噴丸的案例
噴丸除銹及噴丸設(shè)備介紹
噴丸處理是利用高速噴射出的砂丸和鐵丸，對工件表面進(jìn)行撞擊，以提高零件的部分力學(xué)性能和改變表面狀態(tài)的工藝方法。噴丸可用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐蝕性等，還可用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、焊件的殘余應(yīng)力等。
主要分類
噴丸又分為噴丸和噴砂
。用噴丸進(jìn)行表面處理，打擊力大，清理效果明顯。但噴丸對薄板工件的處理，容易使工件變形，且鋼丸打擊到工件表面（無論拋丸或噴丸）使金屬基材產(chǎn)生變形，由于Fe3O4和Fe2O3沒有塑性，破碎后剝離，而油膜與基材一同變形，所以對帶有油污的工件，拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現(xiàn)有的工件表面處理方法中，清理效果最佳的還數(shù)噴砂清理。
噴砂
適用于工件表面要求較高的清理。但是我國目前通用噴砂設(shè)備中多由鉸龍、刮板、斗式提升機(jī)等原始笨重輸砂機(jī)械組成。用戶需要施建一個深地坑及做防水層來裝置機(jī)械，建設(shè)費(fèi)用高，維修工作量及維修費(fèi)用極大，噴砂過程中產(chǎn)生大量的矽塵無法清除，嚴(yán)重影響操作工人的健康并污染環(huán)境。
噴丸強(qiáng)化分為一般噴丸和應(yīng)力噴丸。一般處理時，鋼板在自由狀態(tài)下，用高速鋼丸打擊鋼板的里面，使其表面產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。以減少工作中鋼板表面的拉應(yīng)力，增加使用壽命。
展開 基于ABAQUS的python不同噴丸角度的隨機(jī)彈丸噴丸插件
Python實現(xiàn)可變噴丸角度的隨機(jī)彈丸分布
噴丸是一種典型的強(qiáng)化手段，采用高速彈丸反復(fù)撞擊材料表面，使表層發(fā)生塑性變形，從而引入顯著殘余壓應(yīng)力，增大零件表面硬度，細(xì)化晶粒，有利于提高材料的抗疲勞性能。
噴丸覆蓋率和噴丸角度作為噴丸工藝中最重要的工藝參數(shù)之一，直接影響噴丸工藝的加工質(zhì)量。覆蓋率C表示為被噴零部件表面上的彈痕面積與零部件總面積的比值，可通過阿夫拉米公式計算：
單彈丸模擬結(jié)果
r為單個彈丸撞擊后留下的彈坑半徑；N 為彈丸個數(shù)。
ABAQUS軟件作為一款強(qiáng)大的非線性軟件，在沖擊領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。本帖主要通過ABAQUS的python二次開發(fā)實現(xiàn)機(jī)械噴丸強(qiáng)化過程，并根據(jù)單彈丸噴丸后的結(jié)果結(jié)合阿夫拉米公式近似得到一定覆蓋率下的彈丸個數(shù)。
噴丸速度與噴丸強(qiáng)度有關(guān)，實際實驗中以ALMEN試片的弧高值表征噴丸強(qiáng)度，在模擬中以100%覆蓋率下的噴丸速度表征噴丸強(qiáng)度，下面是ALMEN試片噴丸后的變形特征。
ALMEN試片噴丸后的位移變化
下圖為通用機(jī)械噴丸插件，可以根據(jù)覆蓋率輸入彈丸參數(shù)：彈丸個數(shù)、彈丸大小，彈丸本插件采用的是可變形體，需要材料參數(shù)，噴丸角度以90度最佳，小角度噴丸在相同噴丸強(qiáng)度下容易出現(xiàn)損傷；靶材參數(shù)：靶材大小與靶材的材料參數(shù)。其次還有分析步時間以及網(wǎng)格大小，分析步時間其實可以通過噴丸速度與最高彈丸位置點(diǎn)計算，本插件仍然可以優(yōu)化，彈丸采用解析剛體減少計算量。
機(jī)械噴丸插件
下面是一些插件的案例。
