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機械社區(qū)

標題: 齒輪強化：強度 [打印本頁]

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作者: szapmc    時間: 2012-3-9 15:18
標題: 齒輪強化：強度

汽車設計工程師們已經(jīng)充分了解利用強化工藝能大幅度延長傳動零件的安全使用壽命。通常,，強化被視作一道熱處理后的工序,，對于一些關鍵部件，如環(huán)形齒輪,，行星齒輪,，強化是生產(chǎn)工藝中最后一個重要步驟。
% M& l+ x2 t# A$ e+ ^* D7 d強化的原理,，就是金屬表面受到高速金屬顆粒束的連續(xù)捶擊,，即在其表面導入一個壓應力�,；�于這個機制,，好像看來找一臺可以進行強化的機器并不困難。然后,，事實證明過早的傳動失效和產(chǎn)品退貨,，讓不少齒輪廠商不得不重新審視這道看似簡單的加工工藝。
噴丸強化的機理和效果
金屬介質(zhì)（鋼珠或切絲丸）的連續(xù)撞擊,，造成零件表面的塑性形變,。該效果延伸到形成壓應力的表面層之下的區(qū)域，抵消那里原有的拉應力,。殘余壓應力延緩疲勞裂紋的形成,，從而提高零件的抗疲勞強度，延長疲勞壽命,。
熱處理后,，齒輪表面受到的連續(xù)強化介質(zhì)的捶擊，將殘余奧氏體轉化成馬氏體,。這能增加材料硬度,。
就齒輪而言，最大的剪切應力出現(xiàn)在齒根部和過渡區(qū)圓角部位,。齒輪驅動面和齒面邊緣承受不斷增加的載荷。因此,，齒輪強化重點部位是
& {7 N+ y6 f) w, N" e- 驅動面
0 o9 q2 K  `! u* [- 齒面邊緣
- 齒根部位
* J4 B# J' z  F) s( \每種齒輪,，要求的強化強度和覆蓋率不盡相同，要根據(jù)其實際應用而定,。覆蓋率是個目測的過程,，而強化強度則需要通過一種特制的彈簧鋼試片（稱為阿爾門試片）進行測定。
! t8 A! {1 C! Y" }3 D- \* |3 k強度測試
. _% |! L& B9 H0 v; a零件校正工具（PVT），設計用于將試片固定于一些特定位置,。試片在這些位置時,，可以模擬零件需要進行強度測定的區(qū)域。
根據(jù)不同應用,，強度范圍可在0.015-0.030 （”A” Scale）,，覆蓋率可在100%至200%。
可通過幾種不同方式達到以上齒輪強化效果,，每種方式各有優(yōu)點,，
+ U* }# P0 [% s. ?- 離心力拋頭式拋丸強化
- 壓縮空氣噴嘴式噴丸強化
- 混合式（拋丸+噴丸）
介質(zhì)拋射類型
如果以產(chǎn)量列為主要考量因素，離心力拋頭拋射方式是最理想的,。拋頭拋射器產(chǎn)生的介質(zhì)流可以單位時間內(nèi)覆蓋較大的面積,。然后，該工藝受限于齒輪尺寸,。對于較小型的齒輪,，其齒根部位狹窄，那就需要用多個拋頭,，固定在不同的角度,，才能達到要求的覆蓋率。
$ l+ D% }  D! r另一種方式,，即利用多個壓力式噴嘴,，對特定的齒根區(qū)域直接且更精確的噴射，以達到所需的覆蓋率,。
, I: ]  [0 f8 u( t1 X' Z這兩種強化方式都普遍應用于齒輪生產(chǎn)中,，相對而言，噴丸強化應用更為廣泛些,，因為它在技術和精確度方面較為優(yōu)勢,。
第三種噴丸和拋丸混合式強化系統(tǒng)，盡管其應用較不普遍,，但它的優(yōu)勢在于同一臺機器,，既能利用拋頭拋射，以保證較高的產(chǎn)能,，又可利用一個壓力噴嘴,，對特定區(qū)域進行集中性地、更為精準地噴丸強化,。
9 _3 G' S% q5 O4 ]  ?工藝參數(shù)
無論使用哪種強化技術,，它們的最終目的都是為了以一種持續(xù)、恒定,、高重復性方式達到所需的強度,。因此，很重要的一點是必須充分了解哪些關鍵參數(shù)會影響最后的強化效果。這些參數(shù)包括
- t% g9 E( o1 i/ I; A3 i% x離心式拋頭強化：
9 E2 H, a/ w, j( m+ _; z- 拋頭
