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齿轮加工中强力喷丸

强力喷丸是提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。本文主要介绍齿轮加工中的强力喷丸工艺。

1、工作原理  

强力喷丸工艺主要是利用高速喷射的细小钢丸在室温下撞击受喷工件表面，使工件表层材料产生弹塑性变形并呈现较高的残余压应力，从而提高工件表面强度及疲劳强度。喷丸一方面使零件表面发生弹性变形，整体合金刀具，同时也产生了大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。如图1所示：

.    图1-a   经喷丸处理的零件表面    图1-b 未经喷丸处理的零件表面

喷丸对表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命。零件的材料表层在钢丸束的冲击下发生循环塑性变形。根据材料的性质和状态的不同，喷丸后材料的表层将发生以下变化：硬度变化、组织结构的变化、相转变、表层残余应力场的形成、表面粗糙度的变化等。

2、    喷丸强度的测量方法

当一块金属片接受钢丸流的喷击时会产生弯曲。饱和状态和喷丸强度是喷丸加工工艺中的两个重要概念。饱和状态是指在同一条件下继续喷击而不再改变受喷区域机械特性时的状态。所谓喷丸强度，就是通过打击预制成一定规格的金属片（即试片），在规定的时间使之达到饱和状态的强弱程度，并用试片弯曲的弧高值来度量其喷击的强弱程度。

目前，应用较广的美国机动车工程学会喷丸标准中采用阿尔曼提出的喷丸强化检验法——弧高度法，该方法由美国GM公司的J. O. Almen（阿尔门）提出，并由SAEJ442a和SAE443标准规定的测量方法，其要点是用一定规格的弹簧钢试片通过检测喷丸强化后的形状变化来反映喷丸效果。对薄板试片进行单面喷丸时，由于表面层在弹丸作用下产生参与拉伸形变，所以薄板向喷丸面呈球面弯曲。通常在一定跨度距离上测量球面的弧高度值，用其来度量喷丸的强度。测定弧高度值是通过将阿尔门试片固定在**夹具上，经喷丸后，再取下试片，然后用阿尔门量规测量试片经单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。如用试片测得的弧高值为0.35mm时，记作0.35A。

喷丸强度的另一种检验方法为残余应力检测，即对经强力喷丸后的工件进行残余应力的检测，具体的检验方法为X射线衍射法。在美国SAE J784a标准中推荐如下方法：X射线的入射和衍射束必须平行于齿轮的齿根，圆柱直齿轮和圆柱螺旋齿轮上的测量位置应当在齿根的宽度*，照射区域必须集中在齿根圆角的中心，不能横向延伸**出规定的齿根圆角表面深度的测量点，照射区域大小的控制可以通过对直光束和适当遮盖齿根表面实现；在每个选定受检的齿轮上，较少要任选两个齿进行评估，两齿间隔180。如果齿的有效齿廓受到保护没有研磨，则可以认为齿根研磨的用于表面下残余应力测量的齿轮未受损坏并且可以用于生产。

3、    喷丸对提高零件疲劳抗力的作用

a．借助表面冷变形实现材料表面强化的本质在于冷变形造成材料表层组织结构的变化、引入残余压应力以及表面形貌的变化。

b． 喷丸使材料表面性能改善

c． 强化喷丸过程中，当微小球形钢丸高速撞击受喷工件表面时，使工件表层材料产生弹、塑性变形，撞击处因塑性形变而产生一压坑，撞击导致压坑附近的表面材料发生径向延伸。当越来越多的钢丸撞击到受喷工件表面时，工件表面越来越多的部分因吸收高速运动钢丸的动能而产生塑性流变，使表面材料因塑性变化而产生的径向延伸区域越来越大，发生塑性形变的表面逐步连接成片，则使工件表面逐步形成一层均匀的塑性变形层。塑性变形层形成后，继续喷丸会使塑变层因继续延伸而厚度逐步变薄，同时塑变层的径向延伸会因受到邻近区域的限制而导致重叠部分发生破坏，较终塑变层因持续的喷丸而剥落。所以必须对喷丸的时间加以严格的控制。

4、喷丸对渗碳齿轮表层残余应力的影响

关于喷丸使工件表面形成残余应力的原因，根据Al-Obaid等人的观点：当高速钢丸撞击到试样表面，撞击处产生塑性变形而残余一压坑，当越来越多的钢丸撞击到试样表面时，则会在试样表层产生一层均匀的塑变层，由于塑性变形层的体积膨胀会受到来自未塑性变形近邻区域的限制，因此整个塑变层受到一压应力。

