Мощный процесс дробеструйной обработки зубчатых колес
Роль мощной дробеструйной обработки
Важный метод повышения усталостной прочности при изгибе и контактной усталостной прочности зубьев шестерни является важным способом улучшения противозадирных свойств шестерен и увеличения срока их службы.
Принцип работы
В мощном процессе дробеструйного упрочнения в основном используется высокоскоростная струйная обработка небольших стальных дробей, которые поражают поверхность обрабатываемой детали при комнатной температуре, вызывая упругопластическую деформацию поверхностного материала детали и создавая более высокое остаточное напряжение сжатия, тем самым улучшая поверхностная прочность и усталостная прочность заготовки. Дробеструйная обработка заставляет поверхность детали упруго деформироваться, но также вызывает большое количество двойников и дислокаций, так что поверхность материала обрабатывается и упрочняется. Как показано на рисунке 1:
Рисунок 1-а Поверхность детали после дробеструйной обработки Рисунок 1-б Поверхность детали без дробеструйной обработки
Воздействие дробеструйной обработки на морфологию и характеристики поверхности в основном проявляется в изменении твердости поверхности, шероховатости поверхности, устойчивости к коррозии под напряжением и усталостной долговечности деталей. Поверхность материала детали подвергается циклической пластической деформации под действием стальной дроби. В зависимости от природы и состояния материала поверхность материала после дробеструйной обработки претерпевает следующие изменения: изменение твердости, изменение организационной структуры, фазовый переход, формирование поля остаточных напряжений поверхности, изменение шероховатости поверхности и т. Д.
Метод измерения прочности на ударное упрочнение
Когда в кусок металла попадает стальная дробь, он изгибается. Насыщение и прочность дробеструйной обработки - два важных понятия в процессе дробеструйного упрочнения. Состояние насыщения относится к состоянию, когда распыление продолжается в тех же условиях без изменения механических характеристик области распыления. Так называемая прочность на дробеструйное упрочнение состоит в том, чтобы изготовить металлический лист с определенной спецификацией (например, образец для испытаний) путем удара по нему для достижения прочности насыщенного состояния в течение определенного времени и высоты дуги образца для испытаний. используется для измерения его взрыва. Степень прочности.
В настоящее время в наиболее широко используемом стандарте дробеструйного упрочнения Американского общества автомобильной техники используется метод испытания на дробеструйное упрочнение, предложенный Альманом - метод высоты дуги. Этот метод был предложен Дж. О. Алменом (Almen) из компании GM и разработан SAEJ442a, и основным моментом метода измерения, указанного в стандарте SAE443, является использование испытательного образца из пружинной стали определенной спецификации для отражения эффекта дробеструйного упрочнения посредством обнаружение изменения формы после дробеструйной обработки. Когда одностороннее дробеструйное упрочнение выполняется на тонкой пластине испытательного образца, поверхностный слой подвергается деформации растяжения под действием дроби, поэтому тонкая пластина изогнута сферически по направлению к поверхности дроби. Обычно значение высоты дуги сферической поверхности измеряется на определенном расстоянии пролета и используется для измерения интенсивности дробеструйного упрочнения. Значение высоты дуги определяется путем фиксации испытательного образца Альмена на специальном приспособлении после дробеструйного упрочнения и последующего удаления испытательного образца, а затем с использованием калибра Альмена для измерения деформации растяжения испытательного образца, полученной односторонним дробеструйным упрочнением. (То есть значение высоты дуги). Если высота дуги, измеренная на образце, составляет 0,35 мм, она записывается как 0,35 А.
