CN110760658B - 一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法，包括以下步骤：对螺旋锥齿轮零件进行预处理，去除表面杂质；采用试片模拟喷丸实验，得到试片的弧高值确定喷丸强度值；采用保护装置对螺旋锥齿轮零件的非喷丸区域进行保护；对螺旋锥齿轮零件的齿面进行第一次喷丸处理，所述第一次喷丸处理时，空气压力为2.5±0.25Bar，对螺旋锥齿轮零件的齿面进行第二次喷丸处理，所述第二次喷丸处理时，空气压力为1.3±0.25Bar，拆除保护装置，清理螺旋锥齿轮零件。本发明经过两次喷丸处理后齿面粗糙度符合要求。

Description

一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法

技术领域

本发明涉及齿轮的表面处理领域，尤其涉及一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法。

背景技术

18Cr2Ni4WA螺旋锥齿轮钢的表面强度，提高疲劳性能，需对其进行喷丸强化，喷丸强化的过程是高速运动的弹丸流连续向零件表面喷射的过程，使金属表面层产生极为强烈的塑性变形，形成一层很薄的密布无数光滑半球坑的冷作硬化层(其深度约为0.07mm～0.5mm)，也叫表面强化层。喷丸强化后，螺旋锥齿轮齿面粗糙度有所降低，这种降低对喷丸强化的有益作用有一定的弱化，因此，如何充分发挥强化因素(残余压应力及分布组织结构优化)，有效避免弱化因素(粗糙度增大等)是获得最佳喷丸强化效果的关键。

某航空产品螺旋锥齿轮齿部喷丸强化，要求丸粒为铸钢丸，喷丸强度为0.20A～0.25A，覆盖率为200％，喷丸后齿面粗糙度Ra≤0.4。采用现有一次喷丸方法喷丸强化后表面粗糙度值增大，无法满足粗糙度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种喷丸后齿面粗糙度符合要求的螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法，包括以下步骤：

S1、对螺旋锥齿轮零件进行预处理，去除表面杂质；

S2、采用试片模拟喷丸实验，得到试片的弧高值确定喷丸强度值；

S3、采用保护装置对螺旋锥齿轮零件的非喷丸区域进行保护；

S4、对螺旋锥齿轮零件的齿面进行第一次喷丸处理，所述第一次喷丸处理时，空气压力为2.5±0.25Bar；

S5、对螺旋锥齿轮零件的齿面进行第二次喷丸处理，所述第二次喷丸处理时，空气压力为1.3±0.25Bar；

S6、拆除保护装置，清理螺旋锥齿轮零件。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述保护装置包括底座、套筒、盖板和连接件，所述底座设置于螺旋锥齿轮零件的齿轮轴底部，所述套筒套设于螺旋锥齿轮零件的齿轮轴外，所述盖板盖设于螺旋锥齿轮零件的齿轮端面上，所述连接件自盖板穿过螺旋锥齿轮零件的齿轮轴中部延伸至底座上并将盖板和底座连接固定。

所述步骤S4中第一次喷丸处理和所述步骤S5中第二喷丸处理时采用的弹丸直径均为0.4mm。

所述S4中，采用喷丸机进行第一次喷丸处理和第二次喷丸处理。

所述S4中，所述第一次喷丸处理时，所述螺旋锥齿轮零件与喷丸机的喷嘴之间的间距为145～165mm，喷射角度为22°±1°，弹丸流量6±0.9Kg/min。

所述S4中，第二次喷丸处理时，所述螺旋锥齿轮零件与喷丸机的喷嘴之间的间距为125～140mm，喷射角度为22°±1°，弹丸流量4±0.9Kg/min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过对螺旋锥齿轮钢喷丸强化工艺参数对喷丸表面粗糙度影响的因素和参数进行分析，确定非喷丸区域组合式保护装置，通过对螺旋锥齿轮钢零件的齿面进行2次喷丸处理，第一次喷丸处理采用较大压力，主要用于强化；第二次喷丸处理采用小压力，用于提高外表层压应力与降低喷丸表面粗糙度，实现了在保证喷丸强度的同时，降低喷丸表面粗糙度、提升了齿轮表面完整性的目的，解决了螺旋锥齿轮钢喷丸强化后粗糙度降低的问题，使喷丸后齿面粗糙度满足要求，提升了齿轮的表面完整性及疲劳特性。本发明工艺技术合理，有效地提高螺旋锥齿轮钢喷丸强化后表面完整性，为同材料类似结构零件喷丸强化后粗糙度的控制提供了技术参考。

