[發明專利]一種齒輪齒面噴丸強化精整方法

有效

• 申請號: 201410765767.3
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104451079A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 陳強;劉康;吳剛;劉聰敏
• 申請（專利權）人: 南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 何朝旭

技術領域

本發明涉及一種齒輪齒面處理方法，尤其是一種齒輪齒面噴丸強化精整方法，屬于金屬零件表面處理技術領域。

背景技術

齒輪的疲勞和磨損是齒輪零件發生失效的主要模式。為了提高齒輪強度，延長其齒輪壽命，常常采用噴丸強化工藝在齒輪表面形成一層殘余壓應力層。

噴丸強化的主要作用是借助高速運動的彈丸沖擊零件表面，使其發生彈塑性變形，從而產生殘余壓應力和組織細化等有利的變化，但同時由于輪齒表面變形也增加了齒面粗糙度。而齒輪在工作時其嚙合齒表面承受較大的既有滾動又有滑動的劇烈摩擦和接觸疲勞應力，如果齒面粗糙度較高，則會顯著降低齒輪齒面的耐磨性、疲勞強度和接觸剛度，從而影響齒輪配合的穩定性，縮短齒輪壽命。

為了降低齒輪齒面粗糙度，提高齒面及齒形精度，現有的工藝均是在噴丸后對齒輪進行磨齒處理，但磨齒會去除齒面經噴丸強化處理后所形成的有利的壓應力層，一般規定磨削量不得超過噴丸弧高值的10％，該磨削量很難保證磨齒后的齒輪達到規定的精度。結果，為了滿足齒形精度要求，在生產中只能增加磨削量，犧牲了噴丸強化效果。

為了保證齒輪噴丸強化效果，可以在齒輪磨齒后進行噴丸，這就需要對強化噴丸后的齒輪齒面進行精整處理，以抑制齒面的粗糙度。通常噴丸精整工藝采用雙彈丸進行兩次噴丸處理，第一次噴丸采用粒徑較大的第一彈丸對齒輪齒面進行強化噴丸，然后采用玻璃丸或陶瓷丸等小粒徑的第二彈丸進行第二次精整噴丸。該工藝操作復雜，需要在第一次強化噴丸后完全更換噴丸設備中的彈丸，然后進行二次精整噴丸；或者需要至少兩臺噴丸設備，因此增加了噴丸設備投入成本，并且齒輪在噴丸過程中需要兩次裝夾，工藝時間長，增加了齒輪制造成本。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述現有技術存在的缺點，提出一種在滿足齒面強化要求的同時、又能最大限度抑制齒面粗糙度，并且工藝過程簡單的齒輪齒面噴丸強化精整方法。

研究表明，對于特定材質零件的噴丸處理，其表面的強化以及粗糙度與彈丸直徑、彈丸硬度、噴嘴與工件表面距離、噴嘴氣壓、彈丸流量、噴丸時間決定的覆蓋率一系列參數有關。因此是否可以打破常規，只采用一臺噴丸設備，通過合理選擇控制上述參數，以達到上述發明目的，成為申請人攻關的課題。

理論和試驗證明，如圖1所示，高強度強化噴丸會增加工件表面粗糙度，因為當彈丸在撞擊工件表面時，工件表面原始的微觀幾何形態被破壞，在工件表面形成凹痕，同時在凹痕的周圍會形成波峰，彈丸粒徑越大，噴丸強度越大，凹痕的半徑越大，則形成的波峰越大；噴丸覆蓋率的增加是從單個凹痕到凹痕重疊的過程，在一定條件下，隨著覆蓋率的增加，表面高低不平的程度增加，噴丸后的表面被大量彈丸撞擊形成的凹痕所覆蓋，形成波峰波谷的表面，表面粗糙度增大。

齒輪在噴丸前磨削表面存在加工紋理，如圖2所示，這些紋理主要是砂輪粘著引起的表面缺陷，噴丸處理后，材料表面發生塑性變形，勢必引起表面粗糙度的變化。

理想狀態下，機加工后材料齒面粗糙度Rai＝a+b，式中：Rai——機加工后的齒面粗糙度，μm；a—波峰的高度，μm；b—波谷的深度，μm。

噴丸處理后，由于彈丸對于噴丸齒面的作用深度D(本文的作用深度是指彈丸撞擊工件表面時所形成凹坑的深度，參見圖1，μm)不同，噴丸后的表面粗糙度Ras(μm)將出現以下幾種情況：

當D≤a時，有:Ras＝a-D+b＝Rai-D，如圖2中D＝D1，在此范圍Ras隨D的增大而減小，此時彈丸撞擊齒面時的能量主要被波峰材料所吸收，因而能夠降低波峰的高度，改善齒面粗糙度；

當a＜D≤a+b時，有:Ras＝b，如圖2中D＝D2，此時波峰被完全去除，在此范圍內，噴丸后的齒面粗糙度Ras不隨D改變，彈丸作用層深度D最大影響至波谷的深度，即能達到最大限度抑制粗糙度的效果；

當D＞a+b時，有:Ras＝D-(a+b)＝D-Rai，如圖2中D＝D3，在此范圍Ras隨D的增大而增大，此時彈丸作用層深度大于波谷的深度，增加噴丸強度，則齒面粗糙度增加。

在常規設備條件下，齒輪磨齒后的齒面粗糙度約為0.6μm，也即由于齒面強化噴丸后的作用深度D大于其磨削后的因此強化噴丸后彈丸撞擊齒面所形成的凹痕深度將遠大于其波谷的深度(參見圖2中D3)，齒面粗糙度加大在所難免；而在強化噴丸之后，控制低強度再次噴丸，使之處于a＜D≤a+b的狀態，則彈丸將主要對原先的波峰起平整作用，即彈丸會撞擊已經形成的波峰，降低該波峰的高度，從而達到抑制齒面粗糙度的理想效果。