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機(jī)車牽引齒輪受控噴丸工藝研究
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編輯：拋丸機(jī)發(fā)表時(shí)間：2015-04-15 10:34:03
摘要：從受控噴丸設(shè)備、丸粒及工藝三要素等方面著手,，闡述了受控噴丸的發(fā)展及重要性，并通過實(shí)例說明重載機(jī)車齒輪受控噴丸工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇,。
某公司20世紀(jì)70年代末開始采用噴丸強(qiáng)化工藝，自主研發(fā)設(shè)計(jì)并制造了當(dāng)時(shí)海內(nèi)提高前輩的重力式齒輪噴丸機(jī),，主要對(duì)DF4型貨運(yùn)機(jī)車牽引齒輪進(jìn)行噴丸強(qiáng)化,，經(jīng)由30多年的經(jīng)驗(yàn)積累，形成了自己的一套噴丸工藝,，對(duì)機(jī)車齒輪疲憊壽命的進(jìn)步曾起過重要作用,。
但是跟著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)機(jī)車牽引齒輪可靠性及疲憊壽命要求進(jìn)一步進(jìn)步,，傳統(tǒng)的噴丸工藝已經(jīng)無法知足重載貨運(yùn)機(jī)車牽引齒輪的強(qiáng)化要求,，所以必需在噴丸技術(shù)長(zhǎng)進(jìn)行新的研究。
1、齒輪噴丸樞紐要素分析：
在噴丸領(lǐng)域,，設(shè)備,、丸粒以及工藝俗稱噴丸三要素，其是否有機(jī)結(jié)合將直接影響齒輪的噴丸強(qiáng)化效果,。
對(duì)于強(qiáng)化設(shè)備,，必需具有足夠的工藝可調(diào)節(jié)性及可控性,。傳統(tǒng)意義上的噴丸機(jī)通常是指重力式噴丸機(jī),，這種噴丸機(jī)不產(chǎn)生負(fù)壓，僅僅依賴彈丸自身的重力自動(dòng)流入噴嘴內(nèi),，然后隨高壓空氣噴射,。這樣噴射出的丸粒瞬時(shí)線速度較低，對(duì)經(jīng)淬火處理的硬齒面齒輪強(qiáng)化能力差,。目前采用的設(shè)備為數(shù)控氣壓式噴丸機(jī),，這種設(shè)備能夠克服重力式噴丸機(jī)的缺點(diǎn)，彈丸與壓縮空氣直接混合壓入噴嘴,，丸粒瞬時(shí)線速度高,，強(qiáng)化能力明顯晉升；同時(shí),，噴丸的自動(dòng)化水平大幅度晉升,，人力本錢顯著降低。
1996年編制的噴丸鐵標(biāo)中建議噴丸采用鑄鋼（鐵）丸,，且鑄鋼丸硬度為HRC45-50,，鑄鐵丸硬度在HRC65以上。其主要針對(duì)DF4型貨運(yùn)機(jī)車采用中頻感應(yīng)終極熱處理方式的牽引齒輪和要求不高,、受力不大的齒輪,，對(duì)于目前線路上廣泛使用的重載貨運(yùn)機(jī)車滲碳淬火硬齒面齒輪的強(qiáng)化效果不顯著。同時(shí)鑄鋼（鐵）丸的材料大多數(shù)是選用廢鋼經(jīng)由電爐熔煉鋼水,，然后離心鍛造形成,，這樣出產(chǎn)出來的鋼丸材料物理屬性較差，雜質(zhì)多,，并且常常伴有縮松,、裂紋、空心等缺陷,，噴丸之后不能保證零件表面殘余壓應(yīng)力場(chǎng)的平均性,，零件表面粗拙度也較噴丸前下降約兩個(gè)等級(jí)，限制了噴丸的應(yīng)用范圍,。
經(jīng)由廣泛的調(diào)研,、試驗(yàn)及批量使用，對(duì)于重載貨運(yùn)機(jī)車牽引齒輪推薦選用鈍化鋼絲切丸(強(qiáng)化鋼丸）作為噴丸磨料，這種丸粒材料成分一致,、物理缺陷少,、不易破碎、損耗平均,，丸粒消耗率僅為鑄鋼（鐵）丸的30%-60%,，粉塵產(chǎn)生率非常低；同時(shí)硬度,、圓度以及尺寸的一致性非常高,，可控性很強(qiáng)。