展開 ABAQUS機(jī)械噴丸 ￥399
機(jī)械噴丸：
利用彈丸高速沖擊到靶材，使其表面產(chǎn)生塑性變形產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及加工硬化從而提高材料的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。
影響噴丸強(qiáng)度的工藝參數(shù)主要有：彈丸直徑、彈流速度、彈丸流量、噴丸時間等。彈丸直徑越大，速度越快，彈丸與工件碰撞的動量越大，噴丸的強(qiáng)度就越大。噴丸形成的殘余壓應(yīng)力可以達(dá)到零件材料抗拉強(qiáng)度的60％，殘余壓應(yīng)力層的深度通常可達(dá)0.25mm，最大極限值為１mm左右。噴丸強(qiáng)度需要一定的噴丸時間來保證，經(jīng)過一定時間，噴丸強(qiáng)度達(dá)到飽和后，再延長噴丸時間，強(qiáng)度不再明顯增加。在噴丸強(qiáng)度的阿爾門試驗中，噴丸強(qiáng)度的表征為試片變形的拱高。
隨機(jī)噴丸
ABAQUS支持的四種粒子生成的概率密度函數(shù)
正態(tài)分布 對數(shù)正態(tài)分布 均勻分布 分段線性分布
深度方向殘余應(yīng)力圖
機(jī)械噴丸包括：單彈丸、多彈丸和隨機(jī)彈丸
文件中多彈丸的建模采用陣列彈丸建模，隨機(jī)彈丸的建模參考：
基于ABAQUS的python不同噴丸角度的隨機(jī)彈丸噴丸插件_Python腳本 abaqus模擬噴丸-技術(shù)鄰 (jishulink.com)
上述移動式機(jī)械噴丸模擬只作為參考，只作為演示，具體理論精確控制參考：
ABAQUS粒子生成器如何控制粒子的生成個數(shù)_abaqus dem模擬 ABAQUS-技術(shù)鄰 (jishulink.com)
粒子透明下塑性應(yīng)變動畫
上述動畫參考付費(fèi)文件的隨機(jī)噴丸的第二個speed70.inp文件以及inp修改的最新txt文件以及最為準(zhǔn)確的解釋
展開 噴丸強(qiáng)化基本概念
近期工作中接觸噴丸強(qiáng)化（強(qiáng)力噴丸）比較多，搜索了一些資料，做了一些筆記，記錄了一些照片，整理一下，與大家共享。希望與大家交流。
1.強(qiáng)化噴丸概念
在了解噴丸強(qiáng)化技術(shù)之前，我們有必要將拋丸、噴砂、噴丸的三個容易混淆的概念解釋一下。這三個概念其實就四個字：噴、拋、丸、砂，其中，噴拋是工藝方法，丸砂是使用的材料。噴，是用高壓空氣將丸、砂吹到工件的表面，拋是用高速旋轉(zhuǎn)的葉片拋射到工件表面，丸用的是鋼丸，砂用的是石英砂等。
噴丸過程就是將大量彈丸噴射到零件表面上的過程，有如無數(shù)小錘對表面錘擊，因此，金屬零件表面產(chǎn)生極為強(qiáng)烈的塑性形變，使零件表面產(chǎn)生一定厚度的冷作硬化層，稱為表面強(qiáng)化層，此強(qiáng)化層會顯著地提高零件的疲勞強(qiáng)度。 測評強(qiáng)化丸質(zhì)量有三個基本參數(shù)：強(qiáng)度、覆蓋率、表面粗糙度。
2.噴丸強(qiáng)度
影響噴丸強(qiáng)度的工藝參數(shù)主要有：彈丸直徑、彈流速度、彈丸流量、噴丸時間等。彈丸直徑越大，速度越快，彈丸與工件碰撞的動量越大，噴丸的強(qiáng)度就越大。噴丸形成的殘余壓應(yīng)力可以達(dá)到零件材料抗拉強(qiáng)度的60％，殘余壓應(yīng)力層的深度通常可達(dá)0.25mm，最大極限值為１mm左右。噴丸強(qiáng)度需要一定的噴丸時間來保證，經(jīng)過一定時間，噴丸強(qiáng)度達(dá)到飽和后，再延長噴丸時間，強(qiáng)度不再明顯增加。在噴丸強(qiáng)度的阿爾門試驗中，噴丸強(qiáng)度的表征為試片變形的拱高。
3.阿爾門（Almen）試驗