- 拋頭功率
& F3 t4 F$ s" I+ h" W/ m1 }- 葉片速度
- 拋射角度
$ H. Y1 k# e2 |- 拋頭位置
- 定向套移動
$ B. c* e  B* f; n- n3 ^以上這些參數(shù)都會影響最終的強化效果：
* l. n' ~" L# [- 拋頭直徑?jīng)Q定了介質(zhì)丸粒被切向拋出的速度,。一個17.5” 直徑的拋頭比一個14”直徑拋頭在同一拋頭轉速下,，能產(chǎn)生更大的切向射速，因而達到更高的強化強度
. _2 P+ F3 p5 N' p8 N- 拋頭馬力決定了被拋射出去的介質(zhì)數(shù)量
- z3 }; a0 o" P5 Z- 拋頭尺寸和拋頭轉速決定了可達到的介質(zhì)射速和因而取得的強度,。維爾貝萊特（集團）的拋丸強化設備裝有變頻器,，能控制和改變拋頭轉速和介質(zhì)射速
- 拋頭通常永久且牢固地固定在拋丸室內(nèi)的特定位置上。如需要改變拋射方式,，可通過調(diào)節(jié)定向套的設定,。定向套的位置決定了介質(zhì)被拋頭射出時確鑿的方向和角度。
1 I# ~: K6 n+ ?  i8 l! D壓力噴嘴式噴丸強化：
- 噴嘴
+ A; K9 s' ], N- 噴嘴尺寸
- 噴射壓力
$ ^3 K9 ?: v  k8 N+ l: m- 噴嘴角度
- 噴嘴移動
8 G6 c) L- X% W- |& V4 C- ^- 多個噴嘴
以上這些參數(shù)都會影響最終的強化效果：
- 在較為復雜嚴密的齒輪強化噴丸系統(tǒng)中,，噴嘴的壓力是由一個閉路式反饋調(diào)控器控制,。發(fā)生任何偏離預設的壓力值時，系統(tǒng)會觸發(fā)警報,，自動關閉機器,。
- 噴嘴尺寸決定了被噴射到零件表面的丸料數(shù)量，介質(zhì)射出后產(chǎn)生的能量都直接用于取得所需的強度,。
- 將噴嘴置于多軸機械手上,，實現(xiàn)噴嘴的可控性地擺動及轉動，以滿足零件任何形狀,，不同部位的噴射需要,。根據(jù)待強化齒輪的輪廓，預設噴嘴的移動走線和距離,，達到高度精確和高可重復性的工藝要求,。
( ]5 P$ Y% D( V& o, a
6 r$ C1 \+ K1 x3 U, h4 w: U8 W注意：
' [3 ?" y7 a( K0 y如要同時噴丸強化一組行星齒輪和環(huán)形齒輪，必須注意到這兩種齒輪齒根角度是不同的,。因此,，需要依靠不同的、獨立的噴嘴設定以達到兩種齒輪各自所需的強化效果,。維爾貝萊特（集團）的強化設備為兩種齒輪提供特定的噴嘴底座,。其他工藝參數(shù)如
- 丸流流速
- 介質(zhì)顆粒大小
- 顆粒尺寸是否均勻、一致
- 流量控制閥（磁閥）能控制介質(zhì)丸流流速,，在拋丸強化設備中,，該磁閥安裝于拋頭喂料一側；在噴丸強化設備中,，該磁閥安裝于壓力罐出口,。
- 振動篩篩分出尺寸過大，合適或尺寸過小的丸粒,。使用兩個振動篩能確保每次強化過程中恒定、均勻尺寸的介質(zhì)。
- 鋼丸（或切絲）大小是決定強化覆蓋率和生產(chǎn)周期時間的關鍵因素,。較小的丸粒能在零件表層產(chǎn)生較高的應力,；較大的丸粒能影響工件較深的區(qū)域，在那里達到所需應力水平,，鋼丸的直徑必須小于齒輪最小過渡區(qū)圓角直徑的一半
# h, @! b  a. V2 Z總結：
9 D8 [% `# e; o6 s在過去幾年里,，齒輪強化技術和設備發(fā)展迅速，原來應用于飛機起落架強化的最復雜,、精密的強化工藝已復制到對于齒輪的強化加工,。其共同點，都在于對強化結果的一致恒定性,，工藝的高可控性和高重復性有越來越嚴苛的要求,。
& q0 m$ i; q, m' e" V- u機械工藝和精密的流程監(jiān)控相結合，為強化生產(chǎn)提供極大的靈活度和柔性,，以取得滿意的零件強化效果,。
當今的汽車工程師們已越來越傾向利用拋丸-噴丸結合式的系統(tǒng)，來同時滿足工藝和產(chǎn)量的需要,。

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