Krachtig shot peening-proces bij de verwerking van tandwielen
De rol van krachtig shot peening
Een belangrijke methode om de buigvermoeidheidssterkte en contactmoeheidsterkte van tandwieltanden te verbeteren, is een belangrijke manier om het vermogen van tandwielen te verbeteren en de levensduur van tandwielen te verlengen.
Werkend principe
Het krachtige shot peening-proces maakt voornamelijk gebruik van hogesnelheidsstralen van kleine stalen shots om het oppervlak van het te spuiten werkstuk bij kamertemperatuur te raken, waardoor elastoplastische vervorming van het oppervlaktemateriaal van het werkstuk ontstaat en een hogere restdrukspanning ontstaat, waardoor de oppervlaktesterkte en vermoeiingssterkte van het werkstuk. Shot peening zorgt ervoor dat het oppervlak van het onderdeel elastisch vervormt, maar produceert ook een groot aantal tweelingen en dislocaties, waardoor het oppervlak van het materiaal wordt verwerkt en versterkt. Zoals weergegeven in figuur 1:
Figuur 1-a Het oppervlak van het onderdeel na gritstralen Figuur 1-b Het oppervlak van het onderdeel zonder gritstralen
De impact van shot peening op de morfologie en prestaties van het oppervlak komt voornamelijk tot uiting in het veranderen van de oppervlaktehardheid, oppervlakteruwheid, weerstand tegen spanningscorrosie en vermoeidheidslevensduur van onderdelen. Het materiaaloppervlak van het onderdeel ondergaat cyclische plastische vervorming onder invloed van het stalen schot. Afhankelijk van de aard en toestand van het materiaal, zal het oppervlak van het materiaal na het kogelstralen de volgende veranderingen ondergaan: verandering van hardheid, verandering van organisatiestructuur, faseovergang, vorming van restspanningsveld op het oppervlak, verandering van oppervlakteruwheid, enz.
Methode voor het meten van de sterkte van het kogelstralen
Wanneer een stuk metaal wordt geraakt door een stroom stalen kogel, zal het buigen. Verzadiging en sterkte van het shot peening zijn twee belangrijke concepten in het shot peening-proces. De verzadigde toestand verwijst naar de toestand waarin het spuiten onder dezelfde omstandigheden doorgaat zonder de mechanische eigenschappen van het bespoten gebied te veranderen. De zogenaamde shot peening-sterkte is om een metalen plaat van een bepaalde specificatie (dwz een teststuk) vooraf te maken door erop te slaan om de sterkte van de verzadigde toestand binnen een bepaalde tijd en de booghoogte van het teststuk te bereiken. wordt gebruikt om het stralen te meten. Mate van kracht.
Momenteel past de meest gebruikte kogelstraalstandaard van de American Society of Vehicle Engineering de kogelstraalproefmethode toe die wordt voorgesteld door Alman, de booghoogtemethode. Deze methode werd voorgesteld door JO Almen (Almen) van GM Company en werd ontwikkeld door SAEJ442a. het detecteren van de vormverandering na shot peening. Wanneer een enkelzijdig kogelstralen wordt uitgevoerd op een teststuk van een dunne plaat, is de oppervlaktelaag onderhevig aan trekvervorming onder invloed van het schot, zodat de dunne plaat bolvormig naar het schotoppervlak is gekromd. Gewoonlijk wordt de booghoogtewaarde van het bolvormige oppervlak gemeten op een bepaalde overspanningsafstand en gebruikt om de intensiteit van shot peening te meten. De waarde van de booghoogte wordt bepaald door het Almen-teststuk na het kogelstralen op een speciale houder te bevestigen en vervolgens het teststuk te verwijderen, en vervolgens de Almen-meter te gebruiken om de trekvervorming van het teststuk te meten dat is geproduceerd door enkelzijdig kogelstralen. (Dat wil zeggen, de waarde van de booghoogte). Als de booghoogte gemeten door het teststuk 0,35 mm is, wordt deze geregistreerd als 0,35 A.
Een andere inspectiemethode voor shot peening-sterkte is restspanningsinspectie, dat wil zeggen de restspanningsinspectie van het werkstuk na sterk shot peening. De specifieke inspectiemethode is röntgendiffractie. De volgende methode wordt aanbevolen in de Amerikaanse SAE J784a-norm: de invallende en afgebogen bundels van röntgenstralen moeten parallel zijn aan de tandwortel van het tandwiel, de meetpositie op het cilindrische tandwiel en het cilindrische tandwiel moeten in het midden van de breedte van de tandwortel en het bestralingsgebied moeten op de tand worden geconcentreerd. Het midden van de wortelfilet kan niet lateraal uitsteken dan het aangegeven meetpunt van de diepte van het tandwortelfiletoppervlak. De grootte van het bestralingsgebied kan worden geregeld door de straal te richten en het tandworteloppervlak op de juiste manier te bedekken; op elk geselecteerd tandwiel dat moet worden geïnspecteerd, moeten ten minste twee tanden worden geselecteerd voor evaluatie en het interval tussen de twee tanden is 180 °. Als het effectieve tandprofiel van de tand wordt beschermd en niet geslepen, kan worden aangenomen dat de tandwortelgrond voor het meten van de restspanning onder het oppervlak niet is beschadigd en kan worden gebruikt voor productie.
