铸件表面抛喷丸处理技术

优胜编程龚老师

铸件表面抛喷丸处理技术：



1.机理

抛(喷)丸表面强化处理是将大量高速运动的抛丸喷射到零件表面，使金属 表面产生强烈的塑性变形，从而获得一定厚度(一般变形深度在 0.12---0.75mm)的表面强化层的工艺过程。 在抛丸过程中，抛丸犹如无数个小锤反复锤击金属表面，表面的塑性变 形与最大程度的压力加工相当，这种塑性变形使零件表面产生一定厚度的加 工(冷作)硬化层，该层称为抛丸表面强化层。从组织结构上看，强化层内 形成了密度极高的错位和内层，逐渐形成更加细小的亚晶粒，从应力状态上 看，由于表层金属变形的不均匀性，表层向四周塑变延伸时，受到内层金属 的阻碍，使张化层内形成了较高的残余压应力。高密度的位错和细小的亚晶 粒，提高了材料的屈服强度，从而控制了疲劳源的产生，使零件表面的抗疲 劳强度大大提高，表面残余压应力的存在，可部分抵消引起零件疲劳破坏的 循环拉应力或使零件表面始终处于压应力状态，疲劳源的形成进一步得到抑 制，疲劳裂纹的扩展也被延缓，从而显著地提高了零件的抗疲劳性能。

2、 主要作用和用途

2.1 表面清理：去污垢，除去氧化皮，遮盖压铸表面缺陷。

2.2 去除毛刺：清除铸件和压铸件表面和边缘的加工毛刺，大大节省人 力资源。

2.3 光整加工：改善表面颜色和增加光泽，使其表面具有文理细致、色 泽均匀和美观的金属光泽。

2.4 喷丸强化：可以提高表面硬度，提高零件疲劳强度及抗应力抗腐蚀 的能力， 增加光洁度，减少滑动表面的磨损， 表面产生的小凹坑可以起到储 油作用，提高零件的耐磨性能。

2.5 降低压铸件变比性能所引起的泄漏，在喷向一定深度内，由于抛丸 流锤击而产生的冷塑性变形，表面层材料填密与畸变，从而封闭了引起泄漏 的微孔。

2.6 使用不锈钢抛丸能长期地保持铸件的金属光泽和不生锈。

3、 抛丸设备

目前国内抛丸设备的样式较多,主要有

3.1 机械离心式抛丸机

是利用高速旋转的叶片轮产生的离心力将抛丸加速后投向工件，抛丸的 投射速度为45-75 米/秒，可一次同时处理许多零件。这种抛丸机功率小，生 产效率高，抛丸质量稳定，但设备成本较高，主要适用于抛强度高，品种少， 批量大，形状简单，尺寸较大的零部件。形式有履带式与吊链式。

3.2 气动式喷丸机

是利用高压空气直接喷射，可实现大于100 米/秒的高速喷丸，如改进喷 嘴的设计，气压达到一定值时，喷嘴出口的气流可接近或超过音速，主要适 用于喷丸强度低，品种多，批量少，形状复杂，尺寸较小的零部件，其缺点 是功耗大，产生效率低。形式有可携式与固定式喷丸机，手工控制与数控式 喷丸机通常由以下几个主要部分组成：抛丸提升结构，抛丸加速(抛丸)结构，抛丸筛选结构，排尘结构，工件运转结构，电控系统等等。

4、抛(喷)丸
抛丸需要具有一定的硬度、韧性和密度。抛丸的力学性能指标主要是指冲击韧度和硬度，由于抛丸工作在高速状态，要有较高的冲击韧度才能避免 大量破碎，抛丸的常用规格在Φ0.1-Φ3.5mm 之间。

