龔學(xué)全

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

噴丸強(qiáng)化工藝在裝載機(jī)驅(qū)動橋弧齒錐齒輪上的應(yīng)用

龔學(xué)全

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

本文介紹了驗證弧齒錐齒輪強(qiáng)化噴丸技術(shù)的過程，通過對某型號裝載機(jī)產(chǎn)品驅(qū)動橋的弧齒錐齒輪副的失效原因分析，確定輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度不足，采用強(qiáng)化噴丸工藝，經(jīng)過臺架及整機(jī)可靠性試驗等過程，提升強(qiáng)度及壽命，達(dá)到預(yù)期效果。對提高齒輪強(qiáng)度及壽命有一定的借鑒作用。

工程機(jī)械；噴丸強(qiáng)化；驅(qū)動橋；弧齒輪錐齒輪；主傳動

噴丸強(qiáng)化工藝在提高工件可靠性和耐久性方面效果顯著，在航空、航天、汽車、機(jī)車、汽輪機(jī)、船舶、機(jī)械等各行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

裝載機(jī)是牽引型底盤傳動，隨著市場對裝載機(jī)產(chǎn)品的耐用性和可靠性要求的提高，對承擔(dān)主要動力傳動的驅(qū)動橋的質(zhì)量和可靠性的要求隨之提高，單純通過加大弧齒輪錐齒副的尺寸來保證要求，受制于整車對橋包及橋殼尺寸的限制，為此，從齒輪制造的工藝著手，對前橋主傳動齒輪噴丸強(qiáng)化工藝進(jìn)行了研究，提升強(qiáng)度及使用壽命。由于裝載機(jī)作為工程施工機(jī)械的特殊性，為了確認(rèn)其通過噴丸強(qiáng)化能夠增強(qiáng)性能的可行性，必須對其應(yīng)用進(jìn)行試驗驗證。

1 噴丸強(qiáng)化概述

噴丸強(qiáng)化的過程就是將高速運動的彈丸流噴向零件表面的過程。用于提高零件的抗疲勞及耐應(yīng)力腐蝕能力，運作機(jī)理是利用高速運動的彈丸（60～110m/s）流連續(xù)沖擊被強(qiáng)化工件表面，迫使靶材表面和表層（0.10～0.85mm）在循環(huán)性變形過程中發(fā)生以下變化：（1）顯微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改性；（2）非均勻的塑變外表層引入殘余壓應(yīng)力，內(nèi)表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；（3）外表面粗糙度發(fā)生變化（RaRz）。通過使用噴丸強(qiáng)化工藝，可提高材料/零件疲勞斷裂抗力，防止疲勞失效，塑性變形與脆斷，提高疲勞壽命。通過噴丸強(qiáng)化，一般可提高疲勞壽命1～3倍，甚至可提高幾十倍。在飛機(jī)制造及維修、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等大量采用，是一種特殊的工藝方法。

2 當(dāng)前齒輪存在問題

2.1 研究零件的質(zhì)量特性及相關(guān)信息

研究零件的質(zhì)量特性及相關(guān)信息如表1。

表1 零件的質(zhì)量特性及相關(guān)信息

2.2 當(dāng)前齒輪失效模式

研究齒輪存在較高的外部反饋率，主要失效方式為崩齒、斷齒。經(jīng)失效分析研究，失效原因為抗疲勞強(qiáng)度不足，失效件模式如圖1，為解決強(qiáng)度不足的問題，開展應(yīng)用噴丸強(qiáng)化工藝試驗及可靠性驗證。

圖1 大螺旋錐齒輪失效模式

3 噴丸強(qiáng)化工藝

3.1 噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)

經(jīng)分析研究，使用以下噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)，噴丸強(qiáng)度：0.45～0.55mmA，覆蓋率200%；彈丸要求：預(yù)鈍化鋼絲切丸CW-23，硬度HRC55～60。

3.2 噴丸強(qiáng)化方式

噴射距離設(shè)置為100～150mm，噴射角度應(yīng)垂直于受噴零件表面。

3.3 噴丸強(qiáng)化參數(shù)檢測

層深及殘余應(yīng)力檢測?；↓X錐齒輪強(qiáng)化噴丸后的外觀效果如圖2。

圖2 強(qiáng)化噴丸后齒輪效果

采用ASTM-E915-2010、EN15305-2008及GB7704-2010等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測。使用電解拋光機(jī)型號Proto-8818,飽和NaC1水電解液，數(shù)顯千分表檢測電解拋光深度，檢查結(jié)果見表2，其中負(fù)值應(yīng)力代表壓應(yīng)力。

表2 殘余應(yīng)力檢測表

經(jīng)過強(qiáng)力噴丸后表面5μm殘余壓應(yīng)力達(dá)到約700MPa，次表層50μm殘余壓應(yīng)力達(dá)到約1000MPa，較強(qiáng)力噴丸前提高300%以上，強(qiáng)化參數(shù)符合預(yù)期要求。

4 試驗

4.1 臺架試驗

臺架對比試驗方案如表3。

表3 臺架對比試驗方案

4.2 臺架試驗參數(shù)及結(jié)果

使用驅(qū)動橋?qū)I(yè)疲勞壽命試驗臺，分別對裝配有噴丸強(qiáng)化型和普通型兩種弧齒錐齒輪的前橋總成進(jìn)行加載試驗，完成了各2套共4套橋總成試驗，試驗結(jié)果壽命，經(jīng)分析計算，噴丸強(qiáng)化后的弧齒錐齒輪齒輪平均壽命提高361.3%，預(yù)計強(qiáng)化噴丸后的弧齒錐齒輪的外反饋率下降約78.3%。

4.3 整機(jī)可靠性試驗參數(shù)及結(jié)果

根據(jù)臺架試驗的結(jié)論，策劃進(jìn)行了小批量實際工況驗證，最后進(jìn)入批量實施，進(jìn)入穩(wěn)定期后考查期外反饋率下降為原來的1/34.3倍，取得滿意效果。

5 結(jié)語

由于硬齒面齒輪的基體硬度較高，只能通過強(qiáng)化噴丸的方法進(jìn)行強(qiáng)化，通過強(qiáng)化噴丸試驗及檢測分析，優(yōu)化噴丸工藝，可以達(dá)到強(qiáng)化噴丸的目的。根據(jù)試驗研究和驗證的結(jié)果可知，應(yīng)用合適的強(qiáng)化噴丸工藝，所達(dá)到的噴丸效果可有效提升弧齒錐齒輪的強(qiáng)度，大幅提升齒輪壽命和可靠性，是提升裝載機(jī)驅(qū)動橋承載能力的有效方法。

[1]褚東寧，張先國，鄭立新，汪波瀾，胡靖.重型車后橋主動齒輪噴丸強(qiáng)化工藝及設(shè)備[J].汽車工藝與材料，2004(7):60~66.

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