汽車工業(yè)設(shè)計(jì)工程師們已普遍利用噴丸強(qiáng)化工藝來提高傳動零部件的使用壽命。通常,零件在熱處理后進(jìn)行噴丸強(qiáng)化,對于一些關(guān)鍵零件,如齒圈和行星東莞同步輪生產(chǎn)等,強(qiáng)化是生產(chǎn)的最后一道工序。
關(guān)于什么是強(qiáng)化的概念,大家已經(jīng)從很多技術(shù)文獻(xiàn)上了解了,即高速噴射的鋼丸顆粒撞擊金屬零件表面,使工件表面材料發(fā)生彈塑性變形并呈現(xiàn)較高的殘余壓應(yīng)力。如果只想找一臺強(qiáng)化設(shè)備,并不難。但由于設(shè)備選擇不當(dāng),造成產(chǎn)品的早期傳動失效和必須全部回收的巨大損失,讓很多齒輪制造商們痛定思痛后,不得不重新審視這個(gè)聽上去并不復(fù)雜的工藝技術(shù),并希望找到最合適的設(shè)備能滿足他們特定的強(qiáng)化應(yīng)用和要求。
噴丸強(qiáng)化原理和效果
金屬介質(zhì)(鋼丸或切絲丸)高速撞擊零件表面,造成表面塑性變形。這一影響延伸到材料表層,在表層下產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力,從而抵消不良的拉應(yīng)力。該殘余壓應(yīng)力延緩了疲勞斷裂的形成,從而延長零件的安全使用壽命。
齒輪熱處理后,其表面接受連續(xù)丸粒撞擊、亦可將殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體。這回增加材料的硬度,形成壓應(yīng)力。就東莞齒輪批發(fā)而言,最大的剪切應(yīng)力出現(xiàn)在齒根部和東莞蝸輪過渡區(qū)圓角半徑處。兩個(gè)齒面,主動面和從動面都承受不斷增加的負(fù)載。因此,齒輪強(qiáng)化重點(diǎn)在于對以下部位的強(qiáng)化,
• 主動面
• 從動面
• 齒根部位
就強(qiáng)化要求,即強(qiáng)度和覆蓋率,不同東莞齒輪批發(fā)有不同的要求,必須根據(jù)最終的應(yīng)用。覆蓋率是通過目測,而強(qiáng)度需利用阿爾門試片進(jìn)行測量。
強(qiáng)度測量
零件校對工具(PVT), 設(shè)計(jì)用來將測試試片置于一些特定位置,在這些位置的試片可模擬零件有強(qiáng)度要求且必須進(jìn)行強(qiáng)度測試的區(qū)域位置。根據(jù)不同應(yīng)用,強(qiáng)度范圍從0.015 - 0.030 (在‘A’等級上)。一般覆蓋率要求在100% - 200%。 有以下幾種強(qiáng)化技術(shù),各具優(yōu)勢:
離心力拋丸強(qiáng)化
壓縮空氣噴丸強(qiáng)化
混合式(噴嘴和拋頭)
介質(zhì)推進(jìn)類型
從產(chǎn)量方面考量,離心力拋丸強(qiáng)化優(yōu)于另外兩種方式。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(zhuǎn)動的葉片沿固定角度拋出。單位時(shí)間內(nèi),拋丸丸流覆蓋的面積大于噴嘴噴丸。但是,拋丸強(qiáng)化的應(yīng)用受限于待處理東莞齒輪批發(fā)的尺寸。如果是強(qiáng)化小齒輪且齒根部面積狹小,就需要多個(gè)拋頭,固定在不同角度,以達(dá)到所需的強(qiáng)化效果。
另一種,壓縮空氣式噴丸強(qiáng)化,利用多個(gè)噴嘴,對準(zhǔn)齒面、齒根的特定部位,使丸流更集中、目標(biāo)更確定,可達(dá)到精確強(qiáng)化的效果。
第三種是混合式,盡管應(yīng)用比較少,它的優(yōu)勢是在一臺設(shè)備上結(jié)合了拋丸強(qiáng)化的高產(chǎn)量和噴丸強(qiáng)化的高精確度、可控性。
工藝參數(shù)
無論哪種強(qiáng)化技術(shù),目的都是要取得一個(gè)持續(xù)恒定、可重復(fù)的強(qiáng)化強(qiáng)度。因此,必須了解工藝過程中,哪些關(guān)鍵變量會影響到最后的強(qiáng)化結(jié)果,包括:
離心力式拋丸強(qiáng)化
拋頭
拋頭轉(zhuǎn)速
拋射速度
拋射角度
拋頭位置
定向套移動 直接壓力式噴丸強(qiáng)化
噴嘴
噴嘴尺寸
噴射壓力
噴射角度
噴嘴移動
多個(gè)噴嘴
以上這些工藝變量都會影響強(qiáng)化最終效果:
拋頭直徑?jīng)Q定了鋼丸介質(zhì)被一定角度拋射出去時(shí)的速度。在同樣的拋頭轉(zhuǎn)速下,直徑為17.5’’的拋頭產(chǎn)生的鋼丸拋射速度大于直徑為14’’的拋頭,因而產(chǎn)生的強(qiáng)化強(qiáng)度也更高。
拋頭的馬力決定了單位時(shí)間內(nèi)被打出去的鋼丸數(shù)量
拋頭是由變頻機(jī)直接驅(qū)動的,通過改變電機(jī)的頻率可以改變拋頭的轉(zhuǎn)速,從而改變鋼丸拋出的初速度。
拋頭通常都被永久地固定在拋丸室的特定位置,但可以通過調(diào)整定向套的位置,來改變拋射方向。定向套的位置最終決定了鋼丸被拋頭拋射出去的角度