4.1 抛丸材料

(1)铸铁抛丸： 冷硬铸铁抛丸，含碳量在2.75---3.60%之间，硬度高58---65HRC，但冲 击韧度低，尺寸在 0.2---3.5mm 之间。使用中，铸铁抛丸易于破碎，损耗较 大，要及时分离，排除破碎的抛丸，目前较少使用。热处理后硬度在 30---40HRC 之间，韧度有所提高。 (2)铸钢抛丸： 0.85---1.20%之间，锰含量在0.60---1.20%之间，硬度为 35---45HRC，尺寸在 0.2---4.5mm 之间，在显微结构中已消除了铸态组织， 其冲击韧度高。主要用于黑色金属铸件的喷丸中。 (3)钢丝切丸： 含碳量小于0.7%，直径在0.4---3.0mm 之间，硬度为35---45HRC，钢丝 切割丸的组织最好为马氏体或贝氏体，其具有很高的冲击韧度。 (4)玻璃抛丸： 二氧化硅含量大于67%，直径在0.05---0.8mm 之间，硬度为46---50HRC， 脆性较大，密度为2.45---2.55g/cm3。 (5)陶瓷抛丸: 抛丸硬度很好，但脆性较大，易破碎，喷丸后表层可获得较高的残余应 (6)聚合塑料抛丸：以聚合碳酸脂为原料，颗粒硬，且耐磨，无粉尘，不污染环境，可连续 使用，不附及工件表面，常用于消除酚醛或金属覆件毛刺和耀眼光泽。 (7)二氧化硅抛丸： 二氧化硅颗粒为50---1800μmm，喷丸时用水混合二氧化硅颗粒，利用压 缩空气喷射。主要抛光模具和其他精密零件表面。 (8)氧化铝抛丸： 氧化铝抛丸颗粒为 50---1500μmm，小于 180μmm 的氧化铝抛丸可用于 液态喷丸光整加工，氧化铝抛丸主要用于花岗岩和其他石料的雕刻，钢和青 铜的清理，玻璃的装饰加工。 爆炸灵敏度不足铝丸的十分之一，比重是铝丸的2.5 倍，具有出色的去 毛刺功能，硬度在30---40HRC 之间。适合于压铸件的喷丸，尤其是适用于薄 壁以及梨皮状纹表面等不宜用一般喷丸处理的零件。 (10)铝切丸： 铝切丸一般用防锈铝材料切割而成，硬度在35---40HRC 之间，硬度较高 且边缘锐利，研削力好，适合于壁厚较厚压铸件的去毛刺及有流痕的铸件的 表面。 (11)不锈钢抛丸： 含碳量小于0.2%，直径在0.2---1.5 之间，硬度为35---45HRC，组织为 马氏体或奥氏体，具有很高的冲击韧度。采用不锈钢抛丸进行喷丸处理后， 可以使表面纹理细致、色泽均匀和美观的金属光泽，并提高表面的硬度，增 加铸件的抗腐蚀能力，目前广泛地被用在汽车，摩托车，纺织机械，热处理 行业及锌合金、铝合金、压铸件、不锈钢精密铸件等行业中。

4.2 各种抛丸材料的性能比较，见表1



4.3 丸的选择

根据强化铸件的不同需要应采用不同的材料和不同大小的抛丸。 (1)抛丸直径应小于铸件缺口处的尺寸以保证缺口底部及侧面均能获得 喷丸效果。 (2)抛丸飞到铸件表面的动量能越大，表面强层深度越深，通过改变抛 丸直径(质量 m)或抛丸速度(v)的方法可改变抛丸动能(mv)，从而调节 表面强化层深度。 (3)抛丸越细，铸件表面获得的粗糙度就越细，反之则表面粗糙度就越 (4)有色金属铸件应避免采用铸铁或铸钢丸进行喷丸强化，因为附着于铸件表面的铁粉会导致零件表面的电化学腐蚀，产生锈斑。 (5)黑色金属铸件一般可选用铸铁丸，铸钢丸，钢丝切丸，玻璃抛丸， 陶瓷抛丸等。 (6)有色金属，铝合金，锌合金，镁合金压铸件及钛合金和不锈钢等可 选用不锈钢抛丸，玻璃抛丸，陶瓷抛丸等材料。 以往喷丸材料都是选用石英砂，玻璃抛丸，铸铁抛丸，铸钢抛丸等等， 这类抛丸的主要缺点是被喷产品表面发黑，无有色金属光泽，易生锈，易变 色，环境污染严重，且生产效率低，损耗大。

