齒輪加工中強力噴丸

強力噴丸是提高齒輪齒部彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的重要方法，是改善齒輪抗咬合能力、提高齒輪壽命的重要途徑。本文主要介紹齒輪加工中的強力噴丸工藝。

1、工作原理  

強力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生彈塑性變形并呈現(xiàn)較高的殘余壓應(yīng)力，從而提高工件表面強度及疲勞強度。噴丸一方面使零件表面發(fā)生彈性變形，同時也產(chǎn)生了大量孿晶和位錯，使材料表面發(fā)生加工強化。如圖1所示：

.    圖1-a   經(jīng)噴丸處理的零件表面    圖1-b 未經(jīng)噴丸處理的零件表面

噴丸對表面形貌和性能的影響主要表現(xiàn)在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應(yīng)力腐蝕能力和零件的疲勞壽命。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發(fā)生循環(huán)塑性變形。根據(jù)材料的性質(zhì)和狀態(tài)的不同，噴丸后材料的表層將發(fā)生以下變化：硬度變化、組織結(jié)構(gòu)的變化、相轉(zhuǎn)變、表層殘余應(yīng)力場的形成、表面粗糙度的變化等。

2、    噴丸強度的測量方法

當一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時會產(chǎn)生彎曲。飽和狀態(tài)和噴丸強度是噴丸加工工藝中的兩個重要概念。飽和狀態(tài)是指在同一條件下繼續(xù)噴擊而不再改變受噴區(qū)域機械特性時的狀態(tài)。所謂噴丸強度，就是通過打擊預(yù)制成一定規(guī)格的金屬片（即試片），在規(guī)定的時間使之達到飽和狀態(tài)的強弱程度，并用試片彎曲的弧高值來度量其噴擊的強弱程度。

目前，應(yīng)用廣的美國機動車工程學會噴丸標準中采用阿爾曼提出的噴丸強化檢驗法——弧高度法，該方法由美國GM公司的J. O. Almen（阿爾門）提出，并由SAEJ442a和SAE443標準規(guī)定的測量方法，其要點是用一定規(guī)格的彈簧鋼試片通過檢測噴丸強化后的形狀變化來反映噴丸效果。對薄板試片進行單面噴丸時，由于表面層在彈丸作用下產(chǎn)生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度距離上測量球面的弧高度值，用其來度量噴丸的強度。測定弧高度值是通過將阿爾門試片固定在專用夾具上，經(jīng)噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規(guī)測量試片經(jīng)單面噴丸作用下產(chǎn)生的參與拉伸形變量（即弧高度值）。如用試片測得的弧高值為0.35mm時，記作0.35A。

噴丸強度的另一種檢驗方法為殘余應(yīng)力檢測，即對經(jīng)強力噴丸后的工件進行殘余應(yīng)力的檢測，具體的檢驗方法為X射線衍射法。在美國SAE J784a標準中推薦如下方法：X射線的入射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的測量位置應(yīng)當在齒根的寬度中央，照射區(qū)域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規(guī)定的齒根圓角表面深度的測量點，照射區(qū)域大小的控制可以通過對直光束和適當遮蓋齒根表面實現(xiàn)；在每個選定受檢的齒輪上，少要任選兩個齒進行評估，兩齒間隔180。如果齒的有效齒廓受到保護沒有研磨，則可以認為齒根研磨的用于表面下殘余應(yīng)力測量的齒輪未受損壞并且可以用于生產(chǎn)。

3、    噴丸對提高零件疲勞抗力的作用

a．借助表面冷變形實現(xiàn)材料表面強化的本質(zhì)在于冷變形造成材料表層組織結(jié)構(gòu)的變化、引入殘余壓應(yīng)力以及表面形貌的變化。

b． 噴丸使材料表面性能改善

c． 強化噴丸過程中，當微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時，使工件表層材料產(chǎn)生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產(chǎn)生一壓坑，撞擊導致壓坑附近的表面材料發(fā)生徑向延伸。當越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時，工件表面越來越多的部分因吸收高速運動鋼丸的動能而產(chǎn)生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產(chǎn)生的徑向延伸區(qū)域越來越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續(xù)噴丸會使塑變層因繼續(xù)延伸而厚度逐步變薄，同時塑變層的徑向延伸會因受到鄰近區(qū)域的限制而導致重疊部分發(fā)生破壞，終塑變層因持續(xù)的噴丸而剝落。所以必須對噴丸的時間加以嚴格的控制。