附图说明

图1是保护装置的结构示意图。

图2是编号A喷丸弧高度饱和曲线图。

图3是编号B喷丸弧高度饱和曲线图。

图4是编号C喷丸弧高度饱和曲线图。

图5是本发明的工艺流程图。

图中各标号表示：1、底座；2、套筒；3、盖板；4、连接件。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。

实施例1：

如图5所示，本实施例的一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法，包括以下步骤：

(1)采用法国Wheelabrator集团有限公司生产制造MP1000Ti型号的气动式数控喷丸机、选择弹丸型号SAE170(弹丸直径0.4mm、硬度HRC45～HRC52)铸钢丸对18Cr2Ni4WA钢螺旋锥齿轮进行喷丸处理。

(2)零件喷丸前进行清洗除油，去除零件表面脏物及油污，清洗液选用有机溶剂(本实施例采用碳氢清洗剂，在其他实施例中可采用航空汽油)，处理温度为常温，除油时间5min～10min(本实施例的除油时间为8min)。

(3)零件非喷丸区域进行保护，采用组合式保护装置对18Cr2Ni4WA钢螺旋锥齿轮非喷丸区域进行保护，复杂表面采用胶带保护。

如图1所示，本实施例的保护装置包括底座1、套筒2、盖板3和连接件4，底座1设置于螺旋锥齿轮零件的齿轮轴底部，套筒2套设于螺旋锥齿轮零件的齿轮轴外，盖板3盖设于螺旋锥齿轮零件的齿轮端面上，连接件4自盖板3穿过螺旋锥齿轮零件的齿轮轴中部延伸至底座1上并将盖板3和底座1连接固定。

(4)喷丸前进行弹丸检测：

a、钢丸规格筛选：抽100g进行振动筛网筛分，筛选后称出留在每种筛网上丸粒的重量，测定每种筛网上丸粒的百分比，以确定钢丸规格；

b、形状：用放大倍数为10～30X的放大镜，按丸粒规格所对应的面积和视场丸粒数量，进行目视检查来评估弹丸形状，确认弹丸的形状完好，及时去除不合格的的弹丸，否则，畸形弹丸的棱角容易使受喷零件表面产生微裂纹而造成疲劳源。

(5)试片喷丸：选用美国进口A型Almen试片(19mm×76mm×1.3mm)，其材料为SAE1070，表面硬度HRC44～HRC50过模拟螺旋锥齿轮不同角度设计试片工装，选取预设的空气压力、弹丸流量、喷枪移动速度、喷丸时间、转台速度、喷嘴与零件之间的距离和喷嘴角度，进行一系列喷丸强度试验，得到优化后的工艺参数。表1列出了A、B、C三种不同规格的弹丸进行一系列喷丸强度试验之后得到的优化工艺参数，达到喷丸强度0.20-0.25A，其中A的弹丸类型为S110H，HRC55-62，B的弹丸类型为S110H，HRC45-52，C的弹丸类型为S170H，HRC45-52。

表1三种不同规格弹丸喷丸强度试验后得到优化后的工艺参数。

本实施例中，螺旋锥齿轮零件对喷丸强度有要求，因此在正式喷丸前，先采用试片进行喷丸实验，确定满足喷丸强度要求的工艺参数。

(6)喷丸强度测定：按优化后的工艺参数用4～7片试片经不同时间(1T、2T、4T和8T)喷丸后，用弧高值测具测量试片的弧高值，根据弧高值随喷丸时间变化的数据，在弧高值、时间的坐标上绘制弧高度饱和曲线，得到的饱和点即为喷丸强度值。图2至4分别为编号A、B、C的弧高度饱和曲线图。从图2中可看出，齿根的饱和点/弧高值为197V/21.6，齿面的饱和点/弧高值为210V/21.2，图3中可看出，齿根的饱和点/弧高值为212V/20.7，齿面的饱和点/弧高值为206V/20.6，从图4中可看出，齿根的饱和点/弧高值为152V/21.9，齿面的饱和点/弧高值为158V/21.1。