Другим методом контроля прочности дробеструйного упрочнения является проверка остаточного напряжения, то есть проверка остаточного напряжения заготовки после сильного дробеструйного упрочнения. Специфический метод контроля - дифракция рентгеновских лучей. В стандарте US SAE J784a рекомендуется следующий метод: падающий и дифрагированный пучки рентгеновских лучей должны быть параллельны основанию зуба шестерни, положение измерения на цилиндрической цилиндрической цилиндрической шестерне и цилиндрической косозубой шестерне должно быть в центре ширину корня зуба, а площадь облучения должна быть сосредоточена на зубе. Центр фаски корня не может выходить в сторону за пределы указанной точки измерения глубины поверхности филе корня зуба. Размер области облучения можно контролировать, направляя луч и соответствующим образом покрывая поверхность корня зуба; на каждой выбранной шестерне, подлежащей проверке, для оценки должны быть выбраны не менее двух зубцов, а интервал между ними составляет 180 °. Если эффективный профиль зуба защищен, а не шлифован, можно считать, что шлифовка корня шестерни для измерения остаточного напряжения под поверхностью не повреждена и может быть использована для производства.
Влияние дробеструйной обработки на повышение усталостной прочности деталей
Суть упрочнения поверхности материала посредством поверхностной холодной деформации заключается в том, что холодная деформация вызывает изменения в структуре поверхности материала, введение остаточного напряжения сжатия и изменение морфологии поверхности.
Дробеструйная обработка улучшает поверхностные свойства материала.
В процессе упрочняющего дробеструйного упрочнения, когда небольшая сферическая стальная дробь ударяется о поверхность распыляемой детали на высокой скорости, материал поверхности детали будет упруго и пластически деформироваться. В месте удара образуется кратер из-за пластической деформации. Удар заставит поверхностный материал около кратера увеличиться в диаметре. Расширить. Когда все больше и больше стальных дробей попадает в поверхность обрабатываемой детали, все больше и больше частей поверхности обрабатываемой детали поглощают кинетическую энергию быстро движущихся стальных дробей и создают пластическую реологию, которая вызывает радиальное удлинение детали. материал поверхности из-за пластических изменений. Площадь становится все больше и больше, а пластически деформированные поверхности постепенно соединяются в части, так что на поверхности заготовки постепенно образуется однородный слой пластической деформации. После того, как слой пластической деформации сформирован, непрерывная дробеструйная обработка сделает слой пластической деформации постепенно тоньше из-за непрерывного расширения. В то же время радиальное распространение слоя пластической деформации будет ограничиваться прилегающей областью и вызывать разрушение перекрывающейся части. Непрерывная дробеструйная очистка и отслаивание. Поэтому время дробеструйной обработки необходимо строго контролировать.
Влияние дробеструйной обработки на остаточное напряжение науглероженной поверхности шестерни
Что касается причины образования остаточного напряжения на поверхности заготовки в результате дробеструйного упрочнения, согласно точке зрения Аль-Обейда и др .: Когда дробь из быстрорежущей стали попадает на поверхность образца, пластическая деформация происходит на поверхности образца. место удара и воронка остается. Когда все больше и больше стальных выстрелов Когда она ударяется о поверхность образца, на поверхности образца образуется однородный пласт пластической деформации. Поскольку объемное расширение слоя пластической деформации будет ограничиваться непластически деформированной соседней областью, весь слой пластической деформации подвергается сжимающему напряжению.
Поскольку остаточное напряжение сжатия и его распределение имеют большое влияние на усталостную долговечность зубчатого колеса, плюсы и минусы процесса дробеструйной обработки напрямую влияют на остаточное напряжение и его распределение. Следовательно, точное определение остаточного напряжения на поверхности напыленных деталей является эффективным методом оценки плюсов и минусов процесса дробеструйной обработки.
Влияние дробеструйной обработки на шероховатость поверхности деталей
Усиление дробеструйной обработки вызовет пластическую деформацию напыляемой поверхности детали и изменит шероховатость поверхности детали. Шероховатость поверхности - это своего рода микроскопическая ошибка геометрической формы, также называемая микроскопической неровностью. Шероховатость поверхности такая же, как волнистость поверхности и ошибка формы. Это относится к погрешности геометрической формы детали. Шероховатость поверхности оказывает большое влияние на работу деталей машины. Воздействие дробеструйной обработки на шероховатость поверхности материала обычно находится в диапазоне Ra0,6-20 мм. Без изменения параметров процесса, чем выше исходная шероховатость поверхности материала, тем больше значение Ra после дробеструйной обработки. Производственная практика доказала, что в нормальных условиях, если шероховатость поверхности перед напылением составляет менее 6,3 мм, дробеструйное упрочнение может увеличить или сохранить исходную шероховатость поверхности. Если исходная шероховатость поверхности превышает 6,3 мм, шероховатость поверхности после дробеструйной обработки уменьшится. В производственной практике, чтобы получить более идеальную поверхность для дробеструйной обработки, мы должны исходить из следующих аспектов: обеспечить лучшую исходную поверхность, значение Ra должно быть ниже 6,3 мм; выбрать разумный диаметр стальной дроби и давление дроби; После дробеструйной обработки стальной дроби диаметра ее один раз покрывают более мелкой стальной дробью при низком давлении (значение прочности на дробеструйное упрочнение нельзя изменить) для достижения лучшей шероховатости поверхности.
