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隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對于模具使用性能提出了更高的要求。努力縮短模具的生產(chǎn)周期提高模具的質(zhì)量，延長模具壽命，直接或間接帶來的社會效益和經(jīng)濟效益是難以估量的。材料和熱處理是影響模具質(zhì)量、性能和使用壽命最重要的內(nèi)在因素。60%模具的早期失效，是由材料和熱處理的因素造成的。為了提高模的強度及模具的耐磨性，充分挖掘模具材料的性能潛力，延長模具服役壽命，采取了許多有效的措施，從省能源、省資源、充分發(fā)揮材料的性能潛力，獲得特殊性能和最大技術(shù)經(jīng)濟效益出發(fā)，發(fā)展和應用表面強化工藝技術(shù)是提高模具使用性能和壽命的極重要的發(fā)展方向，噴丸強化就是其中的一項經(jīng)濟、簡便而有效的模具表面處理工藝方法，值得大力推廣。
噴丸強化是借助于硬丸粒，高速、連續(xù)錘擊金屬表面，使其產(chǎn)生強烈的冷作硬化。通過噴丸可以明顯改變金屬表面的應力狀態(tài)、顯微硬度、表層的微觀形貌和相成分，從而提高模具的疲勞強度、抗沖擊磨損及抗應力腐蝕性能。噴丸還可改變模具的表面粗糙度，并有效地去除電火花加工而產(chǎn)生的表面變質(zhì)層。
噴丸強化方法簡單易行，節(jié)約能源，適用于落料模、冷作模、冷鐓模和熱鍛模等以疲勞失效形式為主的模具，如鍛模服役時，要經(jīng)受彎曲和熱膨脹，常發(fā)生因局部屈服而導致顯微裂紋，噴丸處理產(chǎn)生壓應力能推遲顯微裂紋的形成，從而延遲模具龜裂發(fā)生，模具經(jīng)噴丸強化后使用壽命情況如表1所示。
噴丸強化原理
噴丸過程就是大量彈丸噴射到零件表面上的過程，而彈丸噴射到零件表面上有如無數(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，稱為表面強化層，此強化層會顯著地提高零件在高溫和高濕工作下的疲勞強度。
零件表面形成的強化層之所以會改善其疲勞性能，其原因是在此層內(nèi)有著完全不同于基體（即零件心部）的應力狀態(tài)及組織結(jié)構(gòu)，一般地說零件疲勞強度的提高與表面強化層內(nèi)以下三個因素有關(guān)：
（1）表面層的宏觀殘余應力；
（2）表面層的微觀應力；
（3）表面層的微細嵌鑲組織。適當?shù)摹⒎植己侠淼臍堄鄩簯赡艹蔀樘岣咂趶姸取⑻岣呖箲Ωg能力，從而延長零件和構(gòu)件使用壽命的因素；而不適當?shù)臍堄鄳t會降低疲勞強度，產(chǎn)生應力腐蝕，失卻尺寸精度，甚至導致變形、開裂等早期失效事故，所以機械零部件和大型機械構(gòu)件中的殘余應力對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命有著十分重要的影響。噴丸可改變了應力分布狀態(tài)，使零件表面形成一條很寬的壓應力分布帶，從而可極大地提高疲勞強度和零件的實際承載能力。
噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化模具表面的手段，模具噴丸的強化機理是彈丸流的撞擊形成模具材料塑性變形而導致冷作硬化；第二個因素是彈丸流的撞擊改變了表面殘余應力狀態(tài)和分布，使模具材料表層和次表層造成很大的殘余壓應力，而噴丸產(chǎn)生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。噴丸處理后模具的表面硬度增加，距表面愈近，效果愈明顯，噴丸造成的模具表面硬度增加是由于表層組織形變強化及殘余壓應力值增大的綜合結(jié)果。此外，噴丸還能促使模具表層的組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，即殘余奧氏體誘發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并且能夠細化馬氏體的亞結(jié)構(gòu)，進一步提高了模具表面硬度和耐磨性，從而延長模具的使用壽命。