Het effect van shot peening op het verbeteren van de vermoeidheidsweerstand van onderdelen
De essentie van het versterken van het materiaaloppervlak door middel van koude vervorming aan het oppervlak is dat koude vervorming veranderingen in de oppervlaktestructuur van het materiaal, de introductie van resterende drukspanning en veranderingen in de morfologie van het oppervlak veroorzaakt.
Shot peening verbetert de oppervlakte-eigenschappen van het materiaal
Bij het versterken van het kogelstralen, zal het oppervlaktemateriaal van het werkstuk elastisch en plastisch worden vervormd wanneer het kleine bolvormige stalen kogel het oppervlak van het gespoten werkstuk met hoge snelheid raakt. De inslaglocatie zal een krater produceren als gevolg van plastische vervorming. Door de inslag krijgt het oppervlaktemateriaal nabij de krater een diameter. Uitbreiden. Wanneer steeds meer stalen schoten het oppervlak van het te spuiten werkstuk raken, absorberen steeds meer delen van het oppervlak van het werkstuk de kinetische energie van de met hoge snelheid bewegende stalen schoten en produceren ze plastische reologie, die de radiale verlenging van de oppervlaktemateriaal als gevolg van plastic veranderingen. Het gebied wordt steeds groter en de plastisch vervormde oppervlakken worden geleidelijk in stukken met elkaar verbonden, zodat geleidelijk een uniforme plastic vervormingslaag wordt gevormd op het oppervlak van het werkstuk. Nadat de plastische vervormingslaag is gevormd, zal het continue shot peening de plastische vervormingslaag geleidelijk dunner maken vanwege de continue uitzetting. Tegelijkertijd wordt de radiale verlenging van de plastische vervormingslaag beperkt door het aangrenzende gebied en wordt het overlappende deel vernietigd. Continu shot peening en peeling. Daarom moet de tijd van shot peening strikt worden gecontroleerd.
Effect van kogelstralen op restspanning van gecarboneerd tandwieloppervlak
Met betrekking tot de reden voor de vorming van restspanning op het oppervlak van het werkstuk door kogelstralen, volgens het standpunt van Al-Obaid et al.: Wanneer het hogesnelheidstalen schot het oppervlak van het monster raakt, treedt plastische vervorming op inslaglocatie en een krater blijft. Wanneer meer en meer staal schoten Wanneer het het oppervlak van het monster raakt, zal een uniforme plastic vervormingslaag worden gevormd op het oppervlak van het monster. Omdat de volume-uitzetting van de plastische vervormingslaag beperkt zal worden tot het onplastisch vervormde aangrenzende gebied, wordt de gehele plastische vervormingslaag onderworpen aan drukspanning.
Omdat de resterende drukspanning en de verdeling ervan een grote invloed hebben op de levensduur van het tandwiel door vermoeidheid, hebben de voor- en nadelen van het shot peening-proces een directe invloed op de restspanning en de verdeling ervan. Daarom is een nauwkeurige bepaling van de restspanning op het oppervlak van de gespoten onderdelen een effectieve methode om de voor- en nadelen van het shot peening-proces te evalueren.
Het effect van shot peening op de oppervlakteruwheid van onderdelen
Versterking van shot peening zal plastische vervorming van het bespoten oppervlak van het onderdeel veroorzaken en de oppervlakteruwheid van het onderdeel veranderen. Oppervlakteruwheid is een soort microscopische geometrische vormfout, ook wel microscopische oneffenheid genoemd. De oppervlakteruwheid is hetzelfde als de golving van het oppervlak en de vormfout. Het behoort tot de geometrische vormfout van het onderdeel. De oppervlakteruwheid heeft een belangrijke invloed op de prestatie van de machineonderdelen. De impact van shot peening op de oppervlakteruwheid van het materiaal ligt gewoonlijk in het bereik van Ra 0,6-20 mm. Zonder de procesparameters te veranderen, hoe hoger de oorspronkelijke oppervlakteruwheid van het materiaal, hoe groter de Ra-waarde na shot peening. De productiepraktijk heeft uitgewezen dat onder normale omstandigheden, als de oppervlakteruwheid voor het spuiten lager is dan 6,3 mm, shot peening de oorspronkelijke oppervlakteruwheid kan vergroten of behouden. Als de oorspronkelijke oppervlakteruwheid hoger is dan 6,3 mm, zal de oppervlakteruwheid na shot peening afnemen. In de productiepraktijk moeten we, om een meer ideaal shot peening-oppervlak te verkrijgen, uitgaan van de volgende aspecten: zorg voor een beter origineel oppervlak, de Ra-waarde moet lager zijn dan 6,3 mm; kies een redelijke stalen shotdiameter en shotdruk; Nadat de stalen kogel met een diameter is gekogelstraald, wordt deze eenmaal bedekt met een kleinere stalen kogel bij lage druk (de waarde van de shotsterkte kan niet worden gewijzigd) om een betere oppervlakteruwheid te bereiken.