噴丸強(qiáng)度常用N試片（用于有色金屬試驗）、A試片（最常用）、C試片（更高強(qiáng)度）來進(jìn)行測量， A試片和C試片之間關(guān)系為近似3倍關(guān)系。如用C試片測得強(qiáng)度為0.15-0.20C mm就相當(dāng)于0.45-0.60A mm。圖中厚的為C試片，薄的為A試片。
試驗過程中，先測量試片原有變形，然后將卡好該試片的工裝置于噴丸箱內(nèi)，采用與工件相同的工藝進(jìn)行噴射。噴丸結(jié)束，取下試片，測量變形拱高。
展開 
“古典”噴丸強(qiáng)化的abaqus仿真 ￥2999
噴丸強(qiáng)化簡介
噴丸強(qiáng)化是常用的表面處理技術(shù)之一，屬于冷加工方法的一種。噴丸過程即是大量球形小彈丸轟擊需加工的表面的過程，其目的是為了獲得更好的表面質(zhì)量和更好的疲勞性能。噴丸強(qiáng)化在零件表面可以形成表面殘余壓應(yīng)力（Compressive residual stress，CRS）層，表面壓應(yīng)力可以有效增強(qiáng)零件的疲勞強(qiáng)度，延長零件的疲勞壽命；同時作為冷加工的方法，噴丸又能使零件表面位錯密度增高，表面晶粒細(xì)化，起到冷作硬化作用，同時也抑制了疲勞裂紋的擴(kuò)展；噴丸方法還能將疲勞源由表面驅(qū)趕到零件表層以下。位于表層以下的疲勞源所引發(fā)的疲勞強(qiáng)度極限，或稱內(nèi)部疲勞極限，是表層疲勞極限的1.3~1.4倍。
通過改變表面疲勞強(qiáng)度來改善零件疲勞強(qiáng)度的手段有很多，例如磨削加工、機(jī)械拋光、電解拋光、表面滲碳、滲氮、表面淬火、表面激光加工、表面滾壓、振動沖擊、拋/噴丸等。相比其他強(qiáng)化手段，噴丸強(qiáng)化方法受材料種類、材料靜強(qiáng)度，零件幾何結(jié)構(gòu)和尺寸大小的影響較小，且成本較低。
噴丸強(qiáng)化的諸多優(yōu)點(diǎn)使得對其的研究和興趣一直沒有中斷，由于噴丸是一種復(fù)雜的，過程隨機(jī)的工藝過程，以往針對其的研究多為試驗研究，實際工程中加工的工藝條件和工藝參數(shù)也都是人為根據(jù)工程經(jīng)驗選擇的。然而實驗研究昂貴費(fèi)時，實施不便；工業(yè)經(jīng)驗應(yīng)用范圍有限，且經(jīng)驗的建立需要大量的試錯過程，不可能一蹴而就。試驗方法和工程經(jīng)驗法的固有缺陷以及諸如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN/PATRAN等具有強(qiáng)大功能的有限元軟件的出現(xiàn)，將研究者的注意力吸引到了噴丸過程的數(shù)值仿真領(lǐng)域。數(shù)值仿真方法不僅經(jīng)濟(jì)、易于實施，而且它同樣能對噴丸過程中彈丸沖擊靶材的機(jī)理做深入研究，能夠獲得大量試驗所需的應(yīng)力應(yīng)變，位移變形等參數(shù)。因此，數(shù)值仿真分析方法在噴丸領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益深入。
展開 【專業(yè)知識】噴砂、噴丸、拋丸，繞口令一樣的工藝，你知道多少？
今天來聊一聊這三個繞口令一樣的工藝，噴丸、噴砂、拋丸。
1.噴丸
噴丸是以金屬彈丸，利用壓縮空氣或機(jī)械離心力為動力和摩擦力來除去金屬銹蝕的方法。彈丸直徑在0.2-2.5mm之間，壓縮空氣壓力為0.2-0.6Mpa，噴流與表面角度為30度-90度左右。不太直觀，沒關(guān)系，看動圖，一睹真容！
其實，從名字里也能看出來，丸，丸，那不就跟小彈珠一樣，這里專業(yè)名字叫‘彈丸’。在應(yīng)用時，彈丸按照材質(zhì)又分為鑄鋼丸、鑄鐵丸、玻璃丸、陶瓷丸。
鑄鐵丸。
玻璃丸
噴丸的設(shè)備主要有兩種：
