2.4 喷丸和抛丸

用压缩空气将钢铁丸或玻璃丸喷到零件表面上，以去除氧化皮及其他污物的工艺过程称为喷丸。也可将钢铁丸送至高速旋转的圆盘上，利用离心力的作用，使高速抛出的钢铁丸撞击零件表面，达到光饰的目的，这种工艺称为抛丸。喷丸使用高压风或压缩空气作动力，而抛丸一般利用高速旋转的飞轮将钢铁丸高速抛射出去。抛丸效率高，但会有死角，而喷丸比较灵活，但动力消耗大。两种工艺虽然喷射动力和方式不同，但都是以高速冲击工件为目的，其效果也基本相同。相比而言，喷丸比较精细，容易控制精度，但效率不及抛丸高，适用于形状复杂的小型工件；抛丸比较经济实用，容易控制效率和成本，可以通过控制丸料的粒度来控制喷射效果，但会有死角，适用于型面单一工件的批量加工。两种工艺的选用主要取决于工件的形状和加工效率。

喷丸与喷砂相似，只是用钢铁丸或玻璃丸代替喷砂用的磨料，喷丸能使零件产生压应力，而且没有含硅的粉尘污染。喷丸工艺主要用于：使零件产生压应力而提高其疲劳强度和抗应力腐蚀能力；对扭曲的薄壁零件进行校正；代替一般的冷热成形工艺，对大型薄壁铝制零件进行成形加工，这样可避免零件表面残留高的拉应力，而形成有利的压应力。应注意，喷丸加工后零件的使用温度不能太高，否则，产生的压应力会被消除而失去预期的效果。使用温度的限制根据零件材料而定，如一般的钢铁零件为260～290℃，铝制零件约为170℃。

2.4.1 丸的种类

（1）铸钢丸 其硬度一般为40～50HRC，加工硬金属时，可把硬度提高到57～62HRC。铸钢丸的韧性较好，其使用寿命为铸铁丸的几倍，使用广泛。

（2）铸铁丸 其硬度为58～65HRC，质脆而易于破碎，寿命短，使用不广，主要用于不需要喷丸强度高的场合。

（3）玻璃丸 硬度较前两者低，主要用于不锈钢、钛、铝、镁及其他不允许铁制污染的材料，也可用于钢铁丸喷丸后的第二次加工，以除去铁质污染和降低零件的表面粗糙度值。喷丸用玻璃丸和其他用途的玻璃丸是两个不同的概念。喷丸用玻璃丸最大的特点是它的莫氏硬度最低不得小于6～7而且有一定的韧性，成圆率不小于90%。而道路反光玻璃丸对硬度无要求，一般普通玻璃作原材料即可，成圆率最低为75%。

2.4.2 喷丸工艺

若零件经过喷丸处理后，要求表面有足够的压应力层，则必须使零件表面都受到喷丸的均匀冲击，即有足够的覆盖率，没有被喷丸冲击的表面应尽量少。由于检查覆盖率不仅困难，而且很难做出定量的判断，故常采用控制喷丸强度的办法来获得要求的压应力值。

目前大都按美国SAE标准J442所述用Almen弧高计测量喷丸强度。Almen弧高计采用厚度为08mm、1.3mm或2.4mm标准尺寸的1070冷轧钢（相当于我国的70碳素钢），其硬度为44～50HRC，将试样固定在专用夹具上，对它进行喷丸处理，然后用弧高计测量弯曲了的钢条试样的弧高，即可测得相应的喷丸强度。影响喷丸强度的主要因素如下。

（1）喷丸的大小 喷丸越大，冲击动能越大，喷丸强度也越高，但喷丸的覆盖率降低。因此，在保证喷丸强度的同时，应尽量选用较小的喷丸。此外，喷丸尺寸还受零件形状限制。当零件上有沟槽时，喷丸直径应小于沟槽内圆半径的一半。喷丸粒度常在6～50目之间选用。

（2）喷丸的硬度 当喷丸的硬度比零件硬度高时，其硬度值的变化不影响喷丸强度；当喷丸比零件软时，若喷丸硬度值降低，则喷丸强度也降低。

（3）喷丸速度 喷丸速度增大时，喷丸强度也提高，但速度过高时，喷丸破碎量增加。

（4）喷射角度 喷丸射流与待喷表面垂直时，喷丸强度最高，因此一般都应保持在这种状态下进行喷丸处理。若受零件形状的限制，必须用小角度喷丸，则应适当加大喷丸尺寸与速度。

（5）喷丸的破碎量 喷丸碎片的动能低，破碎的喷丸越多，喷丸强度越低，而且不规则的碎丸会划伤零件表面，因此应经常清除碎丸，保证喷丸完整率大于85%。喷丸设备与喷砂设备基本相同，只需采用一些辅助装置来更严格地控制喷丸过程。

2.4.3 质量评定

1.清理质量等级

如2.3节所述。

2.表面粗糙度

表面粗糙度和表面清洁度是同时产生的，确定适当的表面粗糙度与确定正确的清洁度要求同样重要。

表面粗糙度的作用是使涂层与工件表面间的实际结合面积增加，有利于提高涂层结合力；涂层在固化过程中会产生很大的内应力，表面粗糙度的存在可以有效消除涂层中的应力集中，防止涂层开裂；表面粗糙度的存在可以支承一部分涂料的质量，有利于消除流挂现象，对于垂直涂装的表面，作用尤为明显。影响表面粗糙度的因素如下：

1）磨料的粒度、硬度、颗粒形状。

2）工件本身材质的硬度。

3）压缩空气的压力及稳定性。

4）喷嘴与工件表面间的距离及喷嘴与工件表面的夹角。

与表面粗糙度相关的几个问题：

1）清理时间的长短与表面粗糙度大小几乎无关。

2）喷嘴与表面之间的夹角会影响表面粗糙度，但在45°～90°时变化不是很明显。

3）用大颗粒磨料清理难以清理的表面可以提高工作效率，但会使用表面粗糙度值偏高，研究表明，粒度大于1.2mm的磨料造成表面粗糙度值偏高。用小粒度磨料对表面粗糙度值偏高的表面重新清理一遍可以使表面粗糙度值降低到规定要求。