4、噴丸對滲碳齒輪表層殘余應(yīng)力的影響

關(guān)于噴丸使工件表面形成殘余應(yīng)力的原因，根據(jù)Al-Obaid等人的觀點：當高速鋼丸撞擊到試樣表面,撞擊處產(chǎn)生塑性變形而殘余一壓坑,當越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時,則會在試樣表層產(chǎn)生一層均勻的塑變層,由于塑性變形層的體積膨脹會受到來自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個塑變層受到一壓應(yīng)力。

由于殘余壓應(yīng)力及其分布對齒輪疲勞壽命有較大的影響,而噴丸強化工藝的優(yōu)劣將直接影響殘余應(yīng)力大小及其分布。因此準確測定受噴零件的表層殘余應(yīng)力對于評價噴丸工藝的優(yōu)劣是一個行之有效的手段。

5、噴丸對零件表面粗糙度的影響

強化噴丸會引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發(fā)生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對于機器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.6～20mm范圍內(nèi)。在不改變工藝參數(shù)的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產(chǎn)實踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。

在生產(chǎn)實踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應(yīng)從以下幾個方面著手：

提供較好的原始表面，Ra值應(yīng)在6.3mm以下；

選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力；

在大直徑鋼丸噴丸強化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強度值)覆蓋一次，可達到較好的表面粗糙度。

噴丸后的零件表面應(yīng)輕微打磨，打磨時要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強化效果，又可改善表面粗糙度。當然，這是一個多因素問題,不論采用什么方法，必須同時考慮其他因素的影響。

6 、工藝參數(shù)對噴丸效果的影響

對噴丸質(zhì)量有影響的主要有以下幾個方面：

鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射距離、噴射時間、覆蓋率等。其中任何一個參數(shù)的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。

a、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對噴丸效果的影響

鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點是韌性較低，在噴丸過程中易于破碎、耗損量大，對破碎的鋼丸要及時分離，否則會影響受噴表面質(zhì)量。但鑄鐵丸的優(yōu)點是價格便宜、硬度高，可以使受噴表面產(chǎn)生較高的殘余壓應(yīng)力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優(yōu)點是不易破碎，對受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時，受噴表面的殘余壓應(yīng)力低于鑄鐵丸。

1.問題提出

試制時規(guī)劃制作了圖2所示的小端鉆模，在搖臂鉆床Z35上加工噴油器體的3mm×φ2.5mm斜油孔。先用小端鉆模引鉆出3mm×φ2.5mm孔點位，再將全能分度頭傾斜一定視點，裝夾噴油器體大端法蘭，別離將待鉆孔位旋轉(zhuǎn)到低點，順次鉆出3mm×φ2.5mm斜油孔與已鉆3mm×φ3mm長油孔貫穿。

圖2  小端鉆模

試制時按此辦法加工的3mm×φ2.5mm斜油孔與φ3mm孔接通狀況不好。工藝上要求用φ1.5mm鋼絲檢測貫穿油孔，φ1.5mm鋼絲應(yīng)能穿過銜接油孔。咱們對試制的這批噴油器體斜油孔貫穿狀況進行全數(shù)檢查，φ1.5mm鋼絲不能穿過的孔位超越50%。

咱們剖析了斜油孔接通狀況不好的主要原因：用全能分度頭裝夾，旋轉(zhuǎn)方向定位靠劃線對正，定位誤差較大；用中心鉆對正預(yù)制孔有誤差，中心孔偏移影響對中精度；搖臂鉆床Z35主軸鎖定精度差，鉆小孔時簡略走偏，不適宜加工細長孔。因此規(guī)劃制作了噴油器體鉆斜孔輔具，將鉆3mm×φ2.5mm斜油孔工序安排到臺鉆Z512上進行。

