拋丸強(qiáng)化是目前汽車行業(yè)改善齒輪疲勞壽命的常用手段之一，其原理是利用高速?gòu)椡鑼?duì)齒輪表面進(jìn)行沖擊，使輪齒表層在一定深度內(nèi)生成殘余壓應(yīng)力，用來(lái)抵消部分外加負(fù)荷導(dǎo)致的拉應(yīng)力，從而抑制或延遲裂紋的萌生和擴(kuò)展。因此，它可以顯著提高輪齒的抗彎曲疲勞壽命，改善接觸疲勞特性。拋丸強(qiáng)化效果表達(dá)式為：
B=F（P，M，R，V，Q，H，T，α）
式中：B——拋丸效果；
P——拋打工件表面性能；
M——彈丸材料；
R——彈丸尺寸；
V——拋丸速度；
Q——單位時(shí)間內(nèi)拋丸量；
H——彈丸與工件表面距離；
T——拋丸時(shí)間；
α——拋丸角度。
在輪齒材料及熱處理指標(biāo)選定的前提下，彈丸工藝選擇是得到合理殘余壓應(yīng)力層的關(guān)鍵因素之一。本文就如何選擇彈丸工藝參數(shù)從而得到合理強(qiáng)化效果展開論述。
1.試驗(yàn)條件和方法
（1）齒輪材料和拋丸前狀態(tài)
齒輪材料為低碳合金鋼，鍛后等溫正火，經(jīng)滲碳淬回火處理后表面硬度≥650HV1。
（2）試驗(yàn)用設(shè)備及檢測(cè)方法
強(qiáng)化設(shè)備采用機(jī)械離心式拋丸機(jī)；硬度檢測(cè)采用維氏硬度計(jì)；
殘余應(yīng)力檢測(cè)采用
xstress3000型X射線應(yīng)力分析儀，因材料為鐵素體型合金鋼，檢測(cè)晶面為（211）。檢測(cè)執(zhí)行ASTM-E915—2010、EN15305—2008、GB7704—2008及GFT4010—2008標(biāo)準(zhǔn)。
2.彈丸的選擇
（1）彈丸硬度確定
強(qiáng)化零件用彈丸硬度一般等于或略高于零件本身硬度，硬度不能太高，否則容易導(dǎo)致本體損傷。本文齒輪齒面和齒根硬度檢測(cè)如圖1所示。從圖中可知，齒輪表層硬度在700HV1以上，根據(jù)市場(chǎng)能夠提供的彈丸，我們選定彈丸名義硬度在（700±30）HV1。
圖1 輪齒硬度梯度
（2）丸料直徑選擇
齒根過(guò)渡圓弧處是應(yīng)力集中點(diǎn)，裂紋萌生往往從此處開始，因此作為拋丸強(qiáng)化效果檢驗(yàn)位置（見(jiàn)圖2）。本文齒輪齒根過(guò)渡圓弧半徑為0.85mm，為達(dá)到強(qiáng)化效果，必須有足夠的彈丸拋射到該位置，因此選擇丸料名義直徑為0.6mm、0.8mm兩種規(guī)格的鋼丸進(jìn)行驗(yàn)證。
圖 2
3.結(jié)果與分析
圖3、圖4分別為φ0.6mm和φ0.8mm彈丸在相同工藝條件下得到的齒根殘余應(yīng)力分布結(jié)果；圖5為兩種彈丸作用下5次檢測(cè)結(jié)果的平均值比較。從圖中可以得知，兩種彈丸作用下相同深度殘余壓應(yīng)力值差別略有區(qū)別，且zui大壓應(yīng)力值所處深度有所不同，φ0.6mm彈丸的zui大壓應(yīng)力值在距表面約40μm處；而φ0.8mm彈丸的zui大壓應(yīng)力值在距表面約50μm處。附表是兩種鋼丸的單個(gè)重量，可以看到，W0.8mm≈2W0.6mm；P=MV，在速度一定的情況下，質(zhì)量是決定動(dòng)量大小的因素，因此φ0.8mm彈丸所能產(chǎn)生的變形會(huì)更大些，深度更深。
從圖5還可以看到，兩種彈丸得到的應(yīng)力趨勢(shì)基本一致，但表層φ0.8mm彈丸所得殘余壓應(yīng)力更低，意味著所能抵御外力的能力更弱，更容易被突破產(chǎn)生裂紋。
圖4 Φ0.6mm彈丸殘余應(yīng)力結(jié)果
兩種鋼丸的單個(gè)重量
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規(guī)格
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100粒重量/mg
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單粒重量/mg
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φ0.6mm
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113.17
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0.113
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φ0.8mm
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288.6
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0.287
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（2）相同工藝條件下彈丸直徑對(duì)齒面粗糙度的影響
圖6是兩種彈丸作用力得到的齒面粗糙度結(jié)果，拋丸前的齒面粗糙度基本一致；拋丸后，φ0.6mm彈丸得到的結(jié)果要明顯優(yōu)于φ0.8mm彈丸。齒面粗糙度影響變速器噪聲，粗糙度越小越好。
圖6 兩種彈丸作用力得到的齒面粗糙度結(jié)果
4.結(jié)語(yǔ)
拋丸后的
殘余應(yīng)力主要來(lái)源于表層不均勻的塑性變形，在零件參數(shù)允許的范圍內(nèi)，尺寸越大，彈丸消耗相應(yīng)會(huì)更少，成本更低，但需要綜合考慮彈丸對(duì)零件
殘余應(yīng)力和齒面粗糙度的影響，需根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇合適的彈丸。
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