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2026/08/25

彈簧珠擊的應用

彈簧珠擊的應用

前言
拋噴丸是一種可以改善大部分金屬材料壽命的表面加工方法,因為拋噴丸加工所產生的殘留應力可以阻止或減少裂紋的發生、傳導及擴展。

早在幾千年前,拋噴丸的加工方法就以鍛打的型態存在於金屬加工的過程之中,例如:古代戰甲的頭盔,它之所以有保護頭部的功能,除了金屬材料本身的強度外,在頭盔製造過程中,鍛打所產生的壓延應力更大大的增加金屬材料的強度,而這樣鍛打所產生壓延應力的效果就如同拋噴丸所產生之壓延應力一般,都是藉由加工過程所產生之壓延應力而提高被加工物的疲勞壽命及強度,因此鍛打工藝可以算得上是拋噴丸工藝的前身。

主要功能和用途

  珠擊(Shot Peening)又名噴丸、拋丸,是一個冷處理過程,此表面特殊處理即無數個小圓形鋼丸連續捶打零件表面,每顆鋼丸撞擊金屬零件上,如一個微型棒槌敲打表面,捶出小壓痕或凹陷,此時增加表面硬化,達到硬度強化的效果。為形成凹陷,金屬表層必定會產生拉伸。表層下,壓縮的晶粒試圖將表面恢復到原來形狀,從而產生一個高度壓縮力作用下的半球,無數凹陷重疊形成均勻的殘餘壓應力層。

    珠擊與噴砂很多人分不清楚,雖原理相同,但設備流程差異甚大。一般噴砂僅需考慮回收、集塵、強度即可,但珠擊還需要考慮篩選變形及破碎,分離不合格鋼珠,並進行流量控制,且鋼珠大小須嚴格分離,在功能的差異上更為明顯。噴砂主要功能在於清潔作用,提升表面粗糙度,以利後製程加工,如電鍍、烤漆等。珠擊則是提高工件的抗疲勞強度、抗應力腐蝕,以及工件表面的硬度,達到增強使用壽命的效果。

可以想像,在一個壓應力區域,裂紋是難以形成或延展。由於幾乎所有的疲勞和應力腐蝕失效都發生在零件表面或靠近表面的地方,因而通過珠擊導入壓應力,可顯著延長零件壽命。

    很多金屬疲勞失效的元兇是拉應力。這些拉應力的產生是由於外部施加的交變載荷或生產過程如焊接、研磨、機械加工形成的殘餘應力。拉應力試圖將零件表面拉伸或拉扯,最終導致裂紋的產生。而壓應力擠壓表層處的晶粒,使該區域的晶粒結構夯實、堅固地結合在一起,從而極大地延緩疲勞裂紋的形成。壓應力層下,細紋延展緩慢,因此增加壓應力層深度,能有效抑制裂紋的發生和發展。

P.S.  拉應力使物體變大,壓應力使物體變小,故壓應力有凝聚物體的效果,使其較為堅固。

珠擊(Shot Peening)特點

1.消除鑄、鍛、焊件殘留應力:殘留應力對工件本身具有破壞性,透過珠擊(噴丸)可將殘留應力消除,並增加其反向的應力,以增強使用壽命。
2.提升金屬表面硬度:透過珠擊的表面處理,使其表面晶格產生壓縮,進而提升硬度。
3.提升機械強度:珠擊因將其表面微變形產生強化效果,使其抗彎、抗拉、抗壓、抗衝擊都有提升。
4.增加金屬抗疲勞強度:內部應力的消除加上表面結構的增強,使其壽命增加。
5.增加耐磨耗、耐腐蝕:因珠擊造成表面硬化,達到壽命的增加。
6.表面消光、去氧化層:珠擊後表面霧化,使其達到美觀效果,並可清潔輕微鏽斑問題。

珠擊之目的是經珠擊之加工使彈簧表面產生殘留壓縮應力,在彈簧承受負荷時將其拉伸應力相互抵消,減少應力而延長使用壽命, 故是否需要珠擊應視目的、彈簧型式,而材質並非重要考量。

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