機車牽引齒輪受控噴丸工藝研究

文章出處：本站編輯：拋丸機發(fā)表時間：2015-04-15 10:34:03

摘要：從受控噴丸設備、丸粒及工藝三要素等方面著手，闡述了受控噴丸的發(fā)展及重要性，并通過實例說明重載機車齒輪受控噴丸工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇。

某公司20世紀70年代末開始采用噴丸強化工藝，自主研發(fā)設計并制造了當時海內(nèi)提高前輩的重力式齒輪噴丸機，主要對DF₄型貨運機車牽引齒輪進行噴丸強化，經(jīng)由30多年的經(jīng)驗積累，形成了自己的一套噴丸工藝，對機車齒輪疲憊壽命的進步曾起過重要作用。

但是跟著國民經(jīng)濟及鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，對機車牽引齒輪可靠性及疲憊壽命要求進一步進步，傳統(tǒng)的噴丸工藝已經(jīng)無法知足重載貨運機車牽引齒輪的強化要求，所以必需在噴丸技術長進行新的研究。

1、齒輪噴丸樞紐要素分析：

在噴丸領域，設備、丸粒以及工藝俗稱噴丸三要素，其是否有機結合將直接影響齒輪的噴丸強化效果。

對于強化設備，必需具有足夠的工藝可調(diào)節(jié)性及可控性。傳統(tǒng)意義上的噴丸機通常是指重力式噴丸機，這種噴丸機不產(chǎn)生負壓，僅僅依賴彈丸自身的重力自動流入噴嘴內(nèi)，然后隨高壓空氣噴射。這樣噴射出的丸粒瞬時線速度較低，對經(jīng)淬火處理的硬齒面齒輪強化能力差。目前采用的設備為數(shù)控氣壓式噴丸機，這種設備能夠克服重力式噴丸機的缺點，彈丸與壓縮空氣直接混合壓入噴嘴，丸粒瞬時線速度高，強化能力明顯晉升；同時，噴丸的自動化水平大幅度晉升，人力本錢顯著降低。

1996年編制的噴丸鐵標中建議噴丸采用鑄鋼（鐵）丸，且鑄鋼丸硬度為HRC45-50，鑄鐵丸硬度在HRC65以上。其主要針對DF₄型貨運機車采用中頻感應終極熱處理方式的牽引齒輪和要求不高、受力不大的齒輪，對于目前線路上廣泛使用的重載貨運機車滲碳淬火硬齒面齒輪的強化效果不顯著。同時鑄鋼（鐵）丸的材料大多數(shù)是選用廢鋼經(jīng)由電爐熔煉鋼水，然后離心鍛造形成，這樣出產(chǎn)出來的鋼丸材料物理屬性較差，雜質(zhì)多，并且常常伴有縮松、裂紋、空心等缺陷，噴丸之后不能保證零件表面殘余壓應力場的平均性，零件表面粗拙度也較噴丸前下降約兩個等級，限制了噴丸的應用范圍。

經(jīng)由廣泛的調(diào)研、試驗及批量使用，對于重載貨運機車牽引齒輪推薦選用鈍化鋼絲切丸(強化鋼丸）作為噴丸磨料，這種丸粒材料成分一致、物理缺陷少、不易破碎、損耗平均，丸粒消耗率僅為鑄鋼（鐵）丸的30%-60%，粉塵產(chǎn)生率非常低；同時硬度、圓度以及尺寸的一致性非常高，可控性很強。

噴丸工藝是將噴丸氣壓、噴射間隔、噴射角度及籠蓋率等參數(shù)右擊結合的工藝過程。中頻感應齒輪或者要求不高、受力不大的齒輪噴丸，只需適當調(diào)整相關工藝參數(shù)就能達到噴丸強化效果。但對于滲碳淬火硬齒面齒輪，要得到較高的表面殘余壓應力就必需大幅度進步噴丸氣壓，但跟著噴丸氣壓的增加，被噴零件表面的粗拙度也相應增加，這對于延長零件的疲憊壽命長短常不利的。

為解決噴丸后齒面粗拙度下降過大及進一步進步噴丸表面的殘余壓應力，采用了復合噴丸工藝。在一次噴丸達到飽和強度之后再加一次強度相對較弱的噴丸，這種復合噴丸方式不僅能夠鞏固一次噴丸的殘余壓應力場，使表面殘余壓應力和組織結構進一步進步和優(yōu)化，更主要的是其具有拋光的作用，能夠明顯降低噴丸后齒輪表面的粗拙度，是一種兼顧表面強化和拋光的復合噴丸處理方法。