近年来由于对产品质要求的不断提高，对环境要求的不断提高，国内外 都在不断探索喷丸的新材料新工艺，在80 年代开始欧美等发达国家开始采用 不锈钢抛丸进行喷抛处理。由于采用不锈钢抛丸进行喷抛处理后，可以有效 清除铸件表面的毛刺，使其表面具有文理细致，色泽均匀和美观的金属光泽， 同时可以提高表面硬度，大大增加铸件的抗疲劳能力和抗腐蚀能力，长期保 持铸件表面不变色。用不锈钢抛丸处理，可以有效地降低加工粉尘，并可不 需要再进行后期酸洗处理和其它表面处理，有利于环境保护，进一步降低加 工成本，近年来不锈钢抛丸也越来越多地被国内企业所采用。目前广泛地被 用汽车、摩托车的油箱、化油器、喷射泵外壳、压缩机外壳、汽缸体、轮廓、 配电开关箱、入气管、变速箱体等铸件和抛簧、纺织机械零件中。

5.抛丸对表面质量的影响

影响和决定抛丸强化效果的工艺参数包括有：抛丸材料，抛丸形状，抛 丸尺寸，抛丸质量，抛丸硬度，抛丸流量，喷丸速度，喷射角度，喷射时间， 喷嘴(或离心叶轮)至零件表面的距离等等。这些参数都会直接影响零件的 强化效果。

5.1 塑性变形及组织变化

金属表面经喷丸后，产生大量凹坑形式的塑性变形，金属的塑性变形来 源于晶面滑移、恋生、晶界滑动、扩散性蠕变等晶体运动，其中以晶间滑动 最重要，表层位错密度大大增加，而且出现亚晶和晶粒细化现象，抛丸引起 的不稳定结构向稳定状态转变。

5.2 抛丸粒度对表面粗糙度的影响

表面的粗糙度随抛丸粒度的增加而增加。在实际生产过程中，由于含有 大量细碎粒的抛丸，所以受喷表面也会产生重要的影响。

5.3 抛丸硬度对表面形貌的影响

抛丸硬度高时，塑性往往下降，易产生破碎，抛丸工作时容易保持原有 的锐边或破碎而产生的新锐边。反之，硬度低而塑性好的抛丸，则能保持园 边或很快重新变园，因此，不同硬度的抛丸工作时将形成有各自特征的工作 混合物，从而直接影响受喷工件的表面结构。

5.4 抛丸形状对表面形貌的影响

球形抛丸高速喷射工件表面后，将留下直径小于抛丸直径的半球形凹坑， 这种表面形貌能消除前道工序残留的痕迹，使表面变美。同时凹坑起储油作 用，可以减少摩擦，提高耐摩性。 锐边抛丸喷射工件表面后，细小颗粒的锐边抛丸对工件表面有均匀轻微 的刮削作用，经刮削的表面起毛使光线散射，看上去有微微的银色闪光，使 受喷表面有一种“天鹅绒”式的外观。

5.5 喷丸表层的残余应力

喷丸处理能改善零件表层的应力分布，喷丸处理后的残余应力来源于表 层不均匀的塑性变形和金属的相变，其中的不均匀塑性变形最重要，其塑性 变形和残余应力与受喷材料的强度、硬度有密切关系，材料强度和硬度高， 表面最大残余压应力就相应增大，压应力层深度较浅。硬度低的材料产生的 压应力层则较深。

6.质量检验 检验喷丸强化质量的技术指标是喷丸的强度和覆盖率，生产过程中一般 应定期(每隔8 小时)检测喷丸强度 、覆盖率及丸粒的尺寸，以控制抛丸强 化的质量。

6.1 抛丸强度检测 抛丸强度检测要用标准尺寸的弧高度试片和专用的量具来测定，一般可 由抛丸机生产厂家提供和调整。

6.2 覆盖率的检测 覆盖率是指丸粒撞击零件表面留下凹坑面积与受喷射总面积比值的百分 比，通常将98%的覆盖率称为全覆盖。

6.3.丸粒尺寸的检测 在喷丸强化的正常生产过程，应该要严格控制新旧抛丸的比例，以保证 80%以上的抛丸在直径和几何形状上达到要求，一般8 小时左右检测一次。