1 齒輪噴丸強(qiáng)化的基本概念及原理

?1.1 齒輪噴丸強(qiáng)化的基本概念

噴丸強(qiáng)化 工藝是利用高 速噴射 的彈丸流連續(xù) 不斷地撞擊齒面的過(guò)程 ，如 同無(wú)數(shù)小錘對(duì)齒 面進(jìn)行 錘擊 ，使齒 面產(chǎn) 生非均勻性 的塑性變形 ，使 齒面產(chǎn) 生一定厚度的冷作硬化層 ，這一硬化層即齒 面的強(qiáng) 化層 ，由此導(dǎo)致工件表層 (含次表層 )材料的顯微組 織發(fā)生有利 的變化 ，并引入殘余 壓應(yīng)力場(chǎng) ，達(dá)到提 高齒輪疲勞強(qiáng) 度和提高使用壽命 的一 項(xiàng)表面冷處理強(qiáng)化技術(shù)。 噴丸強(qiáng)化也稱之為強(qiáng)化噴丸或受控噴丸 。

1.2 齒輪噴丸強(qiáng)化的重點(diǎn)部位

因傳遞扭 矩而使齒 根部位受 到很 大 的交變 彎曲應(yīng)力 ，特別是 齒根處要有 足夠的強(qiáng)度 。因此 ，齒 輪噴丸強(qiáng)化的重點(diǎn)部位 :

1 ) 在 滲 碳 淬 火 后 需 磨 齒 的 齒 輪 ，不 論 采 用 哪 一 種磨齒工藝 ，齒輪噴丸強(qiáng)化的重點(diǎn)是對(duì)齒根部 位的 強(qiáng) 化 ;

2)經(jīng)表面淬火或輝光離子氮化后不需磨齒的 齒輪，齒輪噴丸強(qiáng)化的重點(diǎn)仍是對(duì)齒根部位 的 強(qiáng)化。

1.3 齒輪噴丸強(qiáng)化的原理

齒輪噴丸強(qiáng)化是一種受控 的噴丸技術(shù) ，是將高 速 的彈丸流連續(xù)不斷撞擊齒 面、齒根部位 ，使齒 輪 在彈丸流的撞擊作用下發(fā)生塑性變形(塑性變形層 的厚度通常處于 0.1~0.5mm之間)。這一影響延 伸到齒輪材料的表層 ，在表層下產(chǎn) 生較高 的殘余壓 應(yīng)力 、加工硬化 和形變 組織細(xì)化等有 利的變化 ，抵 消不 良的拉應(yīng)力 ，該殘余壓應(yīng)力延緩了疲勞斷裂 的 形成 ，有效地提 高了齒輪的抗 彎曲疲 勞強(qiáng)度 ，延長(zhǎng) 了齒 輪 的使 用 壽命 。

材料表面層 內(nèi)的形變具 有塑性循環(huán)變形 的特 性。循環(huán)應(yīng)變的結(jié)果使材料的表面形成“循環(huán)硬 化”層或 “循環(huán) 軟化”層 ，統(tǒng)稱循 環(huán)應(yīng)變層 ，簡(jiǎn) 稱應(yīng) 變層 。

應(yīng) 變 層 內(nèi) 發(fā) 生 兩 種 變 化 :組 織 結(jié) 構(gòu) (位 錯(cuò) 密 度 及形態(tài) 、亞晶粒尺寸、相轉(zhuǎn)變等)的變化和殘余應(yīng)力 的變化 。合理地控制應(yīng)變層 內(nèi)的這些變化 ，可 以改 善零件的表面完整性 ，從 而可 以提高零件在 室溫下 和某些零件在 高溫條件下 的疲勞斷裂抗 力和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂抗力。

2.齒輪噴丸強(qiáng)化的工藝參數(shù)

影響噴丸強(qiáng)化效果的工藝參數(shù) : 彈丸種類、彈丸直徑、彈丸速度、彈丸流量、噴射角度 、噴射距離 、噴射 時(shí)間、噴丸強(qiáng)度等 。其 中任 何一個(gè)參 數(shù) 的變化都會(huì)不 同程度地影 響噴丸強(qiáng)度 和覆蓋率 ，從而影響噴丸強(qiáng)化 的效果 。測(cè)評(píng) 噴丸強(qiáng) 化質(zhì)量有兩個(gè)基本參數(shù) :即噴丸強(qiáng)度 和覆蓋率。覆 蓋率是通過(guò) 目測(cè) ，而 噴丸強(qiáng)度需利用阿爾門試 片進(jìn)?行測(cè)量 。