噴丸強化工藝
(1)設(shè)備與噴丸介質(zhì)的選用
氣動式噴丸機
噴丸用的噴丸機有氣動式噴丸機和離心式噴丸機。
氣動式噴丸機是由空氣壓縮機供給壓縮空氣，壓縮空氣通過噴槍時造成負壓將彈丸吸人并高速噴出噴嘴，形成彈丸流噴射到零件表面。噴丸機中還有一個使零件運動的機構(gòu)， 能保證噴丸的均勻性和有一定的覆蓋范圍。
保證噴丸強化質(zhì)量的另一個關(guān)鍵因素是根據(jù)零件材料和尺寸特點選擇合適的彈丸。經(jīng)常使用的彈丸都是圓形彈丸，直徑為0.05mm～1.5mm不等。彈丸直徑由零件溝、槽、圓角等尺寸決定，要保證彈丸直徑小于需要強化的溝、槽、圓角的尺寸。
常用的噴丸介質(zhì)（彈丸）有：
a、鑄鐵彈丸：鑄鐵彈丸硬而脆，易于破碎，目前已很少應用。
b、鋼彈丸：目前使用最多的是用彈簧鋼(直徑
c、玻璃彈丸：上世紀七十年代發(fā)展起來的，玻璃彈丸的硬度HRC>48，成本較高，主要在航空工業(yè)部分獲得了較為廣泛的應用。
(2)噴丸強化主要工藝參數(shù)的選擇
噴丸強化可顯著提高表面的殘余壓應力，從而提高零件疲勞壽命，但要對噴丸參數(shù)進行合理的選擇，既要考慮到殘余壓應力達到一定的數(shù)值，又防止過度噴丸，以免產(chǎn)生表面缺陷，降低強化效果。
實踐表明：隨噴丸時間的增加，殘余壓應力逐漸增加；隨鋼丸轉(zhuǎn)速的增加，殘余壓應力也逐漸增加；彈丸直徑大，噴丸強化效率高，但工件的表面光潔降低。具體的噴丸強化參數(shù)可參見表2。
模具噴丸強化應用與效果
（1） CrWMn鋼制線切割沖模的噴丸強化。
模具在電火花切割后，不經(jīng)噴丸研磨加工、回火，直接裝配使用時，常易出現(xiàn)崩刃、折斷、碎裂現(xiàn)象。即使不出現(xiàn)這些現(xiàn)象，使用壽命也不高。其原因是熱處理產(chǎn)生的拉應力和線切割所產(chǎn)生的熱拉應力疊加在一起，容易達到材料的強度極限而產(chǎn)生裂紋。采用回火、研磨、噴丸和回火處理，可有效地去除白硬層和改善切割層的硬度與應力分布狀態(tài)。用研磨方法也可除去白硬層，但不能改善應力區(qū)的應力分布狀態(tài)，因此，不能根本解決模具的裂紋和崩刃。對線切割模具的白硬層施以噴丸和120～160℃×6～10h的時效處理，則可成倍地提高模具壽命。
某廠的CrWMn鋼制線切割沖模的刃磨壽命在直接使用時為10700次；160℃×2h回火后，為11180次；研磨除去白硬層后使用時為4860次；研磨除去白硬層再160℃×2h回火時為7450次；磨削去除白硬層后為28743次；噴丸再160℃×2h回火處理為220000次。
（3）噴丸強化改善Cr12鋼制線切割落料模性能。
Cr12鋼制洗衣機電動機定、轉(zhuǎn)子落料模，在經(jīng)淬火、回火處理和線切割加工后直接使用時，常呈折斷失效，平均使用壽命只有3萬余次。改用在電火花加工后增加一道噴丸強化處理工藝后，改善線切割落料模變質(zhì)量層的性能，使用壽命可提高到10萬沖次。
綜上所述，噴丸強化技術(shù)是一種使用簡便、成本低、應用范圍相當廣的模具表面強化技術(shù)，強化效果既特別顯著又立竿見影，大大延長承受交變負荷的模具使用壽命，是其它強化方法難以比擬的。