2.利用鉆斜孔輔具在臺鉆上加工斜油孔

臺鉆主軸固定，可挑選較高轉(zhuǎn)速范圍大，手輪進給使鉆削更平穩(wěn)，排屑冷卻更方便快捷，有利于細長孔的加工。由于噴油器體的3mm×φ2.5mm孔是斜油孔，并且有較高的對接精度要求，因此規(guī)劃制作了噴油器體鉆斜油孔輔具。鉆孔輔具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3  噴油器體鉆斜油孔輔具

1.定位斜塊 2.菱形銷 3.聯(lián)接螺栓 4.放錯銷 5.銜接盤

如圖3中，噴油器體經(jīng)過大端面、中間螺紋孔M16×1和法蘭孔φ18mm與銜接盤完結(jié)徹底定位，防錯銷確保噴油器體法蘭定位孔挑選正確，不然無法安裝到位。銜接盤上銑了3個定位旁邊面，別離與3mm×φ2.5mm斜油孔方位對應(yīng)。這樣噴油器體與銜接盤裝配后，就可經(jīng)過銜接盤上的定位旁邊面與定位斜塊上的定位旁邊面靠齊，完結(jié)裝夾定位，鉆一個φ2.5mm斜油孔與φ3mm長油孔接通后，轉(zhuǎn)動銜接盤，使其他定位旁邊面別離與定位斜塊的定位旁邊面靠齊，鉆出其他2個φ2.5mm斜油孔。

   定位斜塊和銜接盤的結(jié)構(gòu)如圖4所示，經(jīng)過銜接盤上的中間定位孔、菱形銷孔和端面定位銜接，完結(jié)了噴油器體與銜接盤的徹底對定，再經(jīng)過銜接盤上距離中心68mm的三個旁邊面與定位斜塊靠齊，別離對應(yīng)到3mm×φ2.5mm斜油孔的筆直狀態(tài)。這樣完結(jié)了定位快速、經(jīng)確牢靠。

圖4  銜接盤和定位斜塊

   噴油器體鉆斜油孔輔具一次裝夾，二次轉(zhuǎn)位，完結(jié)了在臺鉆上加工3mm×φ2.5mm斜油孔與φ3mm長油孔對接。對接方位精度偏差小于0.5mm，才干確保φ1.5mm鋼絲能經(jīng)過相貫處。加工好的噴油器體油孔用φ1.5mm鋼絲檢查，均能正常穿過，產(chǎn)品質(zhì)量得到了確保。此工裝裝夾簡略，操作方便，定位經(jīng)確牢靠，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.結(jié)語

噴油器體鉆斜油孔輔具完結(jié)了在臺鉆上加工3mm×φ2.5mm斜油孔，不僅出產(chǎn)效率得到進步，并且產(chǎn)品質(zhì)量得到確保，大大降低了廢品率。此次工藝改善獲得成功，油孔對接方位精度合格率到達95%以上，解決了困擾噴油器體加工的質(zhì)量問題。我公司已完結(jié)船用噴油器批量出產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到用戶信任。此工藝辦法也為相似件的加工提供了一個新的思路。

一位在工廠里具有動設(shè)備大量作業(yè)經(jīng)驗的高及技師，將自己10年來的經(jīng)驗進行總結(jié)，并成為了廠里內(nèi)部練習的資料，現(xiàn)將這些精華內(nèi)容與大家一起分享。

壓縮機的設(shè)備是介于土建工程與正式投產(chǎn)之間的一項重要作業(yè)。在壓縮機運行時呈現(xiàn)的故障中有相當一部分是設(shè)備不妥所造成的。由此可見，正確的設(shè)備壓縮機是維護正常出產(chǎn)和操作安全的重要措施之一。

設(shè)備前三預(yù)備

1、安排方面的預(yù)備

在設(shè)備前有必要考慮當?shù)厍闆r，結(jié)合具體條件，成立設(shè)備施工的安排機構(gòu)，制定專職人員負責施工。

2、供應(yīng)方面的預(yù)備

在施工之前，有必要預(yù)備好施工材料、搬運和起重東西、查驗及丈量東西（包含儀器）。丈量和查看東西的標準和精度，應(yīng)符合國家計量部門的規(guī)則，對標準及精度可以的東西應(yīng)及時進行校驗。

