1 噴丸強(qiáng)化工藝

　　1.1 目的

　　通過噴丸強(qiáng)化在零件表面形成的殘余應(yīng)力來降低零件工作負(fù)荷對 疲勞應(yīng)力和應(yīng)力腐蝕的影響。

　　1.2 定義

　　噴丸強(qiáng)化中的定義：

　　(1)噴丸。“噴丸”是一種利用高速噴射的彈丸流來撞擊零件表面， 使零件獲得較高的疲勞強(qiáng)度的工藝方法。(2)噴丸強(qiáng)度。它反映金屬表 層被彈丸打擊的程度、產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力大小的程度，在其它噴丸強(qiáng)化工 藝參數(shù)不變的條件下，試片的弧高度值隨噴丸時間而迅速增高，但隨后 逐漸變緩，當(dāng)噴丸到一定時間時，弧高度值達(dá)到一個定值，此值之后，弧 高度值的增加明顯變緩，此值即為“飽和點”，過飽和點后，弧高度值與噴 丸時間呈線性遞增關(guān)系。如果在增加一倍的時間來噴丸，弧高度值增加 也不會超過飽和點處弧高度值的 10%，飽和點處的弧高度值稱為噴丸 強(qiáng)度。(3)表面覆蓋率。噴丸表面的“表面覆蓋率”是在被噴丸零件表面規(guī) 定的區(qū)域內(nèi)，彈痕占據(jù)的表面與要求噴丸強(qiáng)化的表面之間的比值。檢驗 表面覆蓋率有兩種方法：目視檢驗;著色檢驗。(4)飽和時間。“飽和時間” 被定義為以雙倍時間進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，而噴丸試片的弧高度值增加量不 超過 10%時的時間。(5)噴嘴角。噴嘴角時噴嘴對機(jī)床臺面的垂直方向 形成的角度。(6)噴射角。噴射角是噴丸的方向相對于要求噴丸的零件 表面形成的角度。(7)過噴區(qū)。與通過標(biāo)準(zhǔn)試片檢驗的強(qiáng)化噴丸表面相 鄰的不進(jìn)行檢驗的噴丸表面。

　　1.3 彈丸

　　(1)彈丸的規(guī)格、外形及其它技術(shù)要求應(yīng)符合 GB6484，彈丸要盡量 選擇球形的，禁止使用帶有尖邊的、中空的或形狀不規(guī)則的彈丸。(2)彈 丸的選擇原則。a.對表面光度及形位公差無嚴(yán)格要求(或非配合表面)的 大型零件，可采用較大尺寸的彈丸以獲得較高的噴丸強(qiáng)度。b.對表面光 度要求較高的零件(包括配合表面)，應(yīng)采用較小尺寸的彈丸。c.帶有內(nèi) 外圓角、溝槽的零件，彈丸直徑應(yīng)小于內(nèi)外圓角半徑和溝槽寬度的一 半。

　　1.4 噴丸強(qiáng)化的設(shè)備，工裝

　　(1)噴丸機(jī)。噴丸機(jī)主要有兩種類型：氣動式噴丸機(jī)和離心式噴丸 機(jī)。(2)檢驗用篩。檢驗用篩應(yīng)符合 GB6003，用它來檢驗彈丸尺寸，將不 合格的彈丸過濾出去，每次使用完后清理干凈，保證篩孔不被堵塞。(3) 試片。除了由特殊規(guī)定外，試片材料為 70 或 65Mn 冷扎彈簧鋼。標(biāo)準(zhǔn)試 片分三種類型：N 型、A 型、C 型，其規(guī)格尺寸如表 1：

表 1

　　弧高度測具：測量標(biāo)準(zhǔn)試片弧高度值的標(biāo)準(zhǔn)弧高度測具，其結(jié)構(gòu)及 尺寸應(yīng)符合如圖 1 所示。

