喷丸强化工艺在提高工件可靠性和耐久性方面效 果显著，在航空、航天、汽车、机车、汽轮机、船舶、 机械等各行业中被广泛应用。

　　装载机是牵引型底盘传动，随着市场对装载机产 品的耐用性和可靠性要求的提高，对承担主要动力传动 的驱动桥的质量和可靠性的要求随之提高，单纯通过加 大弧齿轮锥齿副的尺寸来保证要求，受制于整车对桥包 及桥壳尺寸的限制，为此，从齿轮制造的工艺着手，对 前桥主传动齿轮喷丸强化工艺进行了研究，提升强度及 使用寿命。由于装载机作为工程施工机械的特殊性，为 了确认其通过喷丸强化能够增强性能的可行性，必须对 其应用进行试验验证。

　　1 喷丸强化概述

　　喷丸强化的过程就是将高速运动的弹丸流喷向零 件表面的过程。用于提高零件的抗疲劳及耐应力腐蚀能 力，运作机理是利用高速运动的弹丸(60 ～ 110m/s) 流连续冲击被强化工件表面， 迫使靶材表面和表层(0.10 ~ 0.85mm) 在循环性变形过程中发生以下变化： (1) 显微组织结构发生改性;(2)非均匀的塑变外表层引 入残余压应力，内表层产生残余拉应力;(3)外表面 粗糙度发生变化(RaRz)。通过使用喷丸强化工艺， 可提高材料 / 零件疲劳断裂抗力，防止疲劳失效，塑性 变形与脆断，提高疲劳寿命。通过喷丸强化，一般可提 高疲劳寿命 1 ～ 3 倍，甚至可提高几十倍。在飞机制造 及维修、汽轮机、发电机等大量采用 ，是一种特殊的工艺方法。

　　2 当前齿轮存在问题

　　2.1 研究零件的质量特性及相关信息

　　研究零件的质量特性及相关信息如表 1。

　　2.2 当前齿轮失效模式

　　研究齿轮存在较高的外部反馈率，主要失效方式 为崩齿、断齿。经失效分析研究，失效原因为抗疲劳强 度不足，失效件模式如图 1，为解决强度不足的问题， 开展应用喷丸强化工艺试验及可靠性验证。

图 1 大螺旋锥齿轮失效模式

　　3 喷丸强化工艺

　　3.1 喷丸强化工艺参数

　　经分析研究，使用以下喷丸强化工艺参数，喷丸 强度：0.45 ～ 0.55mmA， 覆盖率 200%; 弹丸要求： 预 钝化钢丝切丸 CW-23，硬度 HRC55 ～ 60。

　　3.2 喷丸强化方式

　　表 1 零件的质量特性及相关信息

　　3.3 喷丸强化参数检测

　　层深及残余应力检测。弧齿锥齿轮强化喷丸后的外观效果如图 2。

图 2 强化喷丸后齿轮效果

　　采用 ASTM-E915-2010、EN15305-2008 及 GB7704- 2010 等标准规定的方法，进行残余应力检测。使用电 解抛光机型号 Proto-8818, 饱和 NaC1 水电解液， 数显 千分表检测电解抛光深度，检查结果见表 2，其中负值 应力代表压应力。

表 2 残余应力检测表

　　经 过 强 力 喷 丸 后 表 面 5μm 残余压应力达到约 700MPa，次表层 50μm 残余压应力达到约 1000MPa，较强力喷丸前提高 300% 以上，强化参数符合预期要求。

　　4 试验

　　4.1 台架试验

　　台架对比试验方案如表 3。

表 3 台架对比试验方案

　　4.2 台架试验参数及结果

　　使用驱动桥专业疲劳寿命试验台，分别对装配有 喷丸强化型和普通型两种弧齿锥齿轮的前桥总成进行加 载试验，完成了各 2 套共 4 套桥总成试验，试验结果寿 命，经分析计算，喷丸强化后的弧齿锥齿轮齿轮平均寿 命提高 361.3%，预计强化喷丸后的弧齿锥齿轮的外反 馈率下降约 78.3%。

　　4.3 整机可靠性试验参数及结果

　　根据台架试验的结论，策划进行了小批量实际工 况验证，最后进入批量实施，进入稳定期后考查期外反 馈率下降为原来的 1/34.3 倍，取得满意效果。

　　5 结语

　　由于硬齿面齿轮的基体硬度较高，只能通过强化 喷丸的方法进行强化，通过强化喷丸试验及检测分析， 优化喷丸工艺，可以达到强化喷丸的目的。根据试验研 究和验证的结果可知，应用合适的强化喷丸工艺，所达 到的喷丸效果可有效提升弧齿锥齿轮的强度，大幅提升 齿轮寿命和可靠性，是提升装载机驱动桥承载能力的有 效方法。