2.1 噴 丸 強(qiáng) 度 的 測(cè) 量 和 ALM EN 試 片 及 圖 紙 上 標(biāo) 注方法

2.1.1 噴丸強(qiáng)度的基本概念和測(cè)量方法

1 ) 阿 爾 門 (A L M E N ) 弧 高 值 測(cè) 定 法 。 目 前 國(guó) 內(nèi) 外 應(yīng) 用 最 廣 的 方 法 是 采 用 美 國(guó) SAE442A 和 SA E 443 標(biāo) 準(zhǔn) 中 規(guī) 定 的 阿 爾 門 (A LM E N )弧 高 值 測(cè) 定法 ，即使用 一定規(guī)格 的彈 簧鋼試片 ，通過(guò) 檢測(cè)噴 丸強(qiáng)化后 的形狀變化來(lái)反映噴丸效果 ，具體測(cè)量方?法 見(jiàn) 圖 1所 示 ;

2)殘余壓應(yīng)力檢測(cè)法。采用美國(guó) SAEJ784A 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的檢測(cè)方法，經(jīng)噴丸強(qiáng)化后的齒輪進(jìn) 行 殘 余 應(yīng) 力 的 檢 測(cè) ，常 用 的 檢 測(cè) 方 法 為 X 射 線 衍 射法。

2.1.2 ALMEN試片

1)材 料 :70號(hào) (或 65M n)冷 軋 彈 簧 鋼 帶 ; 2)采用弧高度試片測(cè)定受噴齒輪的強(qiáng)度，其試片規(guī)格與技術(shù)要求詳見(jiàn)表 1。

試片的應(yīng)用范圍見(jiàn)表2所示

在 弧 高 為 0.10~ 0.60 ITlrn 的 噴 丸 強(qiáng) 度 范 圍 內(nèi) ，使用 試 片 A ;強(qiáng) 度 低 時(shí) 使 用 試 片 N ;強(qiáng) 度 高 時(shí) 使 用 試 片 C 。

2.1.3 齒輪噴丸強(qiáng)化在圖紙上的標(biāo)注方法

包括測(cè)量?jī)x讀數(shù)和使用 的試片類 型，例如: 0.45 A

0.45 表 示 測(cè) 量 儀 讀 數(shù) :0.45 m m

試 片 型 號(hào) 為 :A 型 2.2 覆蓋率

受噴零件表面上 彈痕 占據(jù)面積 與受噴表 面總 面積之 比為表面覆蓋 率簡(jiǎn)稱覆蓋率 。以百分?jǐn)?shù) 表 示，完全覆蓋是覆蓋率大于或等于100 。由于覆 蓋率是根據(jù)彈坑所 占面積數(shù)據(jù)計(jì)算而得 ，當(dāng)覆蓋率 很高時(shí) ，彈坑不易分辨 ，準(zhǔn)確測(cè)量面積甚為困難 ，而 98 的測(cè)量試驗(yàn)較易進(jìn)行 ，因此以 98 的數(shù)字定義 為i00 的覆蓋率，而2倍于1009/6覆蓋率時(shí)間所達(dá)到的覆蓋率定義為200 的覆蓋率，以此類推。 2.2.1 覆蓋率常用的檢驗(yàn)方法

1)目視檢驗(yàn)法。用 10~40倍放大鏡 目測(cè)檢查覆 蓋 率 ; 2)熒 光 追 蹤 器 檢 驗(yàn) 法 。 對(duì) 于 目 標(biāo) 覆 蓋 率 的 檢 驗(yàn) 非常有效，同時(shí)可確保其再現(xiàn)性。用熒光追蹤器在掃 描表面時(shí)的顏色來(lái) 判斷 ，如果 在 紫外光 下沒(méi)有 任何 顏 色 顯 示 ，則 表 明 工 件 表 面 已 達(dá) 到 100 覆 蓋 率 。

檢查覆蓋率時(shí)，應(yīng) 以檢查工件為準(zhǔn)，而不是 ALMEN試片，應(yīng)該檢查實(shí)際工件所有要求噴丸的區(qū)域是否全部被覆蓋。