在設(shè)備前，應(yīng)將壓縮機零部件和制造廠帶來的總圖、闡明書核對一下，經(jīng)過必要的查看清洗， 認為機器自身沒有毛病后方可進行設(shè)備。如機器自身有缺陷，有必要及時處理。

3、技能方面的預(yù)備

技能預(yù)備是設(shè)備前的一項重要作業(yè)，短少這種預(yù)備，就不能進行設(shè)備，如果盲目施工，一定會影響設(shè)備質(zhì)量，這是不允許的。技能預(yù)備包含設(shè)備闡明書、施工圖紙、施工操作規(guī)程和質(zhì)量標準等。在施工之前，有必要會審圖紙，批改工藝布置，以免與其它工程（如管道、電路、地溝等）相抵觸，特別注意 不要將根底設(shè)置與地溝上或妨礙管路的經(jīng)過。

老師傅：上述三項預(yù)備作業(yè)是其主要部分，其它的如技能資料的消化，設(shè)備功能的了解，施工人員操作的練習，工人的練習、學習等都是重要的。如疏忽預(yù)備作業(yè)，必定在施工中遇到較多的困難，使工期延伸或下降設(shè)備質(zhì)量。

機身設(shè)備要仔細

一機身設(shè)備前的預(yù)備作業(yè)

根底驗收合格后，依據(jù)圖紙在根底上用墨線準確的畫出下列主要中心線：主軸中心線，電機中心線，各列的中心線。

依據(jù)準則，在根底上放置墊鐵。在各個方位放好平墊鐵今后，用長木條尺放在各組墊鐵上，查看各組間的凹凸相差程度和水平情況（見下圖），以便進行增減調(diào)整。

第二步進行找正。

老師傅：通常都用三點找平法，每一個機身下需放三個千斤頂，同時還可依據(jù)具體情況，在機身就位今后。在便于調(diào)整機身前后左右方位處各放置千斤頂一個（如下圖所示）。

二機身、中體的設(shè)備

身是壓縮機的重要部件，其它零件、部件都需在機身上設(shè)備，因而機身的設(shè)備好壞直接關(guān)系到整臺壓縮機運轉(zhuǎn)的可靠性。機身設(shè)備的關(guān)鍵是要保證其縱向水平緩橫向水平在允許的誤差范圍內(nèi)。由于小型壓縮機不進行解體設(shè)備，故不存在機體設(shè)備問題。

設(shè)備的時候，首先用吊車將機身吊起，再按照中心線將機身平穩(wěn)的坐落在已經(jīng)放好墊鐵和千斤頂?shù)母咨?，機身上的各中心線和根底上對應(yīng)的墨線符合，定位誤差應(yīng)在±5mm以內(nèi)。預(yù)裝好地腳螺栓，依據(jù)地腳螺栓方位和中心線，用千斤頂找正機身，然后開始確定標高。其誤差應(yīng)在±10mm以內(nèi)。

機身縱向水平的調(diào)整應(yīng)以滑道為基準，查看時應(yīng)用精度為0.02mm/m的方水平儀鄙人滑道的弧面上前中后三個部位別離進行丈量（如下圖所示），以前后兩點為準，中心一點供參考。機身應(yīng)堅持水平，但允許向氣缸的方向高0.03mm/m，由于裝上氣缸和活塞后，滑道的前端會稍稍下傾，這樣就可以取得水平。

機身橫向水平的丈量以主軸凹窩為基準。機身的水平度是經(jīng)過螺絲千斤頂來調(diào)整的。之后進行的就是機體內(nèi)件的設(shè)備，諸如主軸、氣缸、活塞、連桿、十字頭、氣閥、填料、各類組件等。

