現(xiàn)代社會(huì)，汽車已成為人們必不可少的交通工具。中國(guó)自改革開放以來(lái)，人們對(duì)汽車的需求與日俱增，汽車已然從過去的奢侈品變成了現(xiàn)在人們的必需品，就連女孩嫁人都首先要問家中有無(wú)汽車，從這點(diǎn)上就能看出汽車對(duì)現(xiàn)代人生活的影響。而齒輪則是汽車零件中不可或缺的重要部分，可以說沒有齒輪就沒有汽車的誕生。因?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱就是由各種齒輪組成的，如普通汽車上分別有時(shí)規(guī)齒輪、漸開線齒、斜齒齒輪等。還有一種直齒齒輪，其平順性雖差，但是也因?yàn)橐砸粭l齒寬的嚙合線瞬時(shí)嚙合，動(dòng)力傳播更為直接，適宜賽車改裝。但這些汽車齒輪其能力無(wú)論多大，如無(wú)針對(duì)齒輪特殊要求的設(shè)備輔助，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述齒輪對(duì)汽車的重要性?；葜菝栏トR的齒輪強(qiáng)力噴丸機(jī)運(yùn)用強(qiáng)力噴丸工藝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。隨著應(yīng)用范圍的推廣，強(qiáng)力噴丸工藝提高齒輪疲勞強(qiáng)度和壽命的能力已被很多企業(yè)所證實(shí)。
大家知道，汽車齒輪是由輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓所組成。按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪;按齒線外形分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪;按輪齒所在的外表分為外齒輪、內(nèi)齒輪;按制造辦法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結(jié)齒輪等。齒輪的制造資料和熱處置過程對(duì)齒輪的承載才能和尺寸重量有很大的影響，不僅要求成本低,并能夠在高的交變負(fù)載下保持良好性能。為滿足這特殊要求自然要有特殊的工藝來(lái)達(dá)成，上海良時(shí)集團(tuán)的數(shù)控噴丸設(shè)備中的齒輪強(qiáng)力噴丸機(jī)就是其中的一種，它的表面處理功能能夠改善零件的性能，借助保護(hù)表面免遭運(yùn)行時(shí)循環(huán)負(fù)載的損壞。數(shù)控噴丸設(shè)備中的齒輪強(qiáng)力噴丸機(jī)主要是用來(lái)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。利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流(強(qiáng)力噴丸機(jī)提供)對(duì)金屬表面的沖擊而使表面產(chǎn)生塑性循環(huán)應(yīng)變層，由此導(dǎo)致該層的顯微組織發(fā)生位錯(cuò)，并出現(xiàn)亞晶界和晶粒細(xì)化現(xiàn)象，使表面植入殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，表層的顯微組織和殘余應(yīng)力是提高金屬零件的疲勞斷裂和應(yīng)力腐蝕斷裂抗力的兩個(gè)強(qiáng)化因素，其結(jié)果使零件的可靠性和耐久性獲得提高。
噴丸對(duì)提高零件疲勞抗力的作用
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。
1、噴丸使材料表面性能改善
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(lái)越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時(shí)，工件表面越來(lái)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(lái)越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，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。
2、噴丸對(duì)滲碳齒輪表層殘余應(yīng)力的影響
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(lái)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(lái)自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個(gè)塑變層受到一壓應(yīng)力。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(cè)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、噴丸對(duì)零件表面粗糙度的影響
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，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：提供較好的原始表面，Ra值應(yīng)在6.3mm以下;選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力;在大直徑鋼丸噴丸強(qiáng)化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強(qiáng)度值)覆蓋一次，可達(dá)到較好的表面粗糙度。噴丸后的零件表面應(yīng)輕微打磨，打磨時(shí)要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強(qiáng)化效果，又可改善表面粗糙度。當(dāng)然，這是一個(gè)多因素問題,不論采用什么方法，必須同時(shí)考慮其他因素的影響。
結(jié)論：
在噴丸過程中，材料表層承受鋼丸的劇烈沖擊產(chǎn)生形變硬化層，這將導(dǎo)致兩種效果：一是組織上造成亞晶細(xì)化，位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇;二是引入高的宏觀殘余壓應(yīng)力。此外，由于鋼丸沖擊使表面粗糙度有所增加，會(huì)使切削加工時(shí)產(chǎn)生的尖銳刀痕趨于圓滑。這些變化將明顯地提高材料的疲勞抗力和應(yīng)力腐蝕抗力，從而明顯地提高齒輪的壽命。
大家知道，汽車齒輪是由輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓所組成。按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪;按齒線外形分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪;按輪齒所在的外表分為外齒輪、內(nèi)齒輪;按制造辦法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結(jié)齒輪等。齒輪的制造資料和熱處置過程對(duì)齒輪的承載才能和尺寸重量有很大的影響，不僅要求成本低,并能夠在高的交變負(fù)載下保持良好性能。為滿足這特殊要求自然要有特殊的工藝來(lái)達(dá)成，上海良時(shí)集團(tuán)的數(shù)控噴丸設(shè)備中的齒輪強(qiáng)力噴丸機(jī)就是其中的一種，它的表面處理功能能夠改善零件的性能，借助保護(hù)表面免遭運(yùn)行時(shí)循環(huán)負(fù)載的損壞。數(shù)控噴丸設(shè)備中的齒輪強(qiáng)力噴丸機(jī)主要是用來(lái)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。利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流(強(qiáng)力噴丸機(jī)提供)對(duì)金屬表面的沖擊而使表面產(chǎn)生塑性循環(huán)應(yīng)變層，由此導(dǎo)致該層的顯微組織發(fā)生位錯(cuò)，并出現(xiàn)亞晶界和晶粒細(xì)化現(xiàn)象，使表面植入殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，表層的顯微組織和殘余應(yīng)力是提高金屬零件的疲勞斷裂和應(yīng)力腐蝕斷裂抗力的兩個(gè)強(qiáng)化因素，其結(jié)果使零件的可靠性和耐久性獲得提高。
噴丸對(duì)提高零件疲勞抗力的作用
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。
1、噴丸使材料表面性能改善
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(lái)越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時(shí)，工件表面越來(lái)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(lái)越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，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。
2、噴丸對(duì)滲碳齒輪表層殘余應(yīng)力的影響
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(lái)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(lái)自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個(gè)塑變層受到一壓應(yīng)力。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(cè)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、噴丸對(duì)零件表面粗糙度的影響
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，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：提供較好的原始表面，Ra值應(yīng)在6.3mm以下;選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力;在大直徑鋼丸噴丸強(qiáng)化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強(qiáng)度值)覆蓋一次，可達(dá)到較好的表面粗糙度。噴丸后的零件表面應(yīng)輕微打磨，打磨時(shí)要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強(qiáng)化效果，又可改善表面粗糙度。當(dāng)然，這是一個(gè)多因素問題,不論采用什么方法，必須同時(shí)考慮其他因素的影響。
結(jié)論：
在噴丸過程中，材料表層承受鋼丸的劇烈沖擊產(chǎn)生形變硬化層，這將導(dǎo)致兩種效果：一是組織上造成亞晶細(xì)化，位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇;二是引入高的宏觀殘余壓應(yīng)力。此外，由于鋼丸沖擊使表面粗糙度有所增加，會(huì)使切削加工時(shí)產(chǎn)生的尖銳刀痕趨于圓滑。這些變化將明顯地提高材料的疲勞抗力和應(yīng)力腐蝕抗力，從而明顯地提高齒輪的壽命。