Bắn bi là một phương pháp xử lý bề mặt nguội với một mục tiêu duy nhất: tăng cường độ bền mỏi và khả năng chống nứt do ứng suất ăn mòn của các bộ phận kim loại. Nhiều quy trình sản xuất—mài, phay, uốn và xử lý nhiệt—tạo ra ứng suất dư kéo có hại trên bề mặt phôi. Những ứng suất này là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ mỏi và khả năng chịu tải.
Điểm nổi bật của bắn bi nằm ở khả năng chuyển đổi các ứng suất kéo có hại này thành ứng suất dư nén có lợi. Quá trình này liên quan đến việc bắn phá bề mặt bằng các hạt hình cầu nhỏ (thường là kim loại, thủy tinh hoặc gốm) với tốc độ cao. Việc bắn phá này gây ra biến dạng dẻo trong lớp bề mặt, tạo ra một trường ứng suất nén hoạt động như một lớp bảo vệ chống lại sự khởi đầu và lan truyền của vết nứt.
Bắn bi không phải là một giải pháp phù hợp cho tất cả. Công nghệ này đã phát triển để đáp ứng các nhu cầu công nghiệp đa dạng thông qua một số ứng dụng chuyên biệt:
Hình thức phổ biến nhất, được sử dụng để tạo ra ứng suất dư nén trong các bộ phận chịu tải chu kỳ. Điều này làm tăng độ bền mỏi và khả năng chống ăn mòn do ứng suất trong các ngành công nghiệp từ hàng không vũ trụ đến thiết bị y tế.
Một ứng dụng tinh vi khai thác biến dạng dẻo có kiểm soát để tạo hình các cấu trúc lớn, thành mỏng như vỏ máy bay và các phần thân máy bay. Không giống như tạo hình cơ học, tạo hình bằng bi mang lại sự phân bố ứng suất vượt trội và kiểm soát chính xác các ứng suất dư.
Một giải pháp sáng tạo để sửa chữa tình trạng cong vênh do xử lý nhiệt hoặc gia công. Bằng cách nhắm mục tiêu vào các khu vực cụ thể bằng cách bắn bi, các nhà sản xuất có thể chống lại các biến dạng hiện có trong các yếu tố cấu trúc phức tạp.
Hiệu quả của công nghệ này bắt nguồn từ các nguyên tắc khoa học vật liệu cơ bản. Mỗi viên bi va chạm tạo ra một vết lõm nhỏ, nén vật liệu bên dưới. Khi hàng nghìn vết lõm này bao phủ một bề mặt, chúng cùng nhau tạo ra một trường ứng suất nén vĩ mô.
Trường ứng suất này hoạt động như một lớp áo giáp vô hình. Các vết nứt—thường lan truyền dưới ứng suất kéo—bị chặn hiệu quả bởi các lực nén. Kết quả là cải thiện đáng kể tuổi thọ mỏi cho các bộ phận quan trọng.
Những lợi ích của bắn bi thể hiện rõ nhất trong các ứng dụng chịu ứng suất cao, nơi sự cố không phải là một lựa chọn:
Những ưu điểm này đã được chứng minh trong một số môi trường khắc nghiệt nhất thế giới:
Trong đua xe Công thức 1, các bộ phận động cơ và hệ thống treo được bắn bi chịu đựng các ứng suất cực cao trong khi vẫn duy trì độ tin cậy. Đối với động cơ phản lực, công nghệ này bảo vệ các cánh tuabin hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt về nhiệt, áp suất và lực quay.
Với vai trò quan trọng trong các bộ phận an toàn, bắn bi đòi hỏi phải kiểm soát quy trình nghiêm ngặt. Tiêu chuẩn công nghiệp để đảm bảo chất lượng là thử nghiệm dải Almen—sử dụng các dải thép lò xo tiêu chuẩn để đo cường độ bắn bi thông qua độ cong kết quả.
Các kỹ sư cũng xác minh độ bão hòa của quy trình—điểm mà thời gian bắn bi bổ sung mang lại lợi nhuận giảm dần—thông qua thử nghiệm đường cong bão hòa. Chỉ khi một bộ phận đạt đến độ bão hòa thích hợp, các kỹ sư mới có thể đảm bảo mức ứng suất nén tối ưu.
Các hệ thống bắn bi hiện đại đã phát triển để đáp ứng các nhu cầu công nghiệp đa dạng:
Sử dụng khí nén để đẩy các hạt, các hệ thống này vượt trội với các hình dạng phức tạp đòi hỏi sự kiểm soát chính xác. Các biến thể bao gồm các hệ thống cấp áp suất để sản xuất số lượng lớn và các đơn vị hút để vận hành nhỏ hơn.
Sử dụng lực ly tâm để tăng tốc các hạt, các hệ thống thông lượng cao này lý tưởng để sản xuất hàng loạt các bộ phận đơn giản hơn.
Bắn bi là minh chứng cho sự khéo léo của kỹ thuật—biến đổi ứng suất bề mặt để mở ra tiềm năng ẩn giấu của vật liệu. Từ các ứng dụng hàng không đến ô tô, công nghệ này tiếp tục vượt qua các ranh giới về độ tin cậy và hiệu suất của các bộ phận. Khi khoa học vật liệu phát triển, vai trò của bắn bi trong sản xuất sẽ ngày càng trở nên quan trọng hơn, đảm bảo các sản phẩm an toàn hơn, bền hơn trong các ngành công nghiệp.