噴丸工藝是將噴丸氣壓,、噴射間隔,、噴射角度及籠蓋率等參數(shù)右擊結(jié)合的工藝過程。中頻感應(yīng)齒輪或者要求不高,、受力不大的齒輪噴丸,，只需適當(dāng)調(diào)整相關(guān)工藝參數(shù)就能達(dá)到噴丸強(qiáng)化效果。但對(duì)于滲碳淬火硬齒面齒輪,，要得到較高的表面殘余壓應(yīng)力就必需大幅度進(jìn)步噴丸氣壓,，但跟著噴丸氣壓的增加，被噴零件表面的粗拙度也相應(yīng)增加,，這對(duì)于延長(zhǎng)零件的疲憊壽命長(zhǎng)短常不利的,。
為解決噴丸后齒面粗拙度下降過大及進(jìn)一步進(jìn)步噴丸表面的殘余壓應(yīng)力，采用了復(fù)合噴丸工藝,。在一次噴丸達(dá)到飽和強(qiáng)度之后再加一次強(qiáng)度相對(duì)較弱的噴丸,，這種復(fù)合噴丸方式不僅能夠鞏固一次噴丸的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，使表面殘余壓應(yīng)力和組織結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)步和優(yōu)化,，更主要的是其具有拋光的作用,，能夠明顯降低噴丸后齒輪表面的粗拙度，是一種兼顧表面強(qiáng)化和拋光的復(fù)合噴丸處理方法,。
復(fù)合噴丸與一次噴丸比擬,，僅適當(dāng)降低了噴丸的強(qiáng)度，不需要更換設(shè)備和彈丸,，設(shè)備投資小,、工藝操縱簡(jiǎn)樸、出產(chǎn)效率高,，具有推廣價(jià)值,。
長(zhǎng)期以來，噴丸強(qiáng)度的檢測(cè)方法主要是阿爾門試片丈量弧高值方法,，這種方法簡(jiǎn)樸,、經(jīng)濟(jì),，便于在出產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操縱，但是僅僅依賴弧高值無法描述噴丸之后的表面殘余壓應(yīng)力場(chǎng),，無法對(duì)噴丸效果做出精確的評(píng)判,。利用X射線應(yīng)力儀，直接評(píng)判噴丸后的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)將是今后受控噴丸技術(shù)發(fā)展的方向,。
2,、某型重載機(jī)車齒輪噴丸工藝參數(shù)選擇：
齒輪材料：18CrNiMo7-6（EN10084）；齒面硬度：HRC58-62,；噴射部位：齒面及齒根,。
2.1、試驗(yàn)方案：
（1）設(shè)備：KX-2220P氣壓式噴丸機(jī),；
（2）丸粒：大奇牌強(qiáng)化鋼丸,；
（3）供篩選的工藝參數(shù)見表1,。
表1 工藝參數(shù)
試樣 編號(hào) |
噴丸工藝參數(shù) |
檢測(cè) 部位 | |||
噴丸 氣壓 /MPa |
噴射距 離/mm |
噴射角 度/(°) |
籠蓋率 /% | ||
① |
未噴丸 |
125 |
≥40 |
- -
- |
齒根 |
② |
未噴丸 |
125 |
≥40 |
- -
- |
齒面 |
③ |
0.20 |
125 |
≥40 |
100 |
齒根 |
④ |
0.25 |
125 |
≥40 |
100 |
齒根 |
⑤ |
0.30 |
125 |
≥40 |
100 |
齒根 |
⑥ |
0.30 |
125 |
≥40 |
100（再加1次0.10MPa弱噴丸） |
齒根 |
⑦ |
0.30 |
125 |
≥40 |
200（再加1次0.10MPa弱噴丸） |
齒根 |
⑧ |
0.30 |
125 |
≥40 |
200（再加1次0.10MPa弱噴丸） |
齒面 |
⑨ |
0.35 |
125 |
≥40 |
100（再加1次0.10MPa弱噴丸） |
齒根 |