2.2.2 覆蓋率與噴丸強(qiáng)度的關(guān)系

在其它參數(shù) 固定 的條件下 ，覆蓋率取決 于噴丸 時(shí)間。因此 ，覆蓋率和噴丸強(qiáng)度之間存在有 內(nèi)在聯(lián) 系 ，覆蓋率和噴丸強(qiáng)度共 同影響噴丸作用效果 。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，噴丸達(dá)到3O 的覆蓋率時(shí)，疲勞強(qiáng) 度就有明顯變化 ，隨覆蓋率增 大，疲 勞強(qiáng)度增加 ，當(dāng) 覆蓋率超過(guò)80 之后，疲勞強(qiáng)度增加變緩。

2.3 彈丸的質(zhì)量和種類及彈丸硬度的選擇

2.3.1 彈丸的質(zhì)量

彈丸質(zhì)量和彈丸速度 ，決定 了噴丸強(qiáng)化效果的穩(wěn)定性。對(duì)一定噴丸設(shè)備 和工件而言，彈丸質(zhì)量對(duì) 噴 丸 強(qiáng) 化 效 果 影 響 很 大 ，一 般 規(guī) 律 是 :1)彈 丸 直 徑 小 ，工 件 表 面 殘 余 應(yīng) 力 較 高 ，但 強(qiáng) 化 層 較 淺 ; 2 ) 彈 丸 直徑大，工件表面殘余應(yīng)力較低，但強(qiáng)化層較深; 3)彈 丸 直 徑 增 加 ，噴 丸 強(qiáng) 度 也 增 加 ;4)彈 丸 速 度 增 加 ，噴丸強(qiáng)度 、表面壓力和強(qiáng)化層深三者均增加。

2.3.2 彈丸的種類

在齒輪的噴丸強(qiáng)化中，常用的彈丸有 以下幾 種 :鑄鐵彈丸、鑄鋼 彈丸、不銹鋼 彈丸、鋼絲切 割彈 丸、玻璃彈丸 、陶瓷 彈丸 ，其 中最有發(fā)展前途 的彈丸 為鋼絲切割丸。

2.3.3 彈丸硬度的選擇

選擇彈丸時(shí) ，應(yīng)使彈丸 的硬度大于或等于齒輪 噴丸表面的硬度，TEREX礦用汽車傳動(dòng)齒輪原版 圖紙中，齒面的硬度要求在 58~62HRC，因此最好 選用硬度為 55~65HRC的彈丸，同時(shí)要求彈丸硬 度的一致性要好 ，以便噴丸強(qiáng)化后得到滿意的壓應(yīng)力效果和表面強(qiáng)化層深度 。

3 齒輪噴丸強(qiáng)化的注意事項(xiàng)

?(1)對(duì)齒輪的無(wú)損檢測(cè) (磁粉探傷和著色探傷)應(yīng)在齒輪噴丸強(qiáng)化前進(jìn)行 ，因?yàn)閲娡鑿?qiáng)化時(shí)表面的 塑性流變會(huì)將細(xì)微裂紋掩蓋起來(lái) 。

(2)較高的溫度 (232°C以上)會(huì)使 殘余 壓應(yīng)力 釋放 ，削弱噴丸效果 。據(jù)有關(guān)資料表 明:西安交 大 何家文教授對(duì)這種壓應(yīng)力進(jìn)行 了專 門研究 ，該壓力 隨溫度 的上升而逐漸衰減 ，一般在 400°C左右就衰 減完畢。因此 ，所有的熱處理工藝必須在噴丸之前 完成 。

(3)一般來(lái)說(shuō) ，所有 的機(jī) 械加工也應(yīng)在 噴丸強(qiáng) 化前完成 。齒輪噴丸強(qiáng)化前應(yīng) 檢查所有 的加 工項(xiàng) 目，是否符合 圖紙的要求 ，包括尺寸 、形位公差 、表面 粗 糙 度 等 要 求 (含 內(nèi) 、外 圓 角 及 拋 光 要 求 等 )。 (4)齒輪噴丸強(qiáng)化前應(yīng)清除零件表面 的灰塵、 油污、腐蝕物等 ，除另有規(guī)定者外 ，也應(yīng)去除零件 的防護(hù)層 。

