齿轮齿面喷丸强化钻研现状与展望|一 (齿轮齿面喷丸工艺流程)

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• 齿轮齿面喷丸强化钻研现状与展望(一)
• 接触疲劳极限与资料的拉伸强度有什么相关

齿轮齿面喷丸强化钻研现状与展望(一)

齿轮啮合时的疲劳和磨损是造成齿面失效的关键要素，重大影响了齿轮的全体功能。

喷丸强化工艺作为一种有效的齿面强化方法，能够清楚优化齿面的抗疲劳和耐磨损功能。

喷丸强化工艺可分为传统喷丸和新型喷丸两大类。

传统喷丸包含气动式喷丸和离心式喷丸（又称抛丸），而新型喷丸则包含微粒喷丸、二次喷丸、振动喷丸等方法。

齿轮啮合环节中，笔挺疲劳是经常出现的疲劳失效方式。

国际外钻研人员广泛关注喷丸对齿根的强化成果，围绕齿根笔挺疲劳强度的钻研较多，且多以试验为主。

钻研内容包含齿轮疲劳断面的表征剖析、外表完整性参数与齿轮笔挺疲劳强度的相关性钻研、齿轮裂纹裁减与笔挺疲劳寿命的剖析预测、非金属夹杂物对齿轮笔挺疲劳功能的影响、喷丸工艺参数（笼罩率、喷丸强度等）对笔挺疲劳功能的影响、热解决方式对齿轮笔挺疲劳功能的影响等。

大部分钻研集中在变速器齿轮、差速器齿轮以及车桥齿轮上。

钻研标明，齿轮笔挺疲劳寿命的提高很大水平上受外表完整性参数和喷丸工艺参数的影响。

传统喷丸强化可以使齿轮在106循环次下的笔挺疲劳强度提高30%以上。

重载齿轮理论为大模数齿轮，其轮齿厚度大，基本满足笔挺疲劳强度需要。

因此，齿面疲劳与磨损是其关键挫伤方式。

近年来，加装缓速器的重载车桥主减速器螺旋锥齿轮副齿面磨损与疲劳失效疑问日益突出，因此展开喷丸对齿面功能的影响钻研显得尤为关键。

喷丸强化工艺是一种金属外表冷加工工艺，经过高速静止的介质（弹丸、激光束、水流等）冲击工件，在工件表层构成塑性变形层，并在工件外表留下凹坑。

这种冲击造成工件外表出现拉伸变形，在凹坑下方被紧缩的晶粒试图将工件外表恢复到初始形态，而拉伸的外表因不能齐全还原，因此发生剩余压应力场。

喷丸强化工艺的物理意义实践上是工件排汇介质的部分能量后，发生塑性变形，从而扭转工件外表功能。

喷丸强化机制关键包含应力强化机制和组织强化机制。

应力强化机制是经过喷丸在工件表层引入剩余压应力场，而组织强化机制则是经过喷丸惹起工件显微组织的扭转，如亚晶粒尺寸变小、位错密度增大、塑变诱导马氏体相变等。

喷丸后工件外表毛糙度增大，称之为弱化效应。

喷丸强化工艺参数的选取以及工件资料的灵活力学功能，选择了这些强化机制和弱化效应。

喷丸强渡过高会形成工件过喷，喷丸层深过大，工件外表以下会发生很高的拉应力，造成裂纹萌生。

喷丸强渡过低会形成工件欠喷，不可获取较大的剩余压应力和组织强化层，不能提高工件疲劳应力。

资料的外表完整性选择其疲劳强度，相反条件下的外表完整性等级越高，资料的疲劳强度越高。

同济大学高玉魁传授系统地钻研了资料外表完整性的外延，将外表完整性划分为外表形态与外表功能，其表征参量可演绎为：外表几何形态（外表形貌、加工纹理度、波度、外表毛糙度等）、外表力学个性（屈服强度、拉伸强度、显微硬度、剩余应力等）、外表组织结构（组织、相结构、相含量等）以及针对电磁资料的导电、导磁功能和针对动物资料的动物相容性等方面。

工件喷丸后，表层剩余应力、显微硬度、外表毛糙度以及宏观组织结构对齿面经常使用功能的影响最为突出。

剩余应力：钻研标明，剩余应力大小与被喷资料的硬度与强度成正比，资料越硬，喷丸成果越好，齿轮抗疲劳功能越好。

最大剩余应力值正比于资料抗拉强度（UTS）。

在齿轮喷丸之行启动“渗碳+淬火”解决，其抗疲劳功能最好。

喷丸层深与喷丸工艺参数以及资料功能无关（关键指资料外表硬度）。

在相反喷丸强度下，资料越软，剩余应力层深越大。

弹丸直径与速度越大，所发生的冲击能越大，工件的剩余应力层深越大。

剩余应力层深是传递给受喷外表动能的函数，也是弹丸品质、喷丸期间、放射速度的函数，喷丸剩余应力层深存在临界值，即每一被喷外表的层深不超越被喷工件厚度的10%。

显微硬度：普通状况下，罕用喷丸后资料的显微硬度值来表征资料冷作硬化个性。

当弹丸硬度足够大时，工件资料硬度越大，剩余压应力值越大，硬化层较浅。

喷丸对较软资料的冷作硬化成果较清楚，而且硬化层较厚；但关于高硬度工件资料（如淬硬钢、冷成型钢），会出现加工硬化效应。

外表毛糙度：喷丸扭转了齿轮外表毛糙度与外表形貌。

喷丸能够去除机加工带来的齿面刀痕，当原始齿面十分毛糙，增大喷丸强度与笼罩密度可减小毛糙度，但或者会诱发齿面挫伤。

宏观组织：在淬火环节中不转变为马氏体的奥氏体称为剩余奥氏体。

渗碳齿轮钢理论含有约20%~30%的剩余奥氏体，若喷丸前齿轮钢试样奥氏体含量较高，并不象征着喷丸后奥氏体转化量高，喷丸后并不必定能获取较高的剩余压应力，剩余应力很大水平上是由喷丸强度、笼罩率、弹丸直径等喷丸工艺参数选择的。

综上，塑性变形惹起的晶粒细化和应变诱导相变是喷丸强化工艺中关键出现的宏观结构变动，这是弹丸颗粒重复撞击工件外表而发生的累积的部分塑性应变的结果。

喷丸强化工艺经过冷作硬化使表层剩余奥氏体转变为马氏体。

因此，可在不降落疲劳强度或提高脆性和缺口敏理性的前提下，提高资料的硬度和耐磨性。

接触疲劳极限与资料的拉伸强度有什么相关

首先是有必定相关的，普通抗拉强度越高，则接触疲劳极限也越大，就是越耐用。

但由于疲劳极限属于资料的灵活个性，所以还与载荷大小及个性（是变动的还是恒定的、有无大的冲击等）、尤其是动载荷大小、润滑条件等等等相关。

拉伸强度则属于资料的静态个性。