Het oppervlak van de onderdelen na het kogelstralen moet licht worden gepolijst en de hoeveelheid metaalverwijdering op het oppervlak moet tijdens het polijsten worden gecontroleerd. Op deze manier wordt het versterkende effect van shot peening niet aangetast en kan de oppervlakteruwheid worden verbeterd. Dit is natuurlijk een probleem met meerdere factoren, ongeacht welke methode wordt toegepast, de invloed van andere factoren moet tegelijkertijd worden overwogen.
De invloed van procesparameters op het shot peening-effect
De belangrijkste factoren die van invloed zijn op de kwaliteit van het shot peening zijn de volgende: shotmateriaal, shotdiameter, shot-snelheid, shot-stroomsnelheid, shot-hoek, shot-afstand, shot-tijd, dekkingsgraad, etc. De verandering van een van deze parameters is van invloed op het effect van shot peening in verschillende mate.
De invloed van staalhagelmateriaal, hardheid, grootte en deeltjesgrootte op het shot peening-effect
Gietijzeren schoten en gietstalen schoten worden meestal gebruikt voor het kogelstralen van geharde tandwielen. Het nadeel van gietijzeren schot is de lage taaiheid. Het is gemakkelijk te breken tijdens het shot peening en heeft veel slijtage. Het gebroken stalen schot moet in de tijd worden gescheiden, anders heeft dit invloed op de oppervlaktekwaliteit van het schot. De voordelen van gietijzeren schoten zijn echter een lage prijs en een hoge hardheid, wat een hoge restdrukspanning op het gespoten oppervlak kan veroorzaken. In vergelijking met gietijzeren hagel heeft gietstalen hagel het voordeel dat het niet gemakkelijk te breken is en gunstig is voor de geometrie van het gespoten oppervlak. De hardheid van gietstalen kogel is echter lager dan die van gietijzeren kogel. Onder andere omstandigheden is de resterende drukspanning van het bespoten oppervlak lager dan die van gietijzeren kogel.
Voor het te spuiten werkstuk bepalen de kwaliteit van het stalen shot en de snelheid van het stalen shot de stabiliteit van het shot peening effect. Onder hen heeft de kwaliteit van het stalen schot een grote invloed op het effect van shot peening. De algemene regel is: de diameter van het stalen schot is klein, de restspanning op het oppervlak van het werkstuk is hoger, maar de versterkingslaag is ondiep; de diameter van het stalen schot is groot, de restspanning op het oppervlak van het werkstuk is lager, maar de versterkingslaag dieper; de hardheid van staalschoten is hoog, de sterkte van het kogelstralen is ook hoog; de diameter van de stalen kogel neemt toe, de sterkte van het kogelstralen neemt ook toe; staalhotsnelheid neemt toe, kogelstraalsterkte, oppervlaktedrukspanning en versterkende laagdiepte.
Een redelijke selectie en controle van shot peening-parameters kan goede shot peening-effecten bereiken. Onder normale omstandigheden wordt de diameter van het stalen schot beïnvloed door de te spuiten onderdelen. In het algemeen mag de diameter van het stalen schot niet groter zijn dan de helft van de filetdiameter van het tandwielovergangsgebied. Te grote stalen shots kunnen niet op de ronde hoeken van het tandwiel worden gespoten. Wanneer de oppervlakteruwheid vereist is, moeten zoveel mogelijk kleinere stalen schoten worden gebruikt. Om aan de dekkingsvereisten te voldoen, zal de shot peening-tijd snel toenemen naarmate de grootte van het stalen shot toeneemt, en kleine stalen shots kunnen snel voldoen aan de dekkingseisen. Daarom mag de diameter van het stalen schot niet te groot zijn. Afhankelijk van de feitelijke situatie kiest ons bedrijf stalen schoten met diameters van φ0,6 mm en φ0,8 mm, en het verkregen effect is ideaal.
