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彈簧表面處理

彈簧在生產完成後,需進一步作後續處理以符合應用所需,目的在於提高產品的耐磨性、防鏽蝕、表面硬度以提高使用壽命。而表面的塗層處理還能稍微改變尺寸並進而改變其物理屬性,例如顏色與反射作用。至於表面塗層的類型,主要有金屬與非金屬兩大類,再依此做細項分類。

震動研磨

可分為滾筒式與U型的震動研磨兩種。
滾筒式震動研磨機,通常使用在一般硬性物品上。彈簧通常使用U型三次元震動研磨機,由安裝在容器底部的震動馬達帶動,驅動偏心負載軸以帶動U型容器達到震動的狀態。容器內放置研磨劑與研磨石或鋼珠,作動時會將彈簧、研磨劑與鋼珠混合,呈螺旋渦流狀翻滾的動作,以研磨切削或拋光彈簧表面,讓彈簧的表面較為光滑,也可將彈簧的切口毛刺適度消除。

珠擊

彈簧的珠擊處理
彈簧珠擊處理使用的鋼珠

有些人會將噴砂與珠擊混淆,其實兩者所使用的設備與流程差異很大。 噴砂主要是將物體表面清潔,讓表面粗糙度提高,方便後製程加工,例如: 電鍍、烤漆。 珠擊則是運用高速將鋼珠射向金屬表面,讓金屬表層引起壓應力,可提高疲勞強度,且可讓裂紋封孔,降低日後的斷裂機會,所以珠擊對於需要高疲勞壽命的彈簧非常重要,此工序已漸漸被重視。
珠擊,也稱為拋丸或噴丸,介質通常是使用鐵、鋼珠,或是切割的鋼線、不銹鋼線等,透過帶動類似輸送帶式的載具將鋼珠陸續送到葉輪,葉輪會將鋼珠用力拋向彈簧,以高速撞擊其表面。 這種撞擊如同無數個小鋼丸連續搥打於零件表面,讓表面佈滿小凹陷,可增加表面硬度,達到硬度強化的效果。 因為這種凹陷會讓金屬表層產生拉伸,表層下的壓縮晶粒會試圖將表面恢復原來的樣子,因此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留壓應力層。在壓應力的區域,裂紋將難以形成或延伸。幾乎所有的疲勞都發生在彈簧的表面或靠近表面的地方,壓應力擠壓表層的晶粒,使晶粒結構緊實,所以珠擊導入的壓應力可延長彈簧壽命。
為了判斷彈簧珠擊的效率與品質,通常會置入亞爾曼試片與彈簧一起進行珠擊,由試片所測量的弧高與披覆率作為判斷珠擊品質的依據。

電解拋光

電解拋光原理乃將工件接於陽極,以某種金屬接於陰極,置於電解液中通以直流電,以電解作用將工件表面金屬移除,亦即反電鍍作用。在適當的電解液和操作條件下,使工件表面發生材料之消蝕,具有清除毛邊之作用,使工件表面光澤化與平坦化。以不鏽鋼而言,所含之元素如鐵、鉻、鎳都同時參與此反電鍍反應,在工件表面發生材料之消蝕,並發生表面平順化作用,除了達到拋光效果,也可增加其耐蝕性,延緩鏽斑與腐蝕的發生。

電鍍

電鍍是指藉助外界直流電的作用,在溶液中進行電解反應,使導電體-例如金屬的表面沉積上一層金屬或合金層的過程。電鍍時,所要電鍍的物品接在負極(與電池負極相連接 ),所要鍍上的金屬作為正極(與電池正極相連接 ),用含有需鍍上的金屬離子的溶液作為電鍍液。
電鍍的目的可防止生鏽,在被鍍物上形成一層膜,隔絕外界的空氣、水分,而表面性質的改變可使被鍍物體有耐酸的抗腐蝕性。

常見的電鍍種類:

鍍鎳

電鍍中最常見,具延展性、耐磨、高耐腐蝕性,富明亮光澤,缺點為不耐鹽蝕。

鍍鋅

用途最廣泛之表面鍍層處理,用於鋼鐵製品的防鏽,對鐵材的防鏽效果最佳。價格便宜,鋅層越厚,其防鏽效果越好。且表面施用鉻酸鹽處理,還可提高數倍的防鏽力,有多種顏色可選擇。

鍍錫

具備軟度和延展性,常用於電器電子零件,無毒具可焊性,可使工件易於焊接且具有良好的導電性。可抗腐蝕。

鍍鉻

鉻屬於高硬度金屬,耐磨、耐高溫、抗腐蝕,可增加物體的美觀與耐用性。

鍍銀

導電性佳,常用於電子類、電器用品、醫療器材、化學工業設備、航空零件。

鍍金

具耐磨、耐腐蝕、低孔隙性、良好接點等特性,適用於電子、通信器材零件、印刷電路接點、接合器。優點為不易氧化和變色,但價格昂貴。

鍍銅 (紅銅)

常作為光澤鎳、鉻、金之電鍍底層,但易氧化變色,通常會施以透明漆保護。

鍍銅 (紅銅)

合金電鍍是指含有兩種以上金屬成分的鍍層,目的是為了取得各金屬較好的物理特質,例如耐腐蝕性、美觀性、磁性、導電性、耐高溫等等。合金鍍層較難控制,須要更高的技術和經驗。

化學鍍層

電鍍為典型的晶態鍍層,需要外加的電流和陽極,缺點為對於表面複雜的工件無法進行全表面施鍍。其優點是鍍速比化學鍍快,且有多種色彩的選擇。
化學鍍鎳則是採用金屬與還原劑,在材料表面上發生自催化反應獲得鍍層的方法。目前化學鍍在市場上只有純鎳磷合金一種顏色。只要零件表面和鍍液充分接觸,鍍液中消耗的成份能及時補充任何部位的鍍層,即使凹槽、縫隙、盲孔也是如此,所以對於表面複雜的工件可達到全面且厚度均勻的施鍍。化學鍍大部分使用食品級的添加劑,所以比電鍍環保許多。

化學塗層

金屬經過清洗,將表面雜質與油汙清洗乾淨後,為了避免氧化,達到耐腐蝕、耐磨等特質,表面塗層也是選項之一。一般會使用以下幾種方式:

  • 粉體塗裝:不含溶劑或是飛散媒體等液狀成分,不須稀釋或是調整黏度,塗料的液狀化是經由升溫熔融而成,噴塗層的厚度較厚,有比較好的覆蓋力,透過高溫烘烤,使樹脂的硬化效果佳,達到耐磨、耐損耗的效果。
  • 上漆:可分為噴漆、烤漆。
    噴漆: 前處理-噴漆-烤乾
    烤漆: 前處理-噴漆-烤乾-鎳架 (溫度要求高,漆的種類不同)