(5)如果在齒根部位存 在明顯 的加工 刀痕 ，就應(yīng)施 以足夠 的噴丸強(qiáng)度 以產(chǎn)生足夠 的壓 應(yīng)力深度 來(lái)抵消刀痕 的不利作用 。噴丸時(shí)所用 的彈丸丸粒 直徑，應(yīng)小于齒根過(guò)渡圓角 曲率半徑的一半 。

（6）目前國(guó)外對(duì)齒輪的殘余應(yīng)力要求為-?800MPa —— -1200MPa，單純靠滲碳淬火很難達(dá) 到 ，通過(guò)二次噴丸強(qiáng)化 (也有稱之為復(fù)合噴丸)就可 以滿足這一要求。噴丸強(qiáng)化所形成的殘余壓應(yīng)力 值 ，通過(guò) X射線衍射應(yīng)力測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定 。

(7)在 圖紙 中規(guī)定 禁止噴丸 的部位 ，應(yīng)加 以保 護(hù) ，采 取 遮 蓋 措 施 。

(8)在噴丸過(guò)程中，彈丸尺寸和形狀必須嚴(yán)格 控制 ，盡量減少破裂的碎粒 。因?yàn)檫@些帶尖棱角狀 的碎粒會(huì)損傷齒輪 的表面;應(yīng)該定期對(duì) 彈丸進(jìn)行檢 查 ，以控制彈丸 的尺 寸和形狀在規(guī)定 的范 圍內(nèi);彈 丸質(zhì)量應(yīng)符合以下兩點(diǎn)的要求:1)彈丸必須具備一 定的沖擊韌性，其幾何形狀應(yīng)接近于球形，切忌帶尖棱角狀 ;2)在噴丸和 內(nèi)循 環(huán)使用的彈丸總量 中， 符合名義尺寸的彈丸，按重量計(jì)算不得少于 80 。

(9)測(cè) 量 時(shí) 所 用 的 標(biāo) 準(zhǔn) 弧 高 度 ALM EN 試 片 應(yīng)符 合 表 1的 規(guī) 定 。
弧高度測(cè)量裝 置包括 固定試 片夾具及 弧高度的測(cè)量應(yīng)符合噴丸強(qiáng)化測(cè)量及試片弧高圖中的 規(guī)定。

4 齒輪噴丸強(qiáng)化的質(zhì)量控制

(1)根據(jù)齒輪 的工作 狀態(tài)及對(duì)性 能的要求 ，噴丸強(qiáng)度值根據(jù)產(chǎn)品圖樣 的技術(shù)要求而定，一般為 0.35 A 以 上 。

(2)表面覆蓋率應(yīng)符 合圖紙 的技術(shù) 要求 ，一般 應(yīng) 不 低 于 200 ，美 國(guó) TEREX 礦 用 汽 車 重 載 齒 輪 齒 面 覆 蓋 率 要 求 為 30 09/6。

(3)對(duì)不同的齒輪應(yīng)選用合適的噴丸強(qiáng)度，對(duì)于 極薄的或小斷面的零件 ，不得選用較高的噴丸強(qiáng)度 ，以防在零件的中心部位產(chǎn)生殘余應(yīng)力而引起變形 。

(4)對(duì) 齒面覆蓋率不夠 的齒 輪 (簡(jiǎn)稱 為欠 噴)，可以補(bǔ)噴至要求 ;齒面過(guò)渡 噴丸強(qiáng)化 的齒輪 (簡(jiǎn)稱 為過(guò)噴)應(yīng)加 以避免 ，過(guò)噴容易在齒 面產(chǎn)生微 細(xì)裂紋而產(chǎn)生疲勞源 ，成為齒 輪抗疲勞長(zhǎng) 壽命 的隱患。 因此 ，對(duì)過(guò)噴應(yīng)引起足夠的重視 。

(5)噴丸強(qiáng)化后的齒輪除用噴丸方法外，不得 采用其他任何機(jī)械方法校形 。

(6)強(qiáng) 化 噴 丸 后 ，如 需 對(duì) 齒 輪 進(jìn) 行 加 熱 ，加 熱 溫 度 應(yīng) 控 制 在 200 °C 范 圍 以 內(nèi) 。

