拋丸強化是目前汽車行業(yè)改善齒輪疲勞壽命的常用手段之一,其原理是利用高速彈丸對齒輪表面進行沖擊,使輪齒表層在一定深度內生成殘余壓應力,用來抵消部分外加負荷導致的拉應力,從而抑制或延遲裂紋的萌生和擴展。因此,它可以顯著提高輪齒的抗彎曲疲勞壽命,改善接觸疲勞特性。拋丸強化效果表達式為:
B=F(P,M,R,V,Q,H,T, ) 式中:B 拋丸效果; P 拋打工件表面性能; M 彈丸材料; R 彈丸尺寸; V 拋丸速度; Q 單位時間內拋丸量; H 彈丸與工件表面距離; T 拋丸時間; 拋丸角度。 在輪齒材料及熱處理指標選定的前提下,彈丸工藝選擇是得到合理殘余壓應力層的關鍵因素之一。本文就如何選擇彈丸工藝參數從而得到合理強化效果展開論述。 1.試驗條件和方法 (1)齒輪材料和拋丸前狀態(tài) 齒輪材料為低碳合金鋼,鍛后等溫正火,經滲碳淬回火處理后表面硬度 650HV1。 (2)試驗用設備及檢測方法 強化設備采用機械離心式拋丸機;硬度檢測采用維氏硬度計;殘余應力檢測采用xstress3000型X射線應力分析儀,因材料為鐵素體型合金鋼,檢測晶面為(211)。檢測執(zhí)行ASTM-E915 2010、EN15305 2008、GB7704 2008及GFT4010 2008標準。 2.彈丸的選擇 (1)彈丸硬度確定 強化零件用彈丸硬度一般等于或略高于零件本身硬度,硬度不能太高,否則容易導致本體損傷。本文齒輪齒面和齒根硬度檢測如圖1所示。從圖中可知,齒輪表層硬度在700HV1以上,根據市場能夠提供的彈丸,我們選定彈丸名義硬度在(700 30)HV1。 圖1 輪齒硬度梯度 (2)丸料直徑選擇 齒根過渡圓弧處是應力集中點,裂紋萌生往往從此處開始,因此作為拋丸強化效果檢驗位置(見圖2)。本文齒輪齒根過渡圓弧半徑為0.85mm,為達到強化效果,必須有足夠的彈丸拋射到該位置,因此選擇丸料名義直徑為0.6mm、0.8mm兩種規(guī)格的鋼丸進行驗證。 圖 2 3.結果與分析 (1)相同工藝條件下彈丸直徑對殘余應力的影響 圖3、圖4分別為 0.6mm和 0.8mm彈丸在相同工藝條件下得到的齒根殘余應力分布結果;圖5為兩種彈丸作用下5次檢測結果的平均值比較。從圖中可以得知,兩種彈丸作用下相同深度殘余壓應力值差別略有區(qū)別,且最大壓應力值所處深度有所不同, 0.6mm彈丸的最大壓應力值在距表面約40 m處;而 0.8mm彈丸的最大壓應力值在距表面約50 m處。附表是兩種鋼丸的單個重量,可以看到,W0.8mm 2W0.6mm;P=MV,在速度一定的情況下,質量是決定動量大小的因素,因此 0.8mm彈丸所能產生的變形會更大些,深度更深。 從圖5還可以看到,兩種彈丸得到的應力趨勢基本一致,但最表層 0.8mm彈丸所得殘余壓應力更低,意味著所能抵御外力的能力更弱,更容易被突破產生裂紋。 圖3 0.8mm彈丸殘余應力結果 圖4 0.6mm彈丸殘余應力結果 圖5 兩種彈丸殘余應力平均值對比兩種鋼丸的單個重量
(2)相同工藝條件下彈丸直徑對齒面粗糙度的影響 圖6是兩種彈丸作用力得到的齒面粗糙度結果,拋丸前的齒面粗糙度基本一致;拋丸后, 0.6mm彈丸得到的結果要明顯優(yōu)于 0.8mm彈丸。齒面粗糙度影響變速器噪聲,粗糙度越小越好。 圖6 兩種彈丸作用力得到的齒面粗糙度結果 拋丸后的殘余應力主要來源于表層不均勻的塑性變形,在零件參數允許的范圍內,尺寸越大,彈丸消耗相應會更少,成本更低,但需要綜合考慮彈丸對零件殘余應力和齒面粗糙度的影響,需根據試驗結果選擇合適的彈丸。 更多相關信息》》》 美國牌號440C不銹鋼環(huán)鍛件廢品案例解析
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