业虽都采用喷丸处理,但还有相当一部分弹簧制造厂商,实际上还没有采用合适的、优化的喷丸强化工艺,使喷丸强化效应发挥到最佳,甚至将喷丸的目的,“清理”和“强化”混为一谈。

 喷丸所采用的丸粒是影响弹簧喷丸强化效果一个比较关键的因素,制作丸粒有多种材料,:玻璃、塑料、陶瓷、铸钢、韧化处理钢丝以及不锈钢丝等。如果丸粒选择不当,则难以获得期望的强化效果。丸粒的质量会极大地影响弹簧的喷丸效果,包括残余应力,表面粗糙度和喷丸工艺的生产效率等。丸粒质量的关键因素有:粒度、硬度、耐久性(循环失重率),成圆度,外表面应干燥、无油垢,没有腐蚀的痕迹等,所以对弹簧强化用丸粒采用正确的质量检测方法是一项重要的工作。

1.丸粒的密度对于弹簧喷丸强化的影响。

密度为喷丸的一个特性,丸粒打击的动能与丸粒的质量成正比,物体的密度增大,相同尺寸下质量也随之增大。因此在相同的速度下,丸粒的密度越大,所得到的动能也就越大。

 目前使用者很少有测量密度的。事实上很多使用者不知道如何去测量他们介质的密度。密度测量可迅速并有效指明介质存在大量的空隙,气孔或者其它内部缺陷。同质颗粒前提下,若丸粒存在严重的内部缺陷,那么它的密度将小。相比优质实心的颗粒,它就会更快的破碎,从而颗粒的平均尺寸就会降低,不可接受的边缘尖锐的破损颗粒总量就会增多。另外一个与密度相关的重点就是介质的动能。动能是一个运动物体的质量以及速度的产物。密度是由一个物体的质量和体积决定的。

2.弹簧强化喷丸常用的丸粒技术标准

 目前中国弹簧行业强化喷丸采用的丸粒技术标准主要有:德国弹簧协会VDFI8001/2009标准;中国弹簧行业协会标准CSSA70001-2007《弹簧表面强化用钢丝切丸标准》;德国工业DIN8201标准;美国宇航材料规范SAEJ441标准;美国动力机械工程师协会AMS2431标准

弹簧强化用钢丸检测方式: 50100粒称量法

型号(切丸/Z

随机抽取50粒钢丸

型号(磨圆-G)

随机抽取50粒钢丸

1.6mm/scw-62

1.0901.330 g

1.6mm/scw-62

1.0401.260 g

1.4mm/scw-54

0.7200.880 g

1.4mm/scw-54

0.6800.840 g

1.2mm/scw-47

0.4800.580 g

1.2mm/scw-47

0.4600.550 g

1.0mm/scw-41

0.3100.390 g

1.0mm/scw-41

0.2900.370 g

0.9mm/scw-35

0.2000.240 g

0.9mm/scw-35

0.1900.230 g

0.8mm/scw-32

0.1400.180 g

0.8mm/scw-32

0.1300.170 g

0.7mm/scw-28

0.1000.120 g

0.7mm/scw-28

0.0950.115 g

0.6mm/scw-23

0.0500.070 g

0.6mm/scw-23

0.0450.065 g

0.5mm/scw-20

0.0400.050 g

0.5mm/scw-20

0.0400.050

 

随机抽取100粒钢丸

 

