汽車(chē)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(cháng)傳動(dòng)零件的安全使用壽命。
通常,強化鋼丸被視作一道熱處理后的工序,對于一些關(guān)鍵部件,如環(huán)形齒輪,行星齒輪,強化鋼丸是生產(chǎn)工藝中最后一個(gè)重要步驟。
強化鋼丸強化的原理,就是金屬表面受到高速金屬顆粒束的連續捶擊,即在其表面導進(jìn)一個(gè)壓應力;谶@個(gè)機制,似乎看來(lái)找一臺可以進(jìn)行強化的機器并不困難。然后,事實(shí)證實(shí)過(guò)早的傳動(dòng)失效和產(chǎn)品退貨,讓不少齒輪廠(chǎng)商不得不重新審閱這道看似簡(jiǎn)單的加工工藝。
強化鋼丸強化的機理和效果 金屬介質(zhì)(強化鋼丸)的連續撞擊,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域,抵消那里原有的拉應力。
殘余壓應力延緩疲憊裂紋的形成,從而進(jìn)步零件的抗疲憊強度,延長(cháng)疲憊壽命。 熱處理后,齒輪表面受到的連續強化介質(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在齒根部和過(guò)渡區圓角部位。齒輪驅動(dòng)面和齒面邊沿承受不斷增加的載荷。因此,齒輪強化重點(diǎn)部位是 - 驅動(dòng)面 - 齒面邊沿 - 齒根部位 每種齒輪,要求的強化強度和覆蓋率不盡相同,要根據實(shí)在際應用而定。覆蓋率是個(gè)目測的過(guò)程,而強化強度則需要通過(guò)一種特制的彈簧鋼試片(稱(chēng)為阿爾門(mén)試片)進(jìn)行測定。
強度測試 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(shí),可以模擬零件需要進(jìn)行強度測定的區域。 根據不同應用,強度范圍可在0.015-0.030 (”A” Scale),覆蓋率可在100%至200%。
可通過(guò)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(diǎn) - 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(lèi)型 假如以產(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(shí)間內覆蓋較大的面積。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(gè)拋頭,固定在不同的角度,才能達到要求的覆蓋率。
另一種方式,即利用多個(gè)壓力式噴嘴,對特定的齒根區域直接且更精確的噴射,以達到所需的覆蓋率。
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,由于它在技術(shù)和精確度方面較為上風(fēng)。
第三種噴丸和拋丸混合式強化系統,盡管其應用較不普遍,但它的上風(fēng)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(gè)壓力噴嘴,對特定區域進(jìn)行集中性地、更為精準地噴丸強化。
工藝參數 無(wú)論使用哪種強化技術(shù),它們的終極目的都是為了以一種持續、恒定、高重復性方式達到所需的強度。
因此,很重要的一點(diǎn)是必須充分了解哪些關(guān)鍵參數會(huì )影響最后的強化效果。這些參數包括
離心式拋頭強化:
拋頭 - 拋頭功率 - 葉片速度 - 拋射角度 - 拋頭位置 - 定向套移動(dòng)
以上這些參數都會(huì )影響終極的強化效果:
拋頭直徑?jīng)Q定了介質(zhì)丸粒被切向拋出的速度。一個(gè)17.5” 直徑的拋頭比一個(gè)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
拋頭馬力決定了被拋射出往的介質(zhì)數目 - 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。
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的特定位置上。如需要改變拋射方式,可通過(guò)調節定向套的設定。定向套的位置決定了介質(zhì)被拋頭射出時(shí)確鑿的方向和角度。
壓力噴嘴式噴丸強化: - 噴嘴 - 噴嘴尺寸 - 噴射壓力 - 噴嘴角度 - 噴嘴移動(dòng) - 多個(gè)噴嘴
以上這些參數都會(huì )影響終極的強化效果:
在較為復雜嚴密的齒輪強化噴丸系統中,噴嘴的壓力是由一個(gè)閉路式反饋調控器控制。
發(fā)生任何偏離預設的壓力值時(shí),系統會(huì )觸發(fā)警報,自動(dòng)封閉機器。
噴嘴尺寸決定了被噴射到零件表面的丸料數目,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(shí)現噴嘴的可控性地擺動(dòng)及轉動(dòng),以滿(mǎn)足零件任何外形,不同部位的噴射需要。
根據待強化齒輪的輪廓,預設噴嘴的移動(dòng)走線(xiàn)和間隔,達到高度精確和高可重復性的工藝要求。
留意: 如要同時(shí)噴丸強化一組行星齒輪和環(huán)形齒輪,必須留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(團體)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(dòng)篩篩分出尺寸過(guò)大,合適或尺寸過(guò)小的丸粒。
使用兩個(gè)振動(dòng)篩能確保每次強化過(guò)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(shí)間的關(guān)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(guò)渡區圓角直徑的一半
總結: 在過(guò)往幾年里,齒輪強化技術(shù)和設備發(fā)展迅速,原來(lái)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(diǎn),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(lái)越嚴苛的要求。
機械工藝和精密的流程監控相結合,為強化生產(chǎn)提供極大的靈活度和柔性,以取得滿(mǎn)足的零件強化效果。 當今的汽車(chē)工程師們已越來(lái)越傾向利用拋丸-噴丸結合式的系統,來(lái)同時(shí)滿(mǎn)足工藝和產(chǎn)量的需要。
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