地一步

曲軸軸瓦的設(shè)備

“涂色法”：

1、在中體滑道上均勻涂紅單，裝上十字頭后，在滑道內(nèi)來回拉動幾回。

2、抽出十字頭，查看十字頭上、下滑履與滑道的觸摸面積

十字頭上、下滑履與中體滑道的觸摸面積應(yīng)不小于50%，且觸摸面積均勻；不然就需要經(jīng)過研刮進行處理。

“涂色法”完成后將十字頭和滑道的觸摸面擦凈，將十字頭回裝。

第二步

連桿的設(shè)備

吊裝連桿時，可以將不帶小頭瓦的連桿與大頭瓦用十凈布打活接緊固在一起，在軸瓦快與曲軸相貼合時裝入連桿銜接螺栓，解開布條。

第三步

液壓上對緊

用專用的液壓上緊設(shè)備對活塞桿進行上緊，可用兩臺泵對連桿的兩根螺栓同時，兩泵可分級，每次分級（5Mpa）的壓力相同，保證兩頭的銜接螺栓均勻受力拉緊

連桿銜接螺栓液壓上緊

第四步

十字頭銷的設(shè)備

1、

連桿小頭瓦須有適宜的徑向空隙。小頭瓦徑向空隙檢測可以如前連桿大頭瓦徑向空隙的檢測辦法相同，

2、小頭瓦的徑向空隙也可以以經(jīng)驗來判別，將十字頭銷裝入十字頭內(nèi)后，一個人用手滾動（不憑借外力）十字頭銷，若一個人能輕松滾動十字頭銷則闡明小頭瓦的徑向空隙合適。

第五步

氣缸的設(shè)備

組裝前先對各聯(lián)接組件的結(jié)合端面和止口（徑向）等部位進行認真清理，去毛刺，查看、丈量其圓度、圓柱度及配合空隙和過盈量符合裝配技能要求。

第六步

密封處理

接筒的端面是選用密封膠密封的，氣缸設(shè)備時將接筒接合面均勻涂上一圈密封膠（另一種密封方式是靠端面的“O”形像膠圈來保證密封性的）

第七步

氣缸的吊裝

吊裝時的鋼絲繩需在三個方向添加倒鏈，以便調(diào)整氣缸的水平。

氣缸支承：

將氣缸支承與氣缸的貼合面用砂紙磨出金屬光澤，待氣缸中體與接筒的銜接螺栓緊固后，將支承的墊鐵頂起。

氣缸水平：

用框式水平儀經(jīng)過氣缸支承調(diào)理氣缸的水平，氣缸水平度在氣缸鏡面前、中、后三方位丈量應(yīng)不大于0.05mm/m，其傾斜方向應(yīng)與滑道共同

第八步

活塞的吊裝

起吊活塞時在活塞桿上放置一個水平尺以保證活塞水平起吊，在活塞體進將進入氣缸口的時在活塞端面做好標記，在裝入活塞環(huán)和支承環(huán)時活塞環(huán)的開口方位應(yīng)彼此錯開，一切開口位有一定的開口空隙，同時活塞環(huán)的開口方位應(yīng)彼此錯開，一切開口方位應(yīng)與氣缸上的氣閥口錯開。

將活塞桿穿入填料密封設(shè)備和刮油器時，應(yīng)使用壓縮機廠家配給的導向套，防止劃傷活塞桿然后與十字頭進行液壓銜接緊固。

等活塞桿套筒進入中體時，要注意套筒和十字頭的距離，以免過近后套筒不能拿出。拿出套筒后裝入液壓聯(lián)接固設(shè)備。注意裝入的前后次序，正反方向。氣缸蓋的設(shè)備機身內(nèi)件的拆開

1、將壓縮機機身內(nèi)的十字頭、連桿，曲軸、軸瓦按序拆下，拆開前對每個重要的零部件都用白色的油漆筆做好標記。

2、拆開時要預(yù)備好專用的拆開東西，起吊東西、繩套等，在綁吊時要注意不要碰傷或拉傷零部件。

3、關(guān)于拆開下來的零部件要放在適宜的方位，對重要的機件，蕞好放在墊木上，例如連桿、曲軸、軸瓦、軸銷等要放置平穩(wěn)。小的如螺栓螺母等小件放置在箱子里。精密的零件要專門保管。設(shè)備內(nèi)件清洗和放置用潔凈的棉布、絲綢和軟質(zhì)刮具和煤油對零件仔細清洗。將曲軸水平的放在枕木上，曲軸的軸頸不應(yīng)受力。用外徑千分尺曲軸軸瓦外徑的丈量：

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