齒輪加工中的強(qiáng)力噴丸工藝

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1、1．強(qiáng)力噴丸的作用：提高齒輪齒部彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度的重要方法，是改善齒輪抗咬合能力、提高齒輪壽命的重要途徑。2．工作原理3．強(qiáng)力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細(xì)小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生彈塑性變形并呈現(xiàn)較高的殘余壓應(yīng)力，從而提高工件表面強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度。噴丸一方面使零件表面發(fā)生彈性變形，同時(shí)也產(chǎn)生了大量孿晶和位錯(cuò)，使材料表面發(fā)生加工強(qiáng)化。如圖1所示：4．5．圖1-a??經(jīng)噴丸處理的零件表面???圖1-b未經(jīng)噴丸處理的零件表面6．噴丸對(duì)表面形貌和性能的影響主要表現(xiàn)在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應(yīng)力腐蝕能力和零件的疲勞壽命

2、。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發(fā)生循環(huán)塑性變形。根據(jù)材料的性質(zhì)和狀態(tài)的不同，噴丸后材料的表層將發(fā)生以下變化：硬度變化、組織結(jié)構(gòu)的變化、相轉(zhuǎn)變、表層殘余應(yīng)力場的形成、表面粗糙度的變化等。7．噴丸強(qiáng)度的測量方法8．當(dāng)一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲。飽和狀態(tài)和噴丸強(qiáng)度是噴丸加工工藝中的兩個(gè)重要概念。飽和狀態(tài)是指在同一條件下繼續(xù)噴擊而不再改變受噴區(qū)域機(jī)械特性時(shí)的狀態(tài)。所謂噴丸強(qiáng)度，就是通過打擊預(yù)制成一定規(guī)格的金屬片（即試片），在規(guī)定的時(shí)間使之達(dá)到飽和狀態(tài)的強(qiáng)弱程度，并用試片彎曲的弧高值來度量其噴擊的強(qiáng)弱程度。9．目前，應(yīng)用最廣的美國機(jī)動(dòng)車工程學(xué)會(huì)噴丸

3、標(biāo)準(zhǔn)中采用阿爾曼提出的噴丸強(qiáng)化檢驗(yàn)法——弧高度法，該方法由美國GM公司的J.O.Almen（阿爾門）提出，并由SAEJ442a和SAE443標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量方法，其要點(diǎn)是用一定規(guī)格的彈簧鋼試片通過檢測噴丸強(qiáng)化后的形狀變化來反映噴丸效果。對(duì)薄板試片進(jìn)行單面噴丸時(shí)，由于表面層在彈丸作用下產(chǎn)生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度距離上測量球面的弧高度值，用其來度量噴丸的強(qiáng)度。測定弧高度值是通過將阿爾門試片固定在專用夾具上，經(jīng)噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規(guī)測量試片經(jīng)單面噴丸作用下產(chǎn)生的參與拉伸形變量（即弧高度值）。如用試片測得的弧高值為

4、0.35mm時(shí)，記作0.35A。1．噴丸強(qiáng)度的另一種檢驗(yàn)方法為殘余應(yīng)力檢測，即對(duì)經(jīng)強(qiáng)力噴丸后的工件進(jìn)行殘余應(yīng)力的檢測，具體的檢驗(yàn)方法為X射線衍射法。在美國SAEJ784a標(biāo)準(zhǔn)中推薦如下方法：X射線的入射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的測量位置應(yīng)當(dāng)在齒根的寬度中央，照射區(qū)域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規(guī)定的齒根圓角表面深度的測量點(diǎn)，照射區(qū)域大小的控制可以通過對(duì)直光束和適當(dāng)遮蓋齒根表面實(shí)現(xiàn)；在每個(gè)選定受檢的齒輪上，最少要任選兩個(gè)齒進(jìn)行評(píng)估，兩齒間隔180?。如果齒的有效齒廓受到保護(hù)沒有研磨，則可以認(rèn)為齒根研磨的用于表

5、面下殘余應(yīng)力測量的齒輪未受損壞并且可以用于生產(chǎn)。2．噴丸對(duì)提高零件疲勞抗力的作用3．借助表面冷變形實(shí)現(xiàn)材料表面強(qiáng)化的本質(zhì)在于冷變形造成材料表層組織結(jié)構(gòu)的變化、引入殘余壓應(yīng)力以及表面形貌的變化。4．1、噴丸使材料表面性能改善5．強(qiáng)化噴丸過程中，當(dāng)微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時(shí)，使工件表層材料產(chǎn)生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產(chǎn)生一壓坑，撞擊導(dǎo)致壓坑附近的表面材料發(fā)生徑向延伸。當(dāng)越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時(shí)，工件表面越來越多的部分因吸收高速運(yùn)動(dòng)鋼丸的動(dòng)能而產(chǎn)生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產(chǎn)生的徑向延伸區(qū)域越來越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接

6、成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續(xù)噴丸會(huì)使塑變層因繼續(xù)延伸而厚度逐步變薄，同時(shí)塑變層的徑向延伸會(huì)因受到鄰近區(qū)域的限制而導(dǎo)致重疊部分發(fā)生破壞，最終塑變層因持續(xù)的噴丸而剝落。所以必須對(duì)噴丸的時(shí)間加以嚴(yán)格的控制。6．2、噴丸對(duì)滲碳齒輪表層殘余應(yīng)力的影響1．關(guān)于噴丸使工件表面形成殘余應(yīng)力的原因，根據(jù)Al-Obaid等人的觀點(diǎn)：當(dāng)高速鋼丸撞擊到試樣表面,撞擊處產(chǎn)生塑性變形而殘余一壓坑,當(dāng)越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時(shí),則會(huì)在試樣表層產(chǎn)生一層均勻的塑變層,由于塑性變形層的體積膨脹會(huì)受到來自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個(gè)塑變層

7、受到一壓應(yīng)力。2．由于殘余壓應(yīng)力及其分布對(duì)齒輪疲勞壽命有較大的影響,而噴丸強(qiáng)化工藝的優(yōu)劣將直接影響殘余應(yīng)力大小及其分布。因此準(zhǔn)確測定受噴零件的表層殘余應(yīng)力對(duì)于評(píng)價(jià)噴丸工藝的優(yōu)劣是一個(gè)行之有效的手段。3．3、噴丸對(duì)零件表面粗糙度的影響4．強(qiáng)化噴丸會(huì)引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發(fā)生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對(duì)于機(jī)器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對(duì)材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.6～20mm范圍內(nèi)。在不改變工藝參數(shù)的條件下，材料原始

8、表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產(chǎn)實(shí)踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，