(7)零件第一次喷丸：采用空气压力为2.5±0.25Bar(本实施例为2.5Bar)，弹丸流量6±0.9Kg/min(本实施例为6Kg/min)，喷枪移动速度为260mm/min，喷丸时零件放在转台上随转台一起旋转，零件转速20rpm，零件与喷嘴的距离150mm，喷嘴角度22°，使零件达到特定的喷丸强度范围0.20A～0.25A，零件表层引入较优化的残余应力；第一次喷丸前零件的粗糙度为Ra0.32～0.38(不同部位粗糙度存在区别)和第一次喷丸后零件的粗糙度为Ra0.45～0.58(不同部位粗糙度存在区别)。

(8)零件第二次喷丸：采用空气压力为1.3±0.25Bar(本实施例为1.3Bar)，弹丸流量4±0.9Kg/min(本实施例为4Kg/min)，喷枪移动速度为260mm/min，喷丸时零件放在转台上随转台一起旋转，零件转速20rpm，零件与喷嘴的距离130mm，喷嘴角度22°，相对于第一次喷丸，第二次喷丸时降低空气压力及弹丸流量值，能有效降低零件表面粗糙度。第二次喷丸后零件的粗糙度是Ra0.35～0.40(不同部位粗糙度存在区别)。

(9)零件喷丸覆盖率检查：用10～20X放大镜(本实施例是20X放大镜)检查零件喷丸表面的全覆盖率，能看出连续的重叠弹痕形状，外观颜色深浅和弹坑均匀性一致，复杂情况时(当覆盖率检测较困难，如内孔、圆角过渡区、硬度较大的表面等检测)使用荧光示踪液检查，将荧光示踪液刷涂、喷涂在零件表面，当涂层后的表面被强化丸粒锤击后，会将上面的荧光弹性涂料清除掉，当零件在黑光下检查时，看到的被清除掉的面积就是实际强化覆盖率的面积。

(10)喷丸清理：拆除保护罩，用压缩空气轻吹或干净布清理零件表面弹丸；

本实施例的螺旋锥齿轮最终检验结果为：喷丸强度为0.20A～0.25A，覆盖率为200％，喷丸后齿面粗糙度Ra≤0.4mm。结论：合格，符合产品要求。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种螺旋锥齿轮的齿面喷丸强化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、对螺旋锥齿轮零件进行预处理，去除表面杂质；

S2、采用试片模拟喷丸实验，得到试片的弧高值确定喷丸强度值；

S3、采用保护装置对螺旋锥齿轮零件的非喷丸区域进行保护；

S4、采用喷丸机对螺旋锥齿轮零件的齿面进行第一次喷丸处理，所述第一次喷丸处理时，空气压力为2.5±0.25Bar，所述螺旋锥齿轮零件与喷丸机的喷嘴之间的间距为145～165mm，喷射角度为22°±1°，弹丸流量6±0.9Kg/min；

S5、采用喷丸机对螺旋锥齿轮零件的齿面进行第二次喷丸处理，所述第二次喷丸处理时，空气压力为1.3±0.25Bar，所述螺旋锥齿轮零件与喷丸机的喷嘴之间的间距为125～140mm，喷射角度为22°±1°，弹丸流量4±0.9Kg/min；

S6、拆除保护装置，清理螺旋锥齿轮零件。

2.根据权利要求1所述的齿面喷丸强化方法，其特征在于：所述保护装置包括底座(1)、套筒(2)、盖板(3)和连接件(4)，所述底座(1)设置于螺旋锥齿轮零件的齿轮轴底部，所述套筒(2)套设于螺旋锥齿轮零件的齿轮轴外，所述盖板(3)盖设于螺旋锥齿轮零件的齿轮端面上，所述连接件(4)自盖板(3)穿过螺旋锥齿轮零件的齿轮轴中部延伸至底座(1)上并将盖板(3)和底座(1)连接固定。

3.根据权利要求1所述的齿面喷丸强化方法，其特征在于：所述步骤S4中第一次喷丸处理和所述步骤S5中第二喷丸处理时采用的弹丸直径均为0.4mm。

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