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喷丸强化有效提高齿轮的使用寿命

作者:人气:发表时间:2019-08-20 11:58:21

喷丸强化工艺可以有效提高齿轮使用寿命。该工艺采用钢丸高速击打齿轮齿根弯曲部位,从而在表面产生压应力,破坏工件内部本身存在的拉应力,改善齿轮齿根的抗弯曲疲劳性能,提高其使用寿命。 
在汽车生产过程中,工程师们已普遍利用喷丸强化工艺来提高传动零部件的使用寿命(图1)。通常,这些零部件在热处理后进行喷丸强化,尤其是一些关键零部件,如齿圈和行星齿轮等,喷丸强化是生产制造的最后一道非常必要的工序。
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喷丸强化的原理和效果 
喷丸强化工艺即采用高速喷射的强化钢丸颗粒撞击金属零件表面,使工件表面材料发生弹塑性变形并呈现较高的残余压应力。因为金属介质(钢丸或切丝丸)在高速撞击零件表面时,会使表面产生塑性变形,这一变形将延伸到材料表层,在表层下产生一个压应力,从而抵消零件制造时产生的不良拉应力(图2)。该残余压应力延缓了零件疲劳断裂的形成,从而延长了零件的安全使用寿命。对于汽车传动部件中最关键的齿轮部件,在热处理工序之后,采用喷丸强化工艺使其表面接受连续丸粒撞击,还可将其齿面材料晶相组织中的残余奥氏体转化为马氏体,从而增加齿面硬度。
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图2 抛丸强化工艺的原理

强度测量 
单就齿轮而言,其最大的剪切应力出现在齿根部和齿轮过渡区的圆角半径处,而齿轮的两个齿面——主动面和从动面,在工作时都承受着不断增加的负载,因此,齿轮强化的重点就在于对这些部位的强化:主动面、从动面、齿根部位。从强化要求来看,主要包括强度和覆盖率两大参数,当然,不同的齿轮有不同的要求,必须根据其最终应用环境来确定。 
覆盖率可以通过目测观察,而强度则需利用阿尔门试片进行测量。 
零件校对工具(PVT)被设计用来将测试试片置于一些特定位置,在这些试片可模拟零件有强度要求且必须进行强度测试的区域位置,根据不同应用,齿轮的强化一般要求是强度范围0.015~0.03(在等级“A”上),覆盖率为100%~200%。 

三种喷丸强化工艺 
喷丸强化工艺有以下3种方式:离心力抛丸强化、压缩空气喷丸强化、混合式(喷嘴和抛头)。 
从产量方面考虑,大批量生产中,离心力抛丸强化优于另外两种方式。离心力抛丸强化工艺中,钢丸在离心力的作用下从叶轮轴上的孔溢出到叶片上,再由高速转动的叶片沿固定角度抛出(图3),单位时间内,抛丸丸流覆盖的面积大于喷嘴喷丸,但抛丸强化的应用受限于待处理齿轮的尺寸,如果是强化小齿轮且齿根部面积狭小,就需要多个抛头固定在不同角度,以达到所需的强化效果。压缩空气式喷丸强化必须利用多个喷嘴(图4),对准齿面、齿根的特定部位,使丸流更集中、目标更确定,可达到精确强化的效果。混合式喷丸强化尽管应用比较少,但它的优势在于在一台设备上集合了抛丸强化的高产量和喷丸强化的高精确度和可控性等优势。

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