提高齿轮疲劳寿命的喷丸技术

喷丸强化是一种受控喷丸技术，不同于喷丸清理。喷丸清理以去除工件表面油污、氧化皮、锈蚀和机械加工毛刺为目的。齿轮表面的喷丸强化主要是借助于高速运动的弹丸冲击零件的表面，使其发生弹性塑性变形，从而产生残余压应力、加工硬化和组织细化等有利的变化，以提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮使用寿命的重要途径。

齿轮的齿根部分是最重要的部位，齿面上有较深的压缩层，可以减少齿轮的点蚀，延长齿轮的使用寿命。在喷丸过程产生的坑洼表面可以产生更多的表面积，从而帮助润滑油存留在齿轮齿面上。

对于材料硬度HRC 50及以下的零件，推荐采用普通介质的硬度HRC 45-52。所用喷丸介质的大小应该是被削掉的最小半径的一半(或更小)。

图1

强度描述了喷丸介质撞击表面的难度。为了测量强度，使用了Almen测试条。这确保了在实际齿轮被喷丸的强度是正确的。典型的强度标注为0.006-0.010A，A表示要使用的Almen测试条的类型。这三种主要类型是A、C和N。数字0.006-0.010表示喷丸过程所需的挠度。(见图1)

为了量化喷丸的强度，将Almen条带放置在Almen块中(见图2)，并对一侧进行喷丸。通过喷丸，测试条将弯曲成一个新月形。e(见图3)。该条带从块中移除，未喷完的一边放置在Almen量规上(见图4)。该量规测量测试条的曲率(挠度)。由此产生的测量结果是达到的喷丸强度。

图2

图3

影响零件表面强度的因素有几个。这些因素包括：

*从喷嘴(或喷轮)到零件的距离

*喷丸介质在零件表面上的冲击角

*喷丸介质对零件表面的速度/冲击速度

覆盖率是用喷丸凹坑覆盖的零件表面的数量。当表面完全覆盖(凹坑重叠）时，就实现了百分之百的全面覆。如果要得到百分之二百的覆盖率时，必须将达到100%覆盖的喷丸时间加倍。

图4

机床

喷丸机有三种常见类型：离心轮、直接增压器和喷气发动机。这些是半自动或计算机控制的。

离心轮机使用一个或多个带有叶片的涡轮来推动喷丸介质的冲击。这种机器的优点是每分钟喷射量大，达到其覆盖范围和强度的时间很快，它最适合需要整体喷丸的零件。这种机器的缺点是喷射点不能集中在某一零件的某一部分上。对于不需要喷丸的区域需要有特殊的保护措施，且需要有工件固定装置。因此，一些航空行业的零部件公司完全禁止使用。

直接增压机适用于需要中、高强度喷丸的零件。这种机器的优点是它在喷丸特定领域具有较高精度。不同类型的喷嘴可以使喷丸范围控制在一个范围之内，从一个非常紧密的区域到一个稀疏的区域。由于这种精确的控制，大多数数控喷丸机都使用喷嘴进行介质传送。这种类型机器的缺点是它对低强度喷丸效果较差。

喷气机适用于低强度和中等强度喷丸。与直接压力机一样，喷头在喷丸时提供了大量的控制系统。这种类型的缺点是复杂的机床设置，因为机器通常有一个以上的喷嘴，有时可能有十几个喷嘴。

规格

喷丸工艺包括许多规格-最常见的是AMS 2430，它取代了Mil-S-13165。就像机械加工一样，喷丸是一种可测量、可重复的加工过程，具有精确的规格和程序，大多数OEM喷丸规格是基于Mil-S-13165和AMS 2430。

喷丸准备

在喷丸齿轮、齿轮轴或花键之前，所有的加工、热处理和无损检测都必须完成，因为喷丸可能会关闭端面的裂纹，NDT可能检测不到。

在喷丸前抛光齿轮，也有助于在齿轮的表面形成均匀的应力层。你可以在喷丸后磨光齿轮，然后保证只要10%的压缩层不被去除，所需的表面光洁度就会降低。齿轮齿面上的凹痕也将有助于保持润滑剂(见图5)。

图5

喷丸已被证明可以提高包括齿轮在内的金属零件的疲劳寿命。但是，必须指出的是，过渡喷丸的零件有可能产生过度磨损，从而减少齿轮的寿命。考虑到这一点，在齿轮设计过程中考虑试验喷丸工艺是很重要的，最好的做法是在不同的强度和不同的覆盖率下进行取样，以确定哪一个因素组合将提供最好的结果。如果您正在为您的齿轮生产过程开发或添加一个喷丸标注，AMS 2430是推荐的规格。

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