(7)已噴丸強(qiáng)化的齒輪表面如需進(jìn)行磨削或拋 光時(shí)，去除的表面深度不超過(guò)噴丸強(qiáng)度試片 A弧高 值 的 1O 。

(8)不應(yīng)在齒輪噴丸強(qiáng)化后的部位做硬度試驗(yàn)。

(9)齒 輪 噴 丸 強(qiáng) 化 后 應(yīng) 防 止 腐 蝕 ，直 到 下 一 工序 。

5 齒輪噴丸強(qiáng)化后在磨齒中的注意事項(xiàng)

?5.1 磨齒工藝的簡(jiǎn)介

1)先噴丸強(qiáng)化再磨齒 的工藝 (在國(guó)內(nèi)應(yīng)用這一 工藝的廠家比較多見(jiàn));2)先磨齒再噴丸強(qiáng)化 的工 藝(這一工藝國(guó)外 比較多見(jiàn)，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的廠家 較少)。

5.2 兩種工藝在磨齒中均不允許磨削齒根部位

不允許磨削齒根部位具有以下好處 : 1)避免熱處理后齒根硬度 的降低 ，保持滲碳淬火及噴丸強(qiáng)化后 在齒根形成 負(fù)的壓應(yīng)力層 。一旦 齒根部位被磨削，不但在齒根部位會(huì)喪失有利 的殘 余壓應(yīng)力 ，還會(huì)在齒 根部位產(chǎn)生有 害的拉應(yīng)力 ，將 會(huì)對(duì)齒輪的疲勞強(qiáng)度和使用壽命帶來(lái)嚴(yán)重的威脅 ; 2)齒根溝槽槽底狹 小，散熱 能力 差，以及 過(guò)度 曲線處余量大小變化大 ，砂輪工作條 件差 ，在磨齒中容易產(chǎn)生磨削燒傷和磨削裂紋 ; 3)齒根槽底磨削條件差 ，砂輪外 圓磨粒容易脫落和磨損 ，從而影響磨齒質(zhì)量 ; 4)從抗斷齒能力來(lái)看 ，齒根處要有一定量的根切 ，齒根沒(méi)有一定 的根 切量 ，磨齒 時(shí)不可避免地在 齒根產(chǎn)生凸臺(tái)，這將造 成嚴(yán)重 的應(yīng)力集 中 ，對(duì)抗 斷 齒能力影響很大，發(fā)生凸臺(tái)是絕對(duì)不允許的。

總之 ，齒輪噴丸強(qiáng)化后不磨齒根可 以顯著地提 高齒輪的疲 勞強(qiáng)度和承 載能力，避免磨 齒損傷 ，提 高磨齒質(zhì)量 ，降低磨齒負(fù)荷 ，提高生產(chǎn)率 。

5.3 兩種 工藝在磨 齒 中只允許 磨 削漸開(kāi) 線齒 形?部分

現(xiàn)代重載硬齒 面齒輪在磨齒 中的磨削部位 只 磨漸開(kāi)線起始圓以上 ，漸開(kāi)線 終止圓以下的漸開(kāi)線 齒形部分。

5.4 為實(shí)現(xiàn)不磨齒根必須采用磨前滾刀進(jìn)行齒形 的 預(yù)加工

對(duì) 磨 前 滾 刀 簡(jiǎn) 介 :
用普通的齒輪滾刀已經(jīng)無(wú)法滿足以上的工藝要求，因此在滾齒中，必須使用有觸角的磨前滾 刀。磨前滾刀與普通滾刀 的不 同之處在于磨前 滾刀 的刀齒 的頂部采用 帶觸角 的刀頭 ，見(jiàn) 圖 2(a)?所 示 。

在齒輪齒根處有一定量的根切 ，目的是使被加 工齒輪的齒根部位預(yù)先成型 ，同時(shí)將齒 面大部分余 量切除 ，在齒形齒厚 處均勻 留出磨 齒時(shí) 的余量 ，見(jiàn) 圖 2(b)所 示 。 以 便 滲 碳 淬 火 及 噴 丸 強(qiáng) 化 后 ，在 磨 齒 中實(shí) 現(xiàn)不 磨齒 根 的要 求 。

6 部分齒輪生產(chǎn)廠家在齒輪噴丸強(qiáng)化上存在的誤 區(qū)?