（1）機(jī)械離心式噴丸機(jī)，適用于要求噴丸強(qiáng)度高、品種少、批量大、形狀簡單、尺寸較大的零件。
（2）氣動式噴丸機(jī)(壓縮空氣式),適用于要求噴丸強(qiáng)度適中、形狀復(fù)雜、尺寸較小的零件。
噴丸是用來清除厚度不小于2mm的或不要求保持準(zhǔn)確尺寸及輪廓的中型、大型金屬制品以及鑄鍛件上的氧化皮、鐵銹、型砂及舊漆膜。是表面涂(鍍)覆前的一種清理方法。廣泛用于大型造船廠、重型機(jī)械廠、汽車廠等。用噴丸進(jìn)行表面處理，打擊力大，清理效果明顯。
2.噴砂
噴砂是利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化基體表面的過程，即采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂）高速噴射到需要處理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化。
它也是一種機(jī)械清理方法，但并噴砂不是噴丸，噴砂用的是砂粒如石英砂，噴丸用的是金屬彈丸。
展開 噴丸強(qiáng)化表面的疲勞過程
噴丸強(qiáng)化是利用高速彈丸流對金屬材料表面進(jìn)行沖擊，使其表面及近表面發(fā)生塑性變形，出現(xiàn)應(yīng)變硬化、組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力的變化，可以改善零件的表面完整性，提高零件在室溫下和疲勞斷裂抗力和應(yīng)力腐蝕開裂抗力。
本文研究了高強(qiáng)度彈簧鋼50CrVA無缺口板狀試樣經(jīng)淬火回火后達(dá)到1200～1800MPa的抗拉強(qiáng)度時表面處理后的殘余應(yīng)力，以及各種表面狀態(tài)下的疲勞行為。
材料和熱處理
50CrVA主要成分見表1。用長400mm的試樣先在860℃淬火，然后分別在390℃、500℃、615℃進(jìn)行回火，獲得了抗拉強(qiáng)度為1200MPa、1500MPa、1800MPa的試樣。試樣按表2進(jìn)行表面處理。
表1 50CrVA主要成分(%)
表2 表面狀態(tài)和材料狀態(tài)
試驗結(jié)果
試樣的加載采用四點(diǎn)彎曲法，最小應(yīng)力為常數(shù)200MPa，最大應(yīng)力可變。殘余應(yīng)力的測試采用X射線法，晶格變形可按照Sin2ψ 法計算。為了測量殘余應(yīng)力分布，使用電解拋光對試樣的表面進(jìn)行連續(xù)剝層。
疲勞試驗前的表面狀態(tài)見表3，抗拉強(qiáng)度1500MPa的試樣表面粗糙度，在未噴丸時大約為31μm，而經(jīng)噴丸處理后升高至63μm，強(qiáng)度為1200MPa的試樣情況與此類似。但1800MPa的高強(qiáng)度水平的試樣噴丸后表面粗糙度卻顯著的降低至37μm。
表3 疲勞試驗前的表面狀態(tài)
試樣表面上的殘余壓應(yīng)力隨著抗拉強(qiáng)度的增加而增加，并且殘余壓應(yīng)力的最大值和它在表面層下的深度也與此類似。預(yù)應(yīng)力噴丸使試樣表面產(chǎn)生了最大的殘余壓應(yīng)力，同時預(yù)應(yīng)力噴丸不但使殘余應(yīng)力的最大值增加，而且使最大值距表面的深度增加。
展開 特殊噴丸工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產(chǎn)中的應(yīng)用
表1 1.2367鋼典型化學(xué)成分（wt%）
圖1 沖頭R1處裂紋失效
圖2 沖頭球道兩側(cè)裂紋失效
外星輪溫鍛成形沖頭ABP特殊噴丸工藝
