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    噴丸強化有效提高齒輪的使用壽命

    作者:人氣:發表時間:2019-08-20 11:58:21

    噴丸強化工藝可以有效提高齒輪使用壽命。該工藝采用鋼丸高速擊打齒輪齒根彎曲部位,從而在表面產生壓應力,破壞工件內部本身存在的拉應力,改善齒輪齒根的抗彎曲疲勞性能,提高其使用壽命。 
    在汽車生產過程中,工程師們已普遍利用噴丸強化工藝來提高傳動零部件的使用壽命(圖1)。通常,這些零部件在熱處理后進行噴丸強化,尤其是一些關鍵零部件,如齒圈和行星齒輪等,噴丸強化是生產制造的最后一道非常必要的工序。
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    噴丸強化的原理和效果 
    噴丸強化工藝即采用高速噴射的強化鋼丸顆粒撞擊金屬零件表面,使工件表面材料發生彈塑性變形并呈現較高的殘余壓應力。因為金屬介質(鋼丸或切絲丸)在高速撞擊零件表面時,會使表面產生塑性變形,這一變形將延伸到材料表層,在表層下產生一個壓應力,從而抵消零件制造時產生的不良拉應力(圖2)。該殘余壓應力延緩了零件疲勞斷裂的形成,從而延長了零件的安全使用壽命。對于汽車傳動部件中最關鍵的齒輪部件,在熱處理工序之后,采用噴丸強化工藝使其表面接受連續丸粒撞擊,還可將其齒面材料晶相組織中的殘余奧氏體轉化為馬氏體,從而增加齒面硬度。
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    圖2 拋丸強化工藝的原理

    強度測量 
    單就齒輪而言,其最大的剪切應力出現在齒根部和齒輪過渡區的圓角半徑處,而齒輪的兩個齒面——主動面和從動面,在工作時都承受著不斷增加的負載,因此,齒輪強化的重點就在于對這些部位的強化:主動面、從動面、齒根部位。從強化要求來看,主要包括強度和覆蓋率兩大參數,當然,不同的齒輪有不同的要求,必須根據其最終應用環境來確定。 
    覆蓋率可以通過目測觀察,而強度則需利用阿爾門試片進行測量。 
    零件校對工具(PVT)被設計用來將測試試片置于一些特定位置,在這些試片可模擬零件有強度要求且必須進行強度測試的區域位置,根據不同應用,齒輪的強化一般要求是強度范圍0.015~0.03(在等級“A”上),覆蓋率為100%~200%。 

    三種噴丸強化工藝 
    噴丸強化工藝有以下3種方式:離心力拋丸強化、壓縮空氣噴丸強化、混合式(噴嘴和拋頭)。 
    從產量方面考慮,大批量生產中,離心力拋丸強化優于另外兩種方式。離心力拋丸強化工藝中,鋼丸在離心力的作用下從葉輪軸上的孔溢出到葉片上,再由高速轉動的葉片沿固定角度拋出(圖3),單位時間內,拋丸丸流覆蓋的面積大于噴嘴噴丸,但拋丸強化的應用受限于待處理齒輪的尺寸,如果是強化小齒輪且齒根部面積狹小,就需要多個拋頭固定在不同角度,以達到所需的強化效果。壓縮空氣式噴丸強化必須利用多個噴嘴(圖4),對準齒面、齒根的特定部位,使丸流更集中、目標更確定,可達到精確強化的效果?;旌鲜絿娡鑿娀M管應用比較少,但它的優勢在于在一臺設備上集合了拋丸強化的高產量和噴丸強化的高精確度和可控性等優勢。

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