(1)部分齒輪生產(chǎn)廠家的有關(guān)人員錯(cuò)誤認(rèn)為:長(zhǎng)期 以來(lái) 出廠 的齒輪也沒(méi)有做噴丸強(qiáng)化不是也賣 出去了嗎?”;“生產(chǎn) 的齒輪 只要 能用就行 了”，認(rèn)為 齒輪強(qiáng)化 噴丸是 多此一舉 。需 方提供 的圖紙上注 明要求噴丸強(qiáng)化 ，也 因此取 消了。需方 的有關(guān)人員 不專業(yè) ，圖紙上雖有 噴丸強(qiáng)化 的要 求 ，但在 入廠驗(yàn) 收時(shí) ，僅僅 只對(duì)加工 尺寸、公法線 或跨棒距 進(jìn)行復(fù) 檢作為驗(yàn) 收時(shí)的依 據(jù)。而對(duì) 噴丸強(qiáng)化方 面往往被 忽略不作要求，供需雙方在噴丸強(qiáng)化方面沒(méi)有制 約，圖紙上對(duì)噴丸強(qiáng)化 的要求形 同虛設(shè) ，也 是噴丸強(qiáng)化得不到落實(shí)的一個(gè)原因所在。

總之 ，對(duì)齒 輪噴丸強(qiáng)化 的作用認(rèn)識(shí) 不足 ，對(duì)這一?重要 的工藝措施 尚未引起足夠 的重視 。所 謂 國(guó) 產(chǎn)齒輪比不上進(jìn) 口齒輪 ，這也許是其中原因之一?。

(2)部分的齒輪廠家誤認(rèn)為 :“拋丸清理機(jī) 一噴 丸強(qiáng)化機(jī)”;“齒輪只要經(jīng)過(guò)拋丸清理，就已經(jīng)噴丸 強(qiáng)化 了。”

“拋丸清理機(jī)”的主要功能:
1)對(duì) 鑄 件 毛 坯 的 清 砂 清 理 ;
2)對(duì)鍛件 毛坯及熱處理 以后 的工件表 面氧化皮進(jìn)行清理。
拋丸清理機(jī) 是利用旋轉(zhuǎn) 的葉輪產(chǎn)生 的離 心力將彈丸加速拋 向工件 ，拋 出的是扇形彈丸流。彈丸 的出口速度與葉輪 的轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)直徑成正 比，一般 轉(zhuǎn)速在2000~3000n/min，拋丸的投射速度(VJ速 度)為 50~60m/s，最高時(shí)可達(dá)到 75m/s。

噴丸強(qiáng)化機(jī)利用壓縮 空氣直接噴射 ，彈丸 由噴 嘴噴出 ，可 以通過(guò)控制 噴丸壓力 、噴丸流量等工 藝 參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)彈丸的噴射速 度，彈丸的出 口速度一般控制在 80~200m/s，最大時(shí)可達(dá)到 220m/s。另外 噴嘴噴出的噴丸噴射面積小，可根據(jù)噴 嘴直徑集中 噴 射 在 +15~ 30 m m 的 范 圍 內(nèi) ，從 而 實(shí) 現(xiàn) 局 部 噴 丸 ， 例如只對(duì)齒輪齒根部位的強(qiáng)化噴丸。

齒輪噴丸強(qiáng)化的設(shè)備銘牌上標(biāo)記的是 “齒輪噴 丸強(qiáng)化機(jī)”，以清理 為 目的的設(shè)備 銘牌上標(biāo)記 就是 “拋丸清理機(jī)”，不是同一檔次，根本無(wú)法替代。因 此“拋丸清理機(jī)”的作用以清理為主，對(duì)齒輪強(qiáng)化的 作用非常有 限。

