1 喷丸强化工艺

　　1.1 目的

　　通过喷丸强化在零件表面形成的残余应力来降低零件工作负荷对 疲劳应力和应力腐蚀的影响。

　　1.2 定义

　　喷丸强化中的定义：

　　(1)喷丸。“喷丸”是一种利用高速喷射的弹丸流来撞击零件表面， 使零件获得较高的疲劳强度的工艺方法。(2)喷丸强度。它反映金属表 层被弹丸打击的程度、产生的压缩应力大小的程度，在其它喷丸强化工 艺参数不变的条件下，试片的弧高度值随喷丸时间而迅速增高，但随后 逐渐变缓，当喷丸到一定时间时，弧高度值达到一个定值，此值之后，弧 高度值的增加明显变缓，此值即为“饱和点”，过饱和点后，弧高度值与喷 丸时间呈线性递增关系。如果在增加一倍的时间来喷丸，弧高度值增加 也不会超过饱和点处弧高度值的 10%，饱和点处的弧高度值称为喷丸 强度。(3)表面覆盖率。喷丸表面的“表面覆盖率”是在被喷丸零件表面规 定的区域内，弹痕占据的表面与要求喷丸强化的表面之间的比值。检验 表面覆盖率有两种方法：目视检验;着色检验。(4)饱和时间。“饱和时间” 被定义为以双倍时间进行喷丸强化，而喷丸试片的弧高度值增加量不 超过 10%时的时间。(5)喷嘴角。喷嘴角时喷嘴对机床台面的垂直方向 形成的角度。(6)喷射角。喷射角是喷丸的方向相对于要求喷丸的零件 表面形成的角度。(7)过喷区。与通过标准试片检验的强化喷丸表面相 邻的不进行检验的喷丸表面。

　　1.3 弹丸

　　(1)弹丸的规格、外形及其它技术要求应符合 GB6484，弹丸要尽量 选择球形的，禁止使用带有尖边的、中空的或形状不规则的弹丸。(2)弹 丸的选择原则。a.对表面光度及形位公差无严格要求(或非配合表面)的 大型零件，可采用较大尺寸的弹丸以获得较高的喷丸强度。b.对表面光 度要求较高的零件(包括配合表面)，应采用较小尺寸的弹丸。c.带有内 外圆角、沟槽的零件，弹丸直径应小于内外圆角半径和沟槽宽度的一 半。

　　1.4 喷丸强化的设备，工装

　　(1)喷丸机。喷丸机主要有两种类型：气动式喷丸机和离心式喷丸 机。(2)检验用筛。检验用筛应符合 GB6003，用它来检验弹丸尺寸，将不 合格的弹丸过滤出去，每次使用完后清理干净，保证筛孔不被堵塞。(3) 试片。除了由特殊规定外，试片材料为 70 或 65Mn 冷扎弹簧钢。标准试 片分三种类型：N 型、A 型、C 型，其规格尺寸如表 1：

表 1

　　弧高度测具：测量标准试片弧高度值的标准弧高度测具，其结构及 尺寸应符合如图 1 所示。

　　1.5 喷丸过程要求

　　(1)喷丸前零件状态。需要喷丸强化的表面应清除像黄油，矿物油 等污物。而且不应有阳极化膜，电镀膜，涂层等那样的表面附着层。需要 喷丸强化的表面内腔应光滑过渡并且尖边应倒圆。(2)工艺参数的确定。 工艺参数主要包括：弹丸直径、弹丸速度、弹丸流量、喷射角度、喷射距 离、喷丸时间、风压、零件转速和移动速度、喷嘴的移动速度和移动行程 等内容，确定工艺参数按下述步骤进行：a.将喷丸试片装在试片夹具上， 使其处于与零件喷丸部位相同的位置。b.现估计一组参数调整喷丸机。c. 对试片进行一定时间的喷丸后卸下，用弧高度测具测量试片的弧高度 值，并且观察表面覆盖率。d.对一组试片，选取不同时间重复 a、b、c，以便 获得数个试验数据(一般取 6～10 片喷丸)，按所获得的数据，作出如图的 弧高度曲线，由曲线上的饱和点来确定喷丸强度。

        e.当从曲线上得到的喷丸强度未满足要求时，则重新取一组试片， 调整工艺参数后，按以上的步骤重新试验，直至得到满足要求的弧高度曲线。

　　(3)零件的保护。图中非喷丸的表面应进行保护，避免这些表面受 到弹丸束的打击而损伤。当无法保护时，必须使这些表面留有足够的余 量，以去掉受到影响的材料。

　　2 喷丸强化对齿轮的影响

　　2.1 喷丸强化及其对疲劳的影响

　　利用以上原理，通过喷丸强化在零件表面产生一薄薄的高残余压 应力层，而消除疲劳失效的(2)过程，即可抑制疲劳裂纹的扩展。零件剖 面上的应力分布可用图 3 表示。

　　2.2 喷丸强化对齿轮传动的影响

　　喷丸强化用于传动齿轮主要是为了：(1)改善齿根圆角的疲劳 强度。(2)提高齿面疲劳寿命，减少疲劳点蚀，增加耐用性。(3)有助于齿 轮或传动系统的润滑。(4)喷丸可以消除机械加工在齿面上形成的横向 连续刀痕。

　　2.3 提高齿轮的耐久性与抗点蚀疲劳

　　喷丸强化也可以改善齿表面疲劳寿命。齿轮啮合时，平行于齿面的 次表面的剪切应力使齿部出现疲劳点蚀。由于两齿轮是沿着节线呈滚 动啮合，在节圆上下所产生的滑差可能高达40%。这种滑动可能在啮合 表面下面约 0.15mm 处产生细微裂纹。这些裂纹向表面扩展至该金属小 楔块破裂脱落便形成点蚀疲坑。由于裂纹不能向压应力层内扩展，而喷 丸强化可以得到 0.18mm～0.20mm 厚的压应力层，所以喷丸强化能够防 止点蚀疲劳。

　　2.4 喷丸强化可以去除连续刀痕

　　齿轮加工中在齿面上出现的连续刀痕，可能会导致齿轮断齿失效。 喷丸强化可以作为将齿面刀痕改善到“允许”状态的一种技术。

　　3 结束语

　　喷丸强化通常用于如下情况：(1)增加疲劳强度。(2)减少造成齿轮 耐用性能降低的点蚀疲劳，提高齿轮使用寿命。(3)有助于齿轮润滑。(4)消除了由于加工刀痕引起的齿面应力集中，由于喷丸后齿面波痕均匀， 并达到“安全状态”，所以可以消除刀痕造成的应力集中。

图3

　　控制技术：如果在喷丸强化过程中，应用的喷丸控制技术适当，则 该工艺确是改善上述性能的一项很奏效的手段。这些控制技术如下：(1) 有能够正确地确定喷丸强度的能力。(2)有能够即时消除大小和形状不 合格弹丸的能力。(3)有能够保证零件喷丸表面喷丸后覆盖完全的能力。