随机抽取100粒钢丸

0.45mm/scw-17

0.0400.060 g

0.45mm/scw-17

0.0350.055 g

0.35mm/scw-14

0.0200.040 g

0.35mm/scw-14

0.0200.040 g

0.30mm/scw-12

0.0100.025 g

0.30mm/scw-12

0.0100.025 g

 

nnecttype="rect" gradientshapeok="t" o:extrusionok="f">3.丸粒硬度检测方法

丸粒硬度的选择,对弹簧喷丸强化具有重要的作用,喷丸强度会因为介质的硬度增高而提高,并且影响到内表面上最大残余压应力的数值与所在的深度。通常选用的介质硬度,要大于或等于被强化零件表面的硬度。因为强化过程是使零件表面产生循环塑性形变的过程,只有丸粒硬度高于零件硬度的条件下,才有利于能量的传递,将介质的动能转化为被处理工件表层塑性形变能,使被处理工件的表层显微组织结构发生循环塑性改性(即晶粒细化、正/切屈服强度增高)。对于强化喷丸用的介质硬度必须保持一致性,颗粒间硬度相差越小越好。
                           QQ图片20150911172202

检测方式:硬度测试仪在样品中取出50粒,并将它们在测试条上铺成一层,

放进环氧树脂容器中,将温度调在140℃以下。经过此处理后,测试条会变湿,接着用平均尺寸为0.3微米的钻石颗粒对此的1/3进行抛光.将暴露出的经过抛光处理颗粒表面用3%的硝酸酒精溶液慢慢地蚀刻,对其中的20粒进行测试。此时,它们的显微结构已充分表明了它们的纵向结构已被腐蚀,然后根据DIN50311对此进行硬度测试,测试负荷对于0.3mm的只能用4.9035牛顿,(称为HV0.5),对于0.4-1.0mm的用9.087牛顿,(称为HV1)

检测标准:

20点平均范围值内

HV640

HV610-670(±30HV)

HV580-700(±60HV)

HV670

HV640-700(±30HV)

HV610-730(±60HV)

HV700

HV670-730(±30HV)

HV640-760(±60HV)

 

4.丸粒形状(粒度)的检测方法

不管丸粒介质的材料如何选择,都应严格控制质量,保证球面形状尺寸均匀。破碎的、变形的介质必须及时去除。否则,畸形介质的棱角容易产生微裂纹而造成疲劳源。用于弹簧喷丸强化的介质,其中碎颗粒的介质重量不得超过20%,以确保弹簧喷丸强化效果。一般应保证合格介质的数量不少于80%.在喷射打击过程中应少破碎或不破碎。如果使用过程中介质破碎了,就必须被分离出去,因为破碎的介质带有锋利的边角,容易损伤被处理工件的表面。在设备上,通常使用螺旋分离器来实现介质圆度的筛选。

检测方式:取出部份样品,将它们在水平面铺平浓密的一层,然后用一块100mm×30mm的有粘性的带子将样品粘上,并通过粘带上的样品进行视觉检验,颗粒形状的评估是根据用20-25倍的放大镜进行观察并和下图中的样品进行对比来测定的。而同样用这个放大镜进行废品的比例测试,这里说的废品是指没有磨的或磨圆不符合要求。

检测标准:CWS/Z切丸 CCW/G1一次圆化 DCCW/G2二次圆化处SCCW/G3球状

            QQ图片20150911172239      

切丸直径

可接受缺陷颗粒的比例

 

At2

At4

0.2mm

25

50

0.3mm

21

42

0.4mm

18

36

0.6mmm

14

28

0.7mm

11

22

0.8mm

8

16

0.9mm

6

12

1.0mm

5

10

1.2mm

4

8

             

 

 

 

5.丸粒粒度的检测方法

介质的尺寸大小与强度和残余应力场的深浅有关。介质直径小工件表面产生的残余应力较高,但强化层较浅,介质直径大,工件表面产生的残余应力较低,但强化层较深,因此有些要求较高的产品,往往采取复合喷丸工艺,即先用大介质抛,再用小尺寸的介质抛的工艺。在强化喷丸时用的介质尺寸必须保持一致性,破碎或者磨小的丸必须分离出去,因为介质尺寸减小,喷丸强度就会降低。在设备上通常使用震动筛选器来实现介质大小的分离。
   QQ图片20150911172258   QQ图片20150911172309