“拋丸清理機(jī)≠噴丸強(qiáng)化機(jī)”。

(3)什么才是真正的齒輪噴丸強(qiáng)化 。噴丸強(qiáng)化 最大的特點(diǎn)是一種受控的噴丸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)齒輪真 正的噴丸強(qiáng)化就必須采 用受控 的噴丸設(shè) 備——齒 輪數(shù)控噴丸強(qiáng)化機(jī) 。數(shù)控機(jī)械手 噴丸強(qiáng)化機(jī)是實(shí) 現(xiàn) 高 精 度 數(shù) 控 噴 丸 強(qiáng) 化 的 專 用 機(jī) 械 ，主 要 由 噴 丸 室 、數(shù)控機(jī)械手 噴槍運(yùn)行 機(jī) 構(gòu)、工 件運(yùn)行 機(jī)構(gòu) 、丸 料回收機(jī)構(gòu) 、丸 料分離 機(jī)構(gòu) 、彈丸 發(fā)生 機(jī)構(gòu) 、除塵 機(jī)構(gòu)、電器控制系統(tǒng)等部件組成。國(guó)內(nèi)噴丸強(qiáng)化 機(jī)的制造廠家已生產(chǎn)出 5軸 4聯(lián)動(dòng)、7軸 5聯(lián)動(dòng)、 轉(zhuǎn)盤 回轉(zhuǎn)式等多款 數(shù)控機(jī)械手噴丸強(qiáng)化設(shè) 備。他 們 的性能具 有共 同的特點(diǎn) :噴槍運(yùn)行 機(jī)構(gòu) 可根據(jù) 工件的具體形狀進(jìn)行預(yù)設(shè)定，能執(zhí)行直線、擺動(dòng)、 旋轉(zhuǎn)等多軸運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行誤差小，重復(fù)精度高;噴丸 壓力 、彈丸流量 、噴射 角度等影響噴丸強(qiáng)化效果 的 核心參數(shù)全 由數(shù)字 控制 ，精度高 ;丸料 回收采用先進(jìn)的蜂窩地板氣力回收技術(shù)，無(wú)需人工，數(shù)控系統(tǒng)，界面人性化。從而能保證實(shí)現(xiàn)真正的噴丸強(qiáng) 化效果。

在噴丸強(qiáng)化設(shè)備方面 ，江蘇世紀(jì)銘豐科技有限公司率先自主研發(fā) 的數(shù)控噴丸強(qiáng)化機(jī) ，一舉填補(bǔ) 了 國(guó)內(nèi)市場(chǎng) 的空 白，已經(jīng)取代進(jìn) 口機(jī)床，成為市場(chǎng)首選。

7 齒輪噴丸 強(qiáng)化 的實(shí)際效果

7.1 噴丸強(qiáng)化能顯著提高齒輪的疲勞強(qiáng)度

1)齒輪經(jīng)噴丸強(qiáng) 化后 ，顯微 硬度可 明顯 提高 ， 這是由于受到高的殘余壓應(yīng)力 、表面加工硬化和組 織細(xì)化綜合作用 的結(jié)果 ;

2)齒輪在熱處理后 ，齒面接受高速噴射 的彈丸 流連續(xù)不斷地撞擊，可將殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏 體 ，馬氏體針 明顯較 未噴丸 的齒 輪細(xì)小致密 ，起到 了細(xì)化馬氏體亞結(jié)構(gòu) 的作用 ，有利于殘余壓應(yīng)力 的提高; 3)當(dāng)齒根存在微細(xì)裂紋時(shí)，殘余壓應(yīng)力可抑制裂紋的擴(kuò)展;當(dāng)殘余壓應(yīng)力層深約為裂紋深度 5倍 時(shí)，即可消除裂紋 的影響。殘余壓應(yīng)力對(duì)齒輪彎 曲 疲勞強(qiáng)度影響很大 ，齒 面的殘余壓應(yīng)力可 降低彎 曲 拉應(yīng)力 的峰值 。齒輪經(jīng)噴丸強(qiáng)化后 ，最大 的殘余壓 應(yīng) 力 值 是 位 于 齒 面 下 約 0.05 m m ~ O.1 m m 處 ，其殘 余 壓應(yīng) 力可 高達(dá) 一8O0~ 一120MPa; 4)通過(guò)噴丸強(qiáng)化能把齒 面在熱處理過(guò) 程 中形 成的不 良組織 (如滲碳齒輪表面 的黑色組織——非馬氏體 、內(nèi)氧化 、脫碳層及過(guò) 多的殘余奧氏體組織) 對(duì) 性 能 的 影 響 ，降 低 到 最 小 程 度 。