由于残余压应力及其分布对齿轮疲劳寿命有较大的影响，而喷丸强化工艺的优劣将直接影响残余应力大小及其分布。因此准确测定受喷零件的表层残余应力对于评价喷丸工艺的优劣是一个行之有效的手段。

5、喷丸对零件表面粗糙度的影响

强化喷丸会引起零件受喷表面的塑性变形，使零件的表面粗糙度发生变化。表面粗糙度是一种微观几何形状误差，又称为微观不平度。表面粗糙度和表面波度、形状误差一样，都属于零件的几何形状误差，表面粗糙度对于机器零件的使用性能有着重要的影响。喷丸对材料表面粗糙度的影响通常在Ra0.6～20mm范围内。在不改变工艺参数的条件下，材料原始表面粗糙度愈高，喷丸后的Ra值愈大。生产实践证明，一般情况下，喷前表面粗糙度在6.3mm以下，喷丸可以提高或维持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，则喷丸后表面粗糙度有所降低。

在生产实践中，要想获得较理想的喷丸表面，应从以下几个方面着手：

提供较好的原始表面，Ra值应在6.3mm以下；

选择合理的钢丸直径和喷丸压力；

在大直径钢丸喷丸强化后，采用较小钢丸低压力(不能改变喷丸强度值)覆盖一次，可达到较好的表面粗糙度。

喷丸后的零件表面应轻微打磨，打磨时要控制表面金属去除量。这样，既不损害喷丸的强化效果，又可改善表面粗糙度。当然，这是一个多因素问题，不论采用什么方法，必须同时考虑其他因素的影响。

6 、工艺参数对喷丸效果的影响

对喷丸质量有影响的主要有以下几个方面：

钢丸材料、钢丸直径、钢丸速度、钢丸流量、喷射角度、喷射距离、喷射时间、覆盖率等。其中任何一个参数的变化都会不同程度地影响喷丸强化的效果。

a、钢丸的材料、硬度、尺寸及粒度对喷丸效果的影响

铸铁丸和铸钢丸通常用于硬齿面齿轮的喷丸。铸铁丸的缺点是韧性较低，在喷丸过程中易于破碎、耗损量大，对破碎的钢丸要及时分离，否则会影响受喷表面质量。但铸铁丸的优点是价格*、硬度高，可以使受喷表面产生较高的残余压应力。铸钢丸与铸铁丸相比，其优点是不易破碎，对受喷表面几何形貌有利。但铸钢丸硬度较铸铁丸低，硬质合金刀具厂，在其他条件相同时，受喷表面的残余压应力低于铸铁丸。

跟着近几年齿轮加工技能的开展，齿轮资料、齿轮刀具制作和磨齿砂轮的工艺的改进、齿轮机床在精加工齿轮的精度及加工功率方面都有了很大的进步，速度之快出乎幻想。

跟着近几年齿轮加工技能的开展，齿轮资料、齿轮刀具制作和磨齿砂轮的工艺的改进、齿轮机床在精加工齿轮的精度及加工功率方面都有了很大的进步，速度之快出乎幻想。而且齿轮制作的开展方向不仅涉及成熟的欧美市场，还包括以我国为代表的快速开展市场。

传统高速钢滚刀及湿切技能还能走多远？

硬质合金滚刀和干切加工的推进作用众所周知。关于齿轮流水线大批量出产，高速钢滚刀能否被硬质合金滚刀取替?干切是否已成为滚齿加工的必由之路，仍是依然会走湿切之路?

硬质合金滚刀尽管特别适用于滚削轿车用齿轮。但是，硬质合金滚刀在欧洲的运用程度依然不高，这是因为跟着新式的高速钢资料及高性能刀具涂层技能的开展，硬质合金滚刀与高速钢滚刀在滚齿时刻上的距离可被控制在15%左右；硬质合金滚刀价格较高，若齿轮工件数量缺乏够多，运用硬质合金滚刀的本钱会很高；再者，运用硬质合金滚刀时要特别当心，而且滚切参数和相应滚齿程序要编制得很详尽，只要现代滚齿机才干运用硬质合金滚刀正确滚齿，而若要更新滚齿设备，则需求巨大的投资。就 Samputensili而言，每年约出产25000把滚刀，其中硬质合金类只占3%左右。这就是说，硬质合金滚刀每年的出产量较多为750把。

齿轮干切加工则是另外一回事。因为环保要求及处理冷却废液的费用很高，欧洲、美国和日本的用户在挑选时一般会考虑干切滚齿；而在我国、印度等开展我国家，控制污染尽管也是一个火急的要求，但需求时刻。一旦社会对污染问题的控制日益严厉后，齿轮干切加工也将会敏捷开展起来。

哪一种齿轮精加工更流行

关于齿轮精加工，剃齿和磨齿之间，哪一种齿轮精加工更流行呢?