　　1.5 噴丸過程要求

　　(1)噴丸前零件狀態(tài)。需要噴丸強(qiáng)化的表面應(yīng)清除像黃油，礦物油 等污物。而且不應(yīng)有陽極化膜，電鍍膜，涂層等那樣的表面附著層。需要 噴丸強(qiáng)化的表面內(nèi)腔應(yīng)光滑過渡并且尖邊應(yīng)倒圓。(2)工藝參數(shù)的確定。 工藝參數(shù)主要包括：彈丸直徑、彈丸速度、彈丸流量、噴射角度、噴射距 離、噴丸時間、風(fēng)壓、零件轉(zhuǎn)速和移動速度、噴嘴的移動速度和移動行程 等內(nèi)容，確定工藝參數(shù)按下述步驟進(jìn)行：a.將噴丸試片裝在試片夾具上， 使其處于與零件噴丸部位相同的位置。b.現(xiàn)估計一組參數(shù)調(diào)整噴丸機(jī)。c. 對試片進(jìn)行一定時間的噴丸后卸下，用弧高度測具測量試片的弧高度 值，并且觀察表面覆蓋率。d.對一組試片，選取不同時間重復(fù) a、b、c，以便 獲得數(shù)個試驗數(shù)據(jù)(一般取 6～10 片噴丸)，按所獲得的數(shù)據(jù)，作出如圖的 弧高度曲線，由曲線上的飽和點來確定噴丸強(qiáng)度。

        e.當(dāng)從曲線上得到的噴丸強(qiáng)度未滿足要求時，則重新取一組試片， 調(diào)整工藝參數(shù)后，按以上的步驟重新試驗，直至得到滿足要求的弧高度曲線。

　　(3)零件的保護(hù)。圖中非噴丸的表面應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，避免這些表面受 到彈丸束的打擊而損傷。當(dāng)無法保護(hù)時，必須使這些表面留有足夠的余 量，以去掉受到影響的材料。

　　2 噴丸強(qiáng)化對齒輪的影響

　　2.1 噴丸強(qiáng)化及其對疲勞的影響

　　利用以上原理，通過噴丸強(qiáng)化在零件表面產(chǎn)生一薄薄的高殘余壓 應(yīng)力層，而消除疲勞失效的(2)過程，即可抑制疲勞裂紋的擴(kuò)展。零件剖 面上的應(yīng)力分布可用圖 3 表示。

　　2.2 噴丸強(qiáng)化對齒輪傳動的影響

　　噴丸強(qiáng)化用于傳動齒輪主要是為了：(1)改善齒根圓角的疲勞 強(qiáng)度。(2)提高齒面疲勞壽命，減少疲勞點蝕，增加耐用性。(3)有助于齒 輪或傳動系統(tǒng)的潤滑。(4)噴丸可以消除機(jī)械加工在齒面上形成的橫向 連續(xù)刀痕。

　　2.3 提高齒輪的耐久性與抗點蝕疲勞

　　噴丸強(qiáng)化也可以改善齒表面疲勞壽命。齒輪嚙合時，平行于齒面的 次表面的剪切應(yīng)力使齒部出現(xiàn)疲勞點蝕。由于兩齒輪是沿著節(jié)線呈滾 動嚙合，在節(jié)圓上下所產(chǎn)生的滑差可能高達(dá)40%。這種滑動可能在嚙合 表面下面約 0.15mm 處產(chǎn)生細(xì)微裂紋。這些裂紋向表面擴(kuò)展至該金屬小 楔塊破裂脫落便形成點蝕疲坑。由于裂紋不能向壓應(yīng)力層內(nèi)擴(kuò)展，而噴 丸強(qiáng)化可以得到 0.18mm～0.20mm 厚的壓應(yīng)力層，所以噴丸強(qiáng)化能夠防 止點蝕疲勞。

　　2.4 噴丸強(qiáng)化可以去除連續(xù)刀痕

　　齒輪加工中在齒面上出現(xiàn)的連續(xù)刀痕，可能會導(dǎo)致齒輪斷齒失效。 噴丸強(qiáng)化可以作為將齒面刀痕改善到“允許”狀態(tài)的一種技術(shù)。

　　3 結(jié)束語

　　噴丸強(qiáng)化通常用于如下情況：(1)增加疲勞強(qiáng)度。(2)減少造成齒輪 耐用性能降低的點蝕疲勞，提高齒輪使用壽命。(3)有助于齒輪潤滑。(4)消除了由于加工刀痕引起的齒面應(yīng)力集中，由于噴丸后齒面波痕均勻， 并達(dá)到“安全狀態(tài)”，所以可以消除刀痕造成的應(yīng)力集中。

圖3

　　控制技術(shù)：如果在噴丸強(qiáng)化過程中，應(yīng)用的噴丸控制技術(shù)適當(dāng)，則 該工藝確是改善上述性能的一項很奏效的手段。這些控制技術(shù)如下：(1) 有能夠正確地確定噴丸強(qiáng)度的能力。(2)有能夠即時消除大小和形狀不 合格彈丸的能力。(3)有能夠保證零件噴丸表面噴丸后覆蓋完全的能力。