Tegelijkertijd is het materiaal van stalen kogels ook erg belangrijk. Nationale normen hebben al strikte specificaties gegeven over de metallografische structuur, chemische samenstelling, minimale dichtheid en hardheidsafwijkingen van staalhagel. De kwaliteit van stalen schoten van gekwalificeerde materialen moet strikt worden gecontroleerd om een uniforme bolvorm en afmeting en voldoende stalen schoten te garanderen. De afname van de hoeveelheid staalhagel zal de corresponderende shotpeensterkte verminderen. Daarom moeten stalen schoten met bepaalde tussenpozen worden gecontroleerd, ongeschikte stalen schoten moeten op tijd worden verwijderd en een bepaald aantal stalen schoten moet worden vervangen en verhoogd. Anders veroorzaken de randen en hoeken van het vervormde stalen schot waarschijnlijk microscheurtjes op het oppervlak van de gespoten onderdelen en veroorzaken ze bronnen van vermoeidheid. Over het algemeen mag het aantal gekwalificeerde stalen schoten niet minder zijn dan 80%. De inhoud van gekwalificeerde staalschoten wordt over het algemeen gecontroleerd door schermen met verschillende specificaties
De hardheid van het stalen schot moet rekening houden met de hardheid van het werkstukmateriaal. Wanneer de hardheid van het stalen schot zeer dicht bij de hardheid van het tandwielmateriaal ligt, worden de maximale drukspanning en compressiediepte niet beïnvloed door de hardheid van het stalen schot. Daarom moet bij het selecteren van een stalen schot de hardheid van het stalen schot groter zijn dan of gelijk zijn aan de hardheid van het uit een tandwiel gestraalde oppervlak. Voor gecarbureerde tandwielen is het het beste om stalen schoten te gebruiken met een hardheid van 55-65HRC om een bevredigend drukspanningseffect te verkrijgen.
De invloed van stroomsnelheid, snelheid en injectiehoek van staalhagel op het effect van het shot peening
De werpkop wordt rechtstreeks aangedreven door een motor met variabele frequentie en de snelheid van de werpkop kan worden gewijzigd door de frequentie van de motor te veranderen. Onder invloed van de middelpuntvliedende kracht stroomt het stalen schot van het gat op de waaieras naar het blad en wordt het vervolgens onder een vaste hoek geworpen door het met hoge snelheid roterende blad. De snelheid van de waaier bepaalt de beginsnelheid van het stalen schot. De maximale snelheid van de motor is 3000r / min.
Terwijl de straalkop roteert, worden continu stalen kogels weggegooid, dus de stroom staalkogel die de waaieras van de straalkop binnenkomt, moet ervoor kunnen zorgen dat de straalkop voldoende staalschoten heeft, wat regelmatig moet worden aangevuld. de straalmachine' s steel shot recovery-systeem, wat nog belangrijker is, de voorraad staalschoten in het medium wordt aangepast door de openingsgrootte van de schotregelklep aan te passen om de stroom stalen schoten die door de schotregelklep gaan, aan te passen in het werpende hoofd. Het invoervolume van het stalen schot van de straalmachine' s ligt vast zodra het is aangepast. Bij normaal gebruik wordt de verandering van de stroomsnelheid van het staalhagel bereikt door de rotatiesnelheid van de straalkop aan te passen, dat wil zeggen, deze neemt toe wanneer het invoervolume van het staalhagel ongewijzigd blijft. Als de waaier roteert, is de stroomsnelheid van het stalen schot per tijdseenheid groter en vice versa. Op de straalmachine is op elke straalkop een ampèremeter aangesloten om het debiet van het stalen schot weer te geven. Wanneer de shot peening kwaliteit niet aan de technische eisen voldoet, dient de motorfrequentie aangepast te worden. De afstelling is om de mate van afstelling te bepalen aan de hand van de aflezingen die op de ampèremeter worden weergegeven. Het leesbereik van de ampèremeter is 0-30A.
tot slot
Bij het shot peening-proces wordt het materiaaloppervlak onderworpen aan de hevige impact van het stalen shot om een door vervorming geharde laag te produceren, die twee effecten zal veroorzaken:
Ten eerste veroorzaakt de structuur subkristalverfijning, neemt de dislocatiedichtheid toe en neemt de roostervervorming toe;
De tweede is het introduceren van hoge macroscopische restdrukspanning.
Bovendien neemt de oppervlakteruwheid toe als gevolg van de impact van het stalen schot, waardoor de scherpe gereedschapsmarkeringen die tijdens het snijden worden geproduceerd, de neiging hebben om glad te zijn. Deze veranderingen zullen de weerstand tegen vermoeidheid en spanningscorrosie van het materiaal aanzienlijk verbeteren, waardoor de levensduur van het tandwiel aanzienlijk wordt verbeterd.
