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喷丸强化在新能源汽车轴齿上的应用

宣布时间：2020.03.17    点击数： 92801
      针对某新能源输入轴上仿真清静因子偏低的齿轮举行喷丸强化，团结其喷丸强化重点区域举行了有用的工装和喷丸饱和曲线工艺设计。同时，对喷丸后的齿面粗糙度以及划定位置举行了剩余应力测试。喷丸后的输入轴应力及格及知足整车耐久测试要求，确认合理的喷丸能有用改善轴齿的应力状态，提高其弯曲和接触清静系数。
 
       随着全球能源和生态情形的日益恶化，新能源汽车开发已成为各国汽车业起劲探索的焦点。其中，电池、电驱、电控三电系统则是各大主机厂在新能源汽车开发中迫切需要掌握的焦点手艺。纯电新能源电驱系统具有高转速、高效率、轻量化等特征。据统计，现有80%以上电驱系统最高转速均抵达10000～18000r/min。高转速、高效率的电驱系统，对差减箱中起减速、传行动用的轴齿提出更高的机械性能和手艺要求。某单挡纯电动新能源汽车减速箱的传动系统和输入轴模子见图1和图2，其中输入轴起将电机高转速扭矩转达给中心轴组件轴齿、差速器直至轮端的作用。其中，输入轴由四部分结构组合而成: 前/后轴承装置位、齿轮、花键。
 
 
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图1 一挡纯电汽车减速箱传动模子       图2 输入轴模子
 
 
 
       凭证CAE仿真校核效果，输入轴的齿轮部位弯曲和接触清静因子均低于1.1，需局部强化处置惩罚。输入轴的齿轮参数如改变将导致安排包络及速比的改变。团结过往履历及生产装备现状，接纳在输入轴的齿轮外貌喷丸举行强化。
 
 
 
喷丸强化原理及效果评价
 
(1) 喷丸强化原理
 
       喷丸强化又叫精控喷丸，是一种冷处置惩罚工艺，工件外貌在小的圆形球体的攻击下爆发屈服，在释放原有剩余应力的同时，凭证所处置惩罚的质料差别爆发一定剩余压应力。这种压应力能够降低事情应力，获得较好的动力特征。喷丸强化一方面使零件外貌爆发塑性变形，从而在表层下形成一种剩余压应力; 另一方面导致质料内部组织结构和亚晶粒细化，促使剩余奥氏体向马氏体转变。这种效果将使得零件表层获得增强，并能有用阻止疲劳、侵蚀疲劳、应力侵蚀裂纹、氢化裂纹、磨损、擦伤、孔隙侵蚀等。
 
(2) 喷丸强化效果评价
 
       现在，针对喷丸强化效果评价，应用最广的是弧高值测试法，其要领及要求参照SAEJ442a 和SAE443 标准。其主要内容是: 用特定规格的弹簧钢试片，通过检测喷丸前后试片的形状转变反应喷丸效果。汽车行业中一样平常选用A型阿尔门(Almen) 试片。对阿尔门试片举行单面喷丸时，表层会在弹丸作用下加入拉伸形变，朝向喷丸的那面形成球面弯曲。喷丸后取下试片，用专用阿尔门量规测定其拉伸形变量( 即弧高值) 。
       喷丸效果另一种评价要领是丈量喷丸后工件的剩余压应力。剩余应力的丈量要领可参照SAEJ784a 标准中推荐的X射线衍射法:X射线的入射和衍射束必需平行于齿轮的齿根，圆柱直齿轮和圆柱螺旋齿轮上的丈量位置应当在齿根的宽度中央，照射区域必需集中在齿根圆角的中心，不可横向延伸凌驾划定的齿根圆角外貌深度的丈量点，照射区域巨细可通过直光速和适当遮掩齿根外貌实现控制。同时划定，在每个受检齿轮上，最少要任选两个齿举行丈量评估，且两齿相隔180°。因现有汽车齿轮大部分齿面的齿形齿向均接纳磨齿工艺，而将齿根位置的喷丸剩余应力测试作为检测依据。
 