7.2 噴丸強(qiáng)化能顯著提高齒輪的使用壽命

根據(jù)國(guó)內(nèi)、外有關(guān) 資料表 明，對(duì) 承受循 環(huán)彎 曲 交變載荷的齒輪進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，可有效地提 高其疲 勞極限，噴丸強(qiáng)化特別能有效地提高應(yīng)力集 中部位 的疲勞強(qiáng)度 ;可消 除機(jī)械加工過(guò)程 中(如對(duì)齒 輪齒 面的磨削及軸類齒輪 校形處理)所產(chǎn)生 的拉應(yīng)力 ; 同時(shí)改善齒輪因連續(xù)刀痕或凹槽 、孔和過(guò) 渡圓角等 結(jié)構(gòu)因素所導(dǎo)致 的應(yīng) 力集 中現(xiàn) 象。噴 丸強(qiáng)化后能 顯著減小齒輪使用壽命的分 散性 ，可延長(zhǎng)齒輪 的使 用壽命幾倍 、幾十倍 、甚至幾百倍 。

8 我單位齒輪噴丸強(qiáng)化 的現(xiàn)狀?

8.1 對(duì)齒輪噴丸強(qiáng)化的要求

我單位按美 國(guó)原版圖紙生產(chǎn) 的齒輪種類較多 ， 現(xiàn) 僅 以 TEREX 3 31IE 礦 用 汽 車 傳 動(dòng) 齒 輪 件 號(hào) (9195847)的 齒 輪 為 例 ，該 齒 輪 在 原 版 圖 紙 上 對(duì) 齒 輪噴丸強(qiáng)化的要求是:1)對(duì)齒根部位采用鋼絲切割丸進(jìn)行強(qiáng) 化 ;2)噴丸 強(qiáng)度要求:阿爾門弧高0.55mmA;3)覆蓋率30 。?

8.2使用的設(shè)備

兩 臺(tái)吊鉤式拋丸清理機(jī)。

8.3 對(duì)強(qiáng)化后的齒輪送檢

將我單位在拋丸清理機(jī)上強(qiáng)化 的三個(gè)件號(hào)為 (9274893)齒 輪 ，送 上 海 交 通 大 學(xué) 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué)院做 x射線殘余壓應(yīng)力檢測(cè)。檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表 3。

現(xiàn)就檢測(cè)報(bào)告的內(nèi)容說(shuō)明如下 :
1)齒 輪 No1— — 系 我 單 位 強(qiáng) 化 的 齒 輪 ; 2)齒輪 No2、齒輪 No3——系上江蘇世紀(jì)銘豐科技限公司在齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)上所做的齒輪 。 結(jié) 論 :齒 輪 Nol不 合 格 。

齒 輪 No2和 齒 輪 No3合 格 。 8.4 送檢的Nol齒輪不合格的主要原因

1)拋丸清理機(jī)對(duì)齒輪的強(qiáng)化 的作用非常有 限， 也即“拋丸清理機(jī)≠齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)”;

2)對(duì)齒 輪噴丸強(qiáng)化認(rèn)識(shí) 不足、重 視不夠 ，缺乏 全 面 的 了解 。

8.5 從根本上解決問(wèn)題的措施

1)選 購(gòu) 真 正 的 齒 輪 噴 丸 強(qiáng) 化 機(jī) ;
2)執(zhí)行正確 的齒輪噴丸強(qiáng)化工藝 ;

3)加大提高操 作工人和質(zhì)檢人 員 的專業(yè)技術(shù)水平的力度，強(qiáng)調(diào)對(duì)每批噴丸的齒輪均有代表批次 的弧高值試片 ;出廠的齒輪應(yīng)有弧高值的報(bào)告 。

9 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) 的不斷加劇 和對(duì) 齒輪壽命要求的不斷提 高，噴丸強(qiáng)化是提 高齒輪 的抗 疲勞性 能， 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命的重要工藝措施之一 ，為 了適應(yīng)市場(chǎng)的 需要 ，提高企業(yè) 的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 能力，對(duì) 礦用汽車重 載 齒輪進(jìn)行真正的噴丸強(qiáng)化勢(shì)在必行 。

10 鳴謝
本文前后經(jīng) 上海交通 大學(xué)材料科 學(xué)與工程學(xué)院姜傳海教授和江蘇世紀(jì)銘豐科技有限公司對(duì)本文在撰寫 中所 給予 的幫 助和指導(dǎo)表 示衷心的感謝 !

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