Поверхность деталей после дробеструйной обработки должна быть слегка отполирована, а количество удаляемого металла на поверхности должно контролироваться во время полировки. Таким образом, упрочняющий эффект дробеструйной обработки не нарушается, а шероховатость поверхности может быть улучшена. Конечно, это многофакторная проблема, независимо от того, какой метод выбран, при этом необходимо учитывать влияние других факторов.
Влияние параметров процесса на эффект дробеструйной обработки
Основными факторами, влияющими на качество дробеструйной обработки, являются следующие: материал дроби, диаметр дроби, скорость дроби, скорость потока дроби, угол выстрела, расстояние выстрела, время выстрела, степень охвата и т. Д. Изменение любого из этих параметров повлияет на эффект дробеструйной обработки в различной степени.
Влияние материала стальной дроби, твердости, размера и размера частиц на эффект дробеструйного упрочнения
Для дробеструйной обработки закаленных зубчатых колес обычно используются дроби из чугуна и стального литья. Недостатком чугунной дроби является ее невысокая вязкость. Он легко ломается во время дробеструйной обработки и имеет большой износ. Сломанную стальную дробь необходимо отделить во времени, иначе это повлияет на качество поверхности дроби. Однако преимущества дроби из чугуна - невысокая цена и высокая твердость, которые могут вызывать высокие остаточные сжимающие напряжения на напыляемой поверхности. По сравнению с дробью из чугуна, дробь из литой стали имеет то преимущество, что ее нелегко сломать, и она благоприятно влияет на геометрию напыляемой поверхности. Однако твердость дроби из литой стали ниже, чем у дроби из чугуна. В других условиях остаточное напряжение сжатия напыляемой поверхности ниже, чем у чугунной дроби.
Для обрабатываемой детали качество стальной дроби и скорость стальной дроби определяют стабильность эффекта дробеструйного упрочнения. Среди них качество стальной дроби имеет большое влияние на эффект дробеструйной обработки. Общее правило: диаметр стальной дроби небольшой, остаточное напряжение на поверхности заготовки больше, но упрочняющий слой неглубокий; диаметр стальной дроби большой, остаточные напряжения на поверхности заготовки меньше, но упрочняющий слой глубже; высокая твердость стальной дроби, высокая прочность на дробеструйное упрочнение; увеличивается диаметр стальной дроби, повышается прочность дробеструйной дроби; увеличивается скорость дроби, повышается прочность на дробеструйное упрочнение, поверхностные сжимающие напряжения и глубина упрочняющего слоя.
Разумный выбор и контроль параметров дробеструйной обработки может обеспечить хорошие эффекты дробеструйной обработки. В нормальных условиях диаметр стальной дроби зависит от распыляемых деталей. Как правило, диаметр стальной дроби не должен превышать половины диаметра галтеля переходной зоны шестерни. Слишком большие стальные дроби нельзя распылять на закругленные углы шестерни. Когда требуется шероховатость поверхности, следует использовать как можно больше стальных дробей меньшего размера. Чтобы соответствовать требованиям к покрытию, время дробеструйной обработки будет быстро увеличиваться по мере увеличения размера стальной дроби, и небольшие стальные дроби могут быстро удовлетворить требования к покрытию. Поэтому диаметр стальной дроби не должен быть слишком большим. В соответствии с реальной ситуацией наша компания выбирает стальные дроби диаметром φ0,6 мм и φ0,8 мм, что обеспечивает идеальный эффект.