       已往，喷丸工艺参数主要依赖履历和一直的台架疲劳循环试验确认。现在，海内已经有不少学者和行业从业者借助ANSYS、DEFOＲM 等仿真软件举行强化喷丸历程的仿真模拟、剩余应力盘算，实现喷丸工艺参数的起源选择。
 
 
 
试样质料及手艺要求
 
 
( 1) 喷丸试样质料及外貌性能
 
输入轴质料为SAE8620H，其化学因素如表1所示，为低碳合金钢，主要应用于齿轮轴类零件。
 
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       凭证输入轴要害生产工艺流程图(见图3)，喷丸前工件热处置惩罚为渗碳淬火状态。磨齿后，其齿面外貌硬度检测效果见图4。据抽样检测，外貌维氏硬度换算成洛氏硬度基本上在59～61.5HＲC，知足设计要求58～63HＲC。
 
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( 2) 输入轴喷丸手艺要求
 
      输入轴喷丸区域界说为图5中S区域，即齿宽40.5mm规模强化喷丸。关于选择区域F，除图纸要求外，一样平常为1～2mm宽喷丸的过渡区。关于遮蔽防护区M，即花键、轴承装置位，则需要严酷的�；�。
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       输入轴喷丸强化区域为齿面和齿根部分。由于齿轮模数及数目限制，喷丸历程中保存丸粒溅射喷至齿面，故对节圆齿面和齿根均举行检测，但以齿根位置检测点1作为其是否及格的主要标准。剩余应力值要求的检测点位置及深度见表2，划定单齿各检测2个点，每点至少3个差别深度。
 
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喷丸强化夹具及工艺
 
 
(1) 喷丸强化装备及夹具设计
 
喷丸装备接纳某国产行星转台式喷丸装备，它有两个喷枪头，其喷丸气压、旋转速率、喷丸时间等相关参数可实现微机控制。选用GS40钢丸， 其粒度0.3mm左右，硬度55～62HＲC。参照图5所示的输入轴喷丸区域界说，设计带有�；ぶ岢小⒒课慌缤杓芯�(见图6) 。
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图6 输入轴强喷夹具实物
 
(2) 喷丸强化饱和曲线及喷丸外貌状态
 
       凭证标准喷丸强化操作流程，将带工件夹具牢靠在喷丸装备回转台上，在气压为0.4MPa、丸粒流量为1.81kg/min、旋转速率30r/min、喷枪移动速率为1000 mm/min 等条件下举行喷丸饱和曲线测试。经在工件涂色荧光检测可抵达笼罩率200%以上，盘算得出输入轴喷丸强化曲线见图7。由图7可知:单件喷丸时间t为1.24min，其笼罩率为150%以上，弧高值维持在0.35以上;200%以上笼罩率，则喷丸时间为2t即2.48min。据此，输入轴强喷标准工艺为:喷丸时间t为2.48min/件，弧高值0.37～0. 45，喷丸前后对好比图8所示。喷丸前，砂轮磨齿痕�？杀�，外貌较亮; 喷丸后，磨齿痕迹已完全被钢丸笼罩，为钢丸本色。需要注重的是用于测试喷丸强度试验的Amen 试片牢靠位置应包管与待喷齿轮的齿面在统一高度及角度规模内，不然有可能造成工件现实弧高值与测试的饱和曲线不符。
 
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输入轴喷丸前后齿面状态目测也保存差别。
 
       选用3组磨齿后输入轴测试喷丸前后粗糙度转变，其齿面硬度划分为59.3HＲC、60.5HＲC、61HＲC。齿面喷丸前后粗糙度对好比表3，发明喷丸后粗糙度泛起增大趋势，知足齿面要求小于Ｒa0.8μm。另喷丸后，外貌硬度越高的输入轴，其粗糙度越小。因此，必需重点关注齿轮需外貌强喷的外貌硬度及磨齿后粗糙度。
 
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剩余应力测试效果
 
       为确认输入轴强喷的效果及现实应力情形，接纳Proto－LXＲD型X射线应力剖析仪对齿面和齿根位置举行剩余应力检测。要求:丈量统一根输入轴的均布A、B、C三个齿的齿根、齿面剩余应力值。三个齿的齿根和齿面剩余应力沿层深漫衍情形如图9 所示。
 