復合噴丸與一次噴丸比擬，僅適當降低了噴丸的強度，不需要更換設備和彈丸，設備投資小、工藝操縱簡樸、出產(chǎn)效率高，具有推廣價值。

長期以來，噴丸強度的檢測方法主要是阿爾門試片丈量弧高值方法，這種方法簡樸、經(jīng)濟，便于在出產(chǎn)現(xiàn)場操縱，但是僅僅依賴弧高值無法描述噴丸之后的表面殘余壓應力場，無法對噴丸效果做出精確的評判。利用X射線應力儀，直接評判噴丸后的殘余壓應力場將是今后受控噴丸技術發(fā)展的方向。

2、某型重載機車齒輪噴丸工藝參數(shù)選擇：

齒輪材料：18CrNiMo7-6（EN10084）；齒面硬度：HRC58-62；噴射部位：齒面及齒根。

2.1、試驗方案：

（1）設備：KX-2220P氣壓式噴丸機；

（2）丸粒：大奇牌強化鋼丸；

（3）供篩選的工藝參數(shù)見表1。

表1 工藝參數(shù)

試樣編號	噴丸工藝參數(shù)				檢測部位
試樣編號	噴丸氣壓 /MPa	噴射距離/mm	噴射角度/(°)	籠蓋率 /%	檢測部位
①	未噴丸	125	≥40	- - -	齒根
②	未噴丸	125	≥40	- - -	齒面
③	0.20	125	≥40	100	齒根
④	0.25	125	≥40	100	齒根
⑤	0.30	125	≥40	100	齒根
⑥	0.30	125	≥40	100（再加1次0.10MPa弱噴丸）	齒根
⑦	0.30	125	≥40	200（再加1次0.10MPa弱噴丸）	齒根
⑧	0.30	125	≥40	200（再加1次0.10MPa弱噴丸）	齒面
⑨	0.35	125	≥40	100（再加1次0.10MPa弱噴丸）	齒根

（4）檢測方法：借助X射線應力儀，結合電化學剝層技術，丈量噴丸殘余應力及其分布。測試執(zhí)行ASTM E915-96和GB7704-87尺度。

2.2、噴丸層殘余應力及其分布：

利用X射線衍射與應力測定技術，丈量上述齒輪試樣的表面殘余應力，結果見表2。

表2 未試樣①至⑨殘余應力及其分布

層深 /μm	殘余應力/MPa
	①	②	③	④	⑤	⑥	⑦	⑧	⑨
	齒根	齒面	齒根	齒根	齒根	齒根	齒根	齒面	齒根
0	-346.4	-105.8	-769.0	-803.6	-831.5	-884.7	-958.3	-847.4	-902.9
10	-281.7	-191.2	-967.5	-1035.2	-1072.4	-1117.0	-1156.8	-1043.1	-1118.5
25	-258.2	-224.0	-1125.7	-1163.5	-1209.2	-1236.4	-1272.3	-1151.4	-1265.8
50	-233.5	-258.6	-1148.3	-1195.0	-1227.5	-1248.8	-1263.0	-1130.7	-1287.2
75	-221.8	-234.5	-1055.9	-1124.3	-1168.3	-1145.5	-1214.5	-1091.5	-1251.0
100	-215.3	-201.3	-884.4	-978.4	-1072.6	-1050.3	-1131.1	-958.3	-1182.3
150	-208.0	-217.2	-526.1	-655.9	-785.0	-815.6	-871.4	-672.8	-941.5
200	/	/	-142.5	-342.3	-494.7	-527.2	-582.7	-401.2	-659.7
250	/	/	/	-103.6	-242.9	-221.4	-311.3	-128.7	-364.2

從檢測的數(shù)據(jù)可以看出，在一次噴丸的情況下，跟著噴丸壓力的進步，獲得的表面殘余壓應力也增加。工藝⑥與⑤比擬，僅僅增加了一次弱噴丸，其表面殘余壓應力增加了6%，最大殘余壓應力也較前一種工藝大。比較工藝⑥與⑤噴丸后的齒面粗拙度，經(jīng)檢測，增加弱噴丸的齒輪表面粗拙度為Ra0.845μm，較工藝⑤的Ra1.035μm減小了18.4%，具有拋光效果。比較⑥與⑦2種工藝，在增加了100%的籠蓋率之后，齒輪的表面殘余壓應力增加了8%，說明噴丸籠蓋率對齒輪強化的影響較大，鐵標中推薦的100%-200%的噴丸籠蓋率已經(jīng)不能知足重載機車齒輪的噴丸要求，重載機車牽引齒輪噴丸籠蓋率均不小于200%。

3、結束語：

經(jīng)由復合噴丸之后，齒輪的表面殘余壓應力以及齒面粗拙度都得到不同程度的改善，同時，噴丸籠蓋率對殘余壓應力影響顯著，傳統(tǒng)的籠蓋率尺度已經(jīng)不能適合目前重載機車齒輪噴丸的需求。

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本文來源青島華盛泰拋丸機：http://www.motion33.com/news/1162.html