这首先要把一种职业与另一种职业区分开来。比方说，轿车工业运用的齿轮绝大多数还依托剃齿进行加工。有些企业也会对后端传动装置齿轮进行磨削加工，这只是是为了消除环形圆柱齿轮上发生的任何变形。

上述提到的齿轮加工时刻削减，首要归功于新式齿轮刀具、现代齿轮机床的开展及由此带来的精加工余量大幅削减和磨前齿轮质量的进步。另外，与磨齿机比较，现代数控剃齿机常是价半功倍，可获得热处理前的高精度齿轮等级(高达DIN5-6等级)；而且与齿轮螺纹磨床磨削比较，加工周期也较短。

关于轿车工业的齿轮，尤其是那些用在主动变速器的小齿轮，咱们可以将剃齿加工后热处理形成的变形控制在几个微米；另外，经过齿形和齿向的批改有助于补偿变形。因为现代剃刀刃磨机的出现，如Samputensili公司所产生的S400GS，齿形、齿向两个参数可快速简略修形；批量出产的时分，剃齿加工比磨削的优点多许多，比较较而言，剃齿既能保证质量，价格又合理。

Samputensili 是齿轮机械职业****的公司之一，近年来其制作的剃刀还没显示出缓慢增产的征兆。与此同时，齿轮磨削机床出产数量也在不断上升。齿轮加工工艺的飞速开展，齿轮机床所的操作高效快速，齿轮磨轮也有了敏捷开展。这首要表现在陶瓷磨具、CBN砂轮、电镀磨轮等方面。用上述磨具来进行齿轮磨削加工，使加工周期缩短。

正因为加工周期逐步缩小，齿轮磨削加工的本钱也随之大幅降低。需求指出的是，有些工业对齿轮质量的要求很高，有的工业需求实现特别的齿形，所以必须经过磨削来完成。例如，重货车工业、航空工程以及用于发电、变电的减速器工业，都依托磨削去做齿轮精加工。在这些大功率工业中，齿轮磨削已处于决对优势。

齿轮批量出产的新技能

齿轮的质量要求越来越高，变速噪音要求越来越低。要到达质量、噪音的两层目标，这就要求进行精度更高的齿轮加工，实现较为复杂的齿轮齿向和齿形，合金刀具品牌，意图是把变速传动的误差降到蕞小。这意味着，在今后一个时期内，磨削依然是齿轮成批出产的首要办法，齿轮磨削这项加工工艺或许会愈加广泛运用。但要特别注意齿轮加工的单位本钱。至今，本钱低、收效大的剃齿带来的优点是很明显的。磨削在齿轮精加工中取得圆满成功时，剃齿才或许大规模地被它替代。总归，不管挑选哪一种齿轮加工办法，都要多注意实际运用情况。

鉴于滚齿加工现在取得了相当大的开展，很有或许滚齿后所获的高精度也不再需求进行剃齿。齿轮烧结技能的进一步开展对齿轮制作也做出较大的贡献，但是此办法现在正在处于萌芽状况，很难经确预测未来开展趋势。

正如上面所说，尽管齿轮加工技能开展变化很大，但是齿轮的单位加工本钱肯定不会改动。在大批量流水出产线上，齿轮加工结构调整应该以这个参数为导向。新工艺的开展关于质量、精度的进步大有裨益。跟着齿轮产品技能的精细化，对这两个关键要素的要求越来越严厉。尽管满意这么高的要求非常难，咱们也必须要追求高规范。但是，光着眼于高指标还不够，咱们更要重视的是到达**物美的规范，不然再好的齿轮新工艺、新功能也不会遭到市场的欢迎，齿轮技能开展水平也不会进而改进。在技能含量高的职业上，应该同时并存工艺精密和价格合理的趋势。