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图9 输入轴喷丸强化齿面、齿根沿层深剩余应力漫衍曲线
 
 
       由图9可知: 输入轴试样喷丸后，其齿根和齿根外貌爆发压应力。好比，A齿的齿根，其剩余应力巨细由外貌深度10μm的－820MPa到30μm的－935MPa，说明喷丸改善了输入轴喷丸区域的应力状态漫衍，提高了其弯曲和接触疲劳压应力。
        同时，剩余压应力随着层深泛起一定纪律转变，随层深增添，压应力增大。如图9所示: 在30～50μm周围，泛起剩余压应力峰值; 随后，泛起削弱趋势。由于输入轴所用的齿轮钢经渗碳淬火，屈服强度较大，不易爆发塑性变形。在喷丸强度一定的条件下，其塑性变形而成的剩余层深基本稳固。虽然，齿面强喷后爆发压应力大于齿根位置。这主要是由于钢丸喷射偏向与齿根位置基本笔直，而射入齿根的钢丸部分直射和折返射形成对齿面多次强化效果。
       最后，输入轴装机在整车举行相关耐久测试，拆解后外貌未泛起显着磨损痕迹(见图10) ，证实输入轴的齿面经喷丸强化后知足整车使用性能需求。
 
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图10 整车耐久拆解的喷丸输入轴
 
(1) 输入轴齿面举行喷丸强化处置惩罚，改变了其渗碳淬火磨齿后的应力状态，且由磨齿的拉应力变为压应力，可有用提高齿轮的弯曲和接触应力因子;
 
(2) 关于待强化的零件，需合理设计喷丸强化工装和工艺，关注喷丸前后零件的外貌硬度和粗糙度转变;
 
(3)喷丸后齿轮的齿根和齿面会泛起差别的剩余压应力，且其与喷丸工艺的饱和曲线有一定关系。
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        Shanghai Liangshi InteRobot Technology Corporation (Stock Code: 837430 Accumulate richly and break forth vastly; innovate continuously) provides surface treatment sandblasting system solution for global customers. By engaging in this industry for more than twenty years, we're a professional manufacturing and automatic intelligent control system corporation, which integrates researching, designing, manufacturing, project installation and project consulting. We can provide our customers with:
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              We provide process system solution and process equipments of surface treatment sandblasting shot blasting, shot peening, enameling, thermal spraying, coating equipment.
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        企业主导产品如下 The leading products of our company are as follows：
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        Main business: design, research, production and sales of surface treatment engineering system integration.
        六类主要产品：自动化涂装生产线、智能机械人喷涂系统、自动化喷抛丸生产线、智能机械人喷抛丸强化系统、自动化热喷涂系统、涂装节能环保装备。
        Six main product categories are: automatic painting production line, intelligent robot painting system, automatic shot/wheel blasting production line, intelligent robot shot peening system, automatic thermal spraying system, energy saving and environmental protection equipment for painting.
        产品主要应用于：新质料、新能源、工程机械、汽车制造、集装箱、船舶海洋工程、航空航天、口岸桥梁、电子电气、环保工程、印刷造纸机械、医疗机械、纺织机械等领域。
        The products are mainly applied in: new materials, new energy, engineering machinery, automobile manufacturing, containers, marine engineering, aeronautics and astronautics, port bridges, electronic and electrical, environmental protection engineering, printing and papermaking machinery, medical machinery, textile machinery and so on.
        公司生产的外貌工程系统集成具备智能、自动化的特点，可实现工业生产历程自动化控制，因而属于自动化妆备。凭证《高端装备制造业“十二五”妄想》中对高端装备的界说“主要包括古板工业转型升级和战略性新兴工业生长所需的高手艺高附加值装备”，公司产品属于高端装备，是为国民经济其他行业提供手艺装备的战略性工业。
        The surface engineering system of our company integrates the characteristics of intelligence and automation, it can realize the automatic control of industrial production process, so it belongs to automatic equipment. According to the definition of premium-end equipment of 《The 125th programme of premium-end equipment manufacturing industry》, “it mainly includes the high technology and high value-added equipment required by traditional industrial transformation upgrading and the development of strategic new-emerging industries”. The company's products belong to the premium-end equipment, which is a strategic industry that provides technical equipment for the other industries of the national economy.
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