ABP是一種采用特殊噴丸工藝的材料表面處理技術(shù)。沖頭經(jīng)加工后，其表面的殘余應(yīng)力會降低沖頭的疲勞強(qiáng)度，在工作中容易產(chǎn)生裂紋，從而降低沖頭的使用壽命。噴砂處理是用無數(shù)個小圓形顆粒連續(xù)擊打零件表面，使工件表面形成一層均勻的殘余壓應(yīng)力層，如圖3所示，所產(chǎn)生的表面壓應(yīng)力能有效的抑制工件表面裂紋的萌生和發(fā)展，進(jìn)而使工件的疲勞壽命得到有效的提高，如圖4所示。沖頭經(jīng)噴砂處理后熱疲勞和熱龜裂現(xiàn)象得到了明顯的改善，應(yīng)力開裂減少，能夠有效延緩初期裂紋的擴(kuò)展使模具壽命得到顯著延長。
圖3 ABP特殊噴丸工藝示意圖
圖4 ABP強(qiáng)化模具表面的微觀結(jié)構(gòu)
增加ABP特殊噴丸工藝后溫鍛沖頭加工流程如圖5所示：
圖5 溫鍛沖頭加工流程
溫鍛沖頭拋光后，如圖6所示，再進(jìn)行ABP特殊噴丸工藝處理，ABP特殊噴丸工藝處理后沖頭的表面，如圖7所示。
圖6 溫鍛沖頭拋光后
圖7 溫鍛沖頭ABP特殊噴丸后
溫鍛沖頭ABP特殊噴丸工藝后生產(chǎn)使用驗證
使用溫鍛沖頭進(jìn)行生產(chǎn)驗證，結(jié)果表明，沖頭的平均壽命由7525件/個增加到10096件/個，沖頭壽命提高了約34%，結(jié)果說明， ABP特殊噴丸工藝的使用對模具使用壽命的改善效果顯著。
圖8 沖頭壽命對比
結(jié)論
⑴本文通過研究分析外星輪溫鍛成形沖頭失效形式，探索出了一種ABP特殊噴丸工藝，介紹了該工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產(chǎn)中的應(yīng)用。
⑵經(jīng)溫鍛實際生產(chǎn)使用驗證，ABP特殊噴丸工藝使沖頭熱疲勞和熱龜裂現(xiàn)象得到了明顯的改善，應(yīng)力開裂減少，可有效延長溫鍛沖頭使用壽命約34%。
來源：楊金成，喻擎天
展開 “現(xiàn)代”噴丸強(qiáng)化及阿爾門強(qiáng)度的abaqus仿真
本人之前曾經(jīng)發(fā)布過方法3的仿真過程帖子，將其稱為“古典”噴丸，那么與之相對應(yīng)，不妨將方法4稱為“現(xiàn)代”噴丸方法。如下是使用“現(xiàn)代”方法模擬阿爾門強(qiáng)度/覆蓋率/殘余應(yīng)力形成的過程的短小示例：
阿爾門強(qiáng)度（弧高，也即試片在試片原法向上產(chǎn)生的最大位移偏差，注意不同的強(qiáng)度需使用不同規(guī)格的試片，不能“一片走天下”）：
覆蓋率（具體數(shù)值要通過腳本提取計算獲得，超過100%的覆蓋率應(yīng)通過按比例延長噴丸時間獲得）：
殘余應(yīng)力的形成（如對殘余應(yīng)力沿層深分布要求較高，應(yīng)加密網(wǎng)格，同時縮短分析步時長）：
以上。
噴丸強(qiáng)化與激光噴丸
接噴丸強(qiáng)化與激光噴丸調(diào)試。有意者私聊
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本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
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1、掌握噴丸三維模型的繪制
2、掌握顯示動力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、理解顯示動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)噴丸強(qiáng)化分析的相互關(guān)系的設(shè)置
5、了解顯示動力學(xué)網(wǎng)格的劃分
6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對比
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