В то же время материал стальной дроби также очень важен. Национальные стандарты уже содержат строгие требования к металлографической структуре, химическому составу, минимальной плотности и диапазону отклонения твердости стальной дроби. Качество стальной дроби из квалифицированных материалов должно строго контролироваться, чтобы обеспечить однородную сферическую форму и размер, а также достаточное количество стальной дроби. Уменьшение количества стальной дроби снижает соответствующую прочность на дробеструйное упрочнение. Следовательно, стальные дроби необходимо проверять через определенные промежутки времени, неквалифицированные стальные дроби необходимо вовремя удалять, а определенное количество стальных дробей необходимо заменять и увеличивать. В противном случае края и углы деформированной стальной дроби могут вызвать микротрещины на поверхности напыляемых деталей и стать источником усталости. Как правило, количество квалифицированных стальных дробей должно быть не менее 80%. Содержание квалифицированной стальной дроби обычно контролируется экранами различных спецификаций.
Твердость стальной дроби должна учитывать твердость материала заготовки. Когда твердость стальной дроби очень близка к твердости материала зубчатой передачи, твердость стальной дроби не влияет на максимальное напряжение сжатия и глубину сжатия. Следовательно, при выборе стальной дроби твердость стальной дроби должна быть больше или равна твердости поверхности дробеструйной обработки зубчатого колеса. Для науглероженных зубчатых колес лучше всего использовать стальные дроби с твердостью 55-65HRC для получения удовлетворительного эффекта сжимающего напряжения.
Влияние расхода, скорости и угла впрыска стальной дроби на эффект дробеструйного упрочнения
Метательная головка напрямую приводится в движение двигателем с регулируемой частотой, а скорость метательной головки можно изменять, изменяя частоту двигателя. Под действием центробежной силы стальная дробь перетекает из отверстия на валу рабочего колеса к лопасти, а затем под фиксированным углом выбрасывается высокоскоростной вращающейся лопастью. Скорость крыльчатки определяет начальную скорость стальной дроби. Максимальная скорость мотора 3000 об / мин.
При вращении взрывной головки стальные дроби будут непрерывно выбрасываться наружу, поэтому поток стальной дроби, входящий в вал крыльчатки взрывной головки, должен обеспечивать достаточный запас стальной дроби в взрывной головке, что требует частого добавления система извлечения стальной дроби дробеструйной машины' что более важно, запас стальной дроби в среде регулируется путем регулировки размера открытия клапана управления дробью для регулировки потока стальной дроби, проходящей через клапан управления дробью в метательную голову. Входной объем дроби дробеструйной установки ГГ №39 фиксируется после регулировки. При нормальном использовании изменение скорости потока стальной дроби достигается за счет регулирования скорости вращения взрывной головки, то есть она увеличивается, когда входной объем стальной дроби остается неизменным. Если рабочее колесо вращается, расход стальной дроби в единицу времени больше, и наоборот. В дробеструйной установке к каждой струйной головке подсоединен амперметр для отображения расхода стальной дроби. Если качество дробеструйной обработки не соответствует техническим требованиям, необходимо отрегулировать частоту двигателя. Регулировка предназначена для определения степени регулировки по показаниям, отображаемым на амперметре. Диапазон показаний амперметра 0-30А.
В заключение
В процессе дробеструйного упрочнения поверхность материала подвергается сильному удару стальной дроби с образованием деформационно-упрочненного слоя, который вызывает два эффекта:
Во-первых, структура вызывает измельчение субкристалла, увеличивается плотность дислокаций и увеличивается искажение решетки;
Во-вторых, необходимо ввести высокое макроскопическое остаточное напряжение сжатия.
Кроме того, шероховатость поверхности увеличивается из-за удара стальной дроби, что приводит к тому, что острые следы инструмента, полученные во время резки, становятся гладкими. Эти изменения значительно улучшат сопротивление усталости и коррозионную стойкость материала, тем самым значительно увеличив срок службы шестерни.