（4）檢測(cè)方法：借助X射線應(yīng)力儀,，結(jié)合電化學(xué)剝層技術(shù)，丈量噴丸殘余應(yīng)力及其分布,。測(cè)試執(zhí)行ASTM E915-96和GB7704-87尺度,。
2.2、噴丸層殘余應(yīng)力及其分布：
利用X射線衍射與應(yīng)力測(cè)定技術(shù),，丈量上述齒輪試樣的表面殘余應(yīng)力,，結(jié)果見表2。
表2 未試樣①至⑨殘余應(yīng)力及其分布
層深 /μm |
殘余應(yīng)力/MPa | ||||||||
① |
② |
③ |
④ |
⑤ |
⑥ |
⑦ |
⑧ |
⑨ | |
齒根 |
齒面 |
齒根 |
齒根 |
齒根 |
齒根 |
齒根 |
齒面 |
齒根 | |
0 |
-346.4 |
-105.8 |
-769.0 |
-803.6 |
-831.5 |
-884.7 |
-958.3 |
-847.4 |
-902.9 |
10 |
-281.7 |
-191.2 |
-967.5 |
-1035.2 |
-1072.4 |
-1117.0 |
-1156.8 |
-1043.1 |
-1118.5 |
25 |
-258.2 |
-224.0 |
-1125.7 |
-1163.5 |
-1209.2 |
-1236.4 |
-1272.3 |
-1151.4 |
-1265.8 |
50 |
-233.5 |
-258.6 |
-1148.3 |
-1195.0 |
-1227.5 |
-1248.8 |
-1263.0 |
-1130.7 |
-1287.2 |
75 |
-221.8 |
-234.5 |
-1055.9 |
-1124.3 |
-1168.3 |
-1145.5 |
-1214.5 |
-1091.5 |
-1251.0 |
100 |
-215.3 |
-201.3 |
-884.4 |
-978.4 |
-1072.6 |
-1050.3 |
-1131.1 |
-958.3 |
-1182.3 |
150 |
-208.0 |
-217.2 |
-526.1 |
-655.9 |
-785.0 |
-815.6 |
-871.4 |
-672.8 |
-941.5 |
200 |
/ |
/ |
-142.5 |
-342.3 |
-494.7 |
-527.2 |
-582.7 |
-401.2 |
-659.7 |
250 |
/ |
/ |
/ |
-103.6 |
-242.9 |
-221.4 |
-311.3 |
-128.7 |
-364.2 |
從檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以看出,，在一次噴丸的情況下,，跟著噴丸壓力的進(jìn)步，獲得的表面殘余壓應(yīng)力也增加,。工藝⑥與⑤比擬,，僅僅增加了一次弱噴丸，其表面殘余壓應(yīng)力增加了6%,，最大殘余壓應(yīng)力也較前一種工藝大,。比較工藝⑥與⑤噴丸后的齒面粗拙度，經(jīng)檢測(cè),，增加弱噴丸的齒輪表面粗拙度為Ra0.845μm,，較工藝⑤的Ra1.035μm減小了18.4%，具有拋光效果,。比較⑥與⑦2種工藝,，在增加了100%的籠蓋率之后，齒輪的表面殘余壓應(yīng)力增加了8%,，說明噴丸籠蓋率對(duì)齒輪強(qiáng)化的影響較大,，鐵標(biāo)中推薦的100%-200%的噴丸籠蓋率已經(jīng)不能知足重載機(jī)車齒輪的噴丸要求，重載機(jī)車牽引齒輪噴丸籠蓋率均不小于200%。
3,、結(jié)束語：
經(jīng)由復(fù)合噴丸之后,，齒輪的表面殘余壓應(yīng)力以及齒面粗拙度都得到不同程度的改善，同時(shí),，噴丸籠蓋率對(duì)殘余壓應(yīng)力影響顯著,，傳統(tǒng)的籠蓋率尺度已經(jīng)不能適合目前重載機(jī)車齒輪噴丸的需求。
本文來源青島華盛泰拋丸機(jī)：http://jc5200.com/news/1162.html
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