齿轮是工业出产中的重要根底零件，其加工技师和加工能力反映一个国家的工业水平。实现齿轮加工数控倾和主动化、加工和检测的一体化是现在齿轮加工的开展趋势。而且，齿轮被广泛地运用于机械设备的传动体系中，滚齿是运用较广的切齿办法，传统的机械滚齿机床机械结构非常复杂，一台主电机不仅要驱动展成分度传动链，还要驱动差动和进给传动链，各传动链中的每一个传动元件自身的加工误差都会影响被加工齿轮的加工精度，同时为加工不同齿轮，还需求更换各种挂轮调整起来复杂费时，大大降低了劳动出产率。

以国外数控体系为干流的数控滚齿机的出现，大大进步了齿轮加工能力和加工功率。我国现在真正能够出产数控滚齿机的厂家较少，且运用的多是德国西门子数控体系，加工中模数齿轮，没有自主产权的核心技能，缺少国际竞争力。在这样的布景下，海德盟数控专心于滚齿机体系的研发，为齿轮加工职业规划出专业的解决方案，真正的做到了让我国人用上自己高挡数控体系!

由于CNC加工中心其是采用软件进行锁住的，在模仿加工时，当按下主动运转按钮时在模仿界面并不能直观地看到机床是否已锁住。模仿时往往又没有对刀，假如机床没有锁住运转，台州合金刀具，较易发生撞刀。所以在模仿加工前应到运转界面确认一下机床是否锁住。加工时忘掉关闭空运转开关。由于在程序模仿时，为了节省时刻常常将空运转开关打开。空运转指的是机床一切运动轴均以G00的速度运转。假如在加工时空运转开关没关的话，机床疏忽给定的进给速度，而以G00的速度运转，形成打刀、撞机床事端。空运转模仿后没有再回参考点。在校验程序时机床是锁住不动的，而刀具相对工件加工在模仿运转(决对坐标和相对坐标在变化)，这时的坐标与实践方位不符，须用返回参考点的办法，确保机械零点坐标与决对、相对坐标一致。假如在校验程序后没有发现问题就进行加工操作，将形成刀具的磕碰。**程免除的方向不对。

当机床**程时，应该按住**程免除按钮，用手动或手摇办法朝相反方向移动，即能够消除。可是假如免除的方向弄反了，则会对机床产生伤害。由于当按下**程免除时，机床的**程维护将不起作用，**程维护的行程开关已经在行程的尽头。此刻有或许导致工作台继续向**程方向移动，较终拉坏丝杠，形成机床损坏。制定行运转时光标方位不妥。制定行运转时，往往是从光标所在方位开始向下执行。对车床而言，需要调用所用刀具的刀偏值，假如没有调用刀具，运转程序段的刀具或许不是所要的刀具，较有或许因刀具不同而形成撞刀事端。当然在加工中心、数控铣床上一定要先调用坐标系如G54和该刀的长度补偿值。由于每把刀的长度补偿值不一样，假如没调用也有或许形成撞刀。

CNC加工中心数控机床作为高精度的机床，防撞是非常必要的，要求操作者养成认真细心慎重的习气，按正确的办法操作机床，减少机床撞刀现象发生。跟着技术的开展呈现了加工过程中刀具损坏检测、机床防撞击检测、机床自适应加工等先进技术，这些能够更好地维护数控机床。

归纳起来9点原因：

(1)程序编写过错

工艺安排过错，工序承接联系考虑不周详，参数设定过错。

例:A.坐标设定为底为零，而实践中却以**为0；

B.安全高度过低，导致刀具不能彻底抬出工件；

C.二次开粗余量比**把刀少；

D.程序写完之后应对程序之途径进行剖析检查；

(2)程序单补白过错

例：A.单边碰数写成四边分中；

B.台钳夹持间隔或工件凸出间隔标示过错；

C.刀具伸出长度补白不详或过错时导致撞刀；

D.程序单应尽量详细；

E.程序单设变时应采用以新换旧之准则：将旧的程序单消毁。

(3)刀具丈量过错

例： A.对刀数据输入未考虑对刀杆；

B.刀具装刀过短；

C.刀具丈量要运用科学的办法，尽或许用较经确的仪器；

D.装刀长度要比实践深度长出2-5mm。

(4)程序传输过错

程序号呼叫过错或程序有修改，但仍然用旧的程序进行加工；

现场加工者必须在加工前检查程序的详细数据；

例如程序编写的时刻和日期，并用熊族模仿。

(5)选刀过错

(6)毛坯**出预期，毛坯过大与程序设定之毛坯不相符

(7)工件资料本身有缺点或硬度过高

(8)装夹要素，垫块干与而程序中未考虑

(9)机床故障，俄然断电，雷击导致撞刀等