检测方式:使用2-5只标准筛,依照网目大小由上而下,将一定数量的介质放在最上端的筛网上,于规定的时间内持续摇动(一般是采用机械的方式),纪录留在每个筛网上的介质重量,并标准与样本总重量的百分比。

检测标准:

         过筛尺寸对比:

         一次过筛尺寸=标准尺寸+0.1mm,一次过筛5%

         二次过筛尺寸=标准尺寸,二次过筛85%

         三次过筛尺寸=标准尺寸-0.1mm,三次过筛10%,尘埃含量0.5%

6.丸粒的破碎率弹簧喷丸强化的影响

介质的破碎率越高,使用成本越高。破碎的介质形状不规则,但是尺寸还是很大,很难被机器分离出去,会损伤零件表面。破碎率越高,产生的粉尘越多,影响工厂环境和工作人员的身体健康。介质的破碎率越低,在使用过程中能较好较长的维持喷丸强度。
              QQ图片20150911172342

检测方式:耐磨性测试,从样品中取出220克进行测试,其中的100克用来做欧文测试.一个循环包括500次旋转周期,每一次循环后用0.3m㎡的筛网将小于该尺寸的分开并记下重量,然后用新的代替被分离出来的,这样的话当分离出来的有100克时,记下总计的旋转周期的数据,此数据就是它的耐磨性数据.

检测标准指标:

规格

硬度

Ervin疲劳寿命要求

G1

G2

G3

0.3mm

640

4600

4500

4400

670

4500

4400

4300

700

4600

4500

4400

0.4mm

640

4400

4300

4200

670

4300

4200

4100

700

4400

4300

4200

0.5mm

640

4200

4100

4000

670

4100

4000

3900

700

4200

4100

4000

0.6mm

640

4000

3900

3800

670

3900

3800

3700

700

4000

3900

3800

0.7mm

640

3700

3600

3500

670

3600

3500

3400

700

3700

3600

3500

0.8mm

640

3500

3400

3300

670

3400

3300

3200

700

3500

3400

3300

0.9mm

640

3300

3200

3100

670

3200

3100

3000

700

3300

3200

3100

1.0mm

640

3100

3000

2900

670

3000

2900

2800

700

31000

3000

2900

1.2mm

640

3000

2900

2800

670

2900

2800

2700

700

3000

2900

2800

 

弹簧喷丸强化已是一种可控性工艺技术,弹簧制造商和弹簧强化设备、介质的供应商们都已意识到,这类强化过程像其他精密制造一样,对工艺的一致性、可重复性和质量要求越来越高,旨在提高弹簧强化的效果和精确度!

另外,丸粒的表面应干燥、无油垢,没有腐蚀的痕迹等。根据各厂家使用损耗情况最好是510公斤的小袋密封包装,便于喷丸机的日常添加。

7. 结论

上述谈论的丸粒质量检测方法是综合了弹簧企业对采购丸粒质量的主要要求和检测、试验方法,也是各类先进丸粒技术标准的主要技术测试方法。本文比较全面及系统的论述丸粒测试方法,希望能为弹簧企业提供实用和有效的指导。

1)丸粒质量对弹簧强化喷丸效果有显著的影响,主要的影响因素是丸粒的密度、硬度、粒度、圆度、耐久性等。

2)以留筛率的方法来测试丸粒的大小是一种高效的、实用的、简单的测试方法,非常适合弹簧工厂监控及采购进料检验。

3)高应力弹簧强化喷丸应采用尽量高硬度的丸粒,测试丸粒硬度需要合适加载的维氏硬度来测试。

4)用循环次数来评价喷丸的耐久性能,即丸粒失重速率,是一种比较实用和有效的方法。

 

参考资料:

① 中国弹簧行业协会标准CSSA70001-2007《弹簧表面强化用钢丝切丸标准》

② 德国弹簧协会VDFI8001/2009标准

③ 德国工业DIN8201标准

④ 美国宇航材料规范SAEJ441标准

⑤ 美国动力机械工程师协会AMS2431标准

 
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