噴丸強(qiáng)化工藝在提高工件可靠性和耐久性方面效 果顯著，在航空、航天、汽車、機(jī)車、汽輪機(jī)、船舶、 機(jī)械等各行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

　　裝載機(jī)是牽引型底盤傳動(dòng)，隨著市場(chǎng)對(duì)裝載機(jī)產(chǎn) 品的耐用性和可靠性要求的提高，對(duì)承擔(dān)主要?jiǎng)恿鲃?dòng) 的驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量和可靠性的要求隨之提高，單純通過(guò)加 大弧齒輪錐齒副的尺寸來(lái)保證要求，受制于整車對(duì)橋包 及橋殼尺寸的限制，為此，從齒輪制造的工藝著手，對(duì) 前橋主傳動(dòng)齒輪噴丸強(qiáng)化工藝進(jìn)行了研究，提升強(qiáng)度及 使用壽命。由于裝載機(jī)作為工程施工機(jī)械的特殊性，為 了確認(rèn)其通過(guò)噴丸強(qiáng)化能夠增強(qiáng)性能的可行性，必須對(duì) 其應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　1 噴丸強(qiáng)化概述

　　噴丸強(qiáng)化的過(guò)程就是將高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流噴向零 件表面的過(guò)程。用于提高零件的抗疲勞及耐應(yīng)力腐蝕能 力，運(yùn)作機(jī)理是利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸(60 ～ 110m/s) 流連續(xù)沖擊被強(qiáng)化工件表面， 迫使靶材表面和表層(0.10 ~ 0.85mm) 在循環(huán)性變形過(guò)程中發(fā)生以下變化： (1) 顯微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改性;(2)非均勻的塑變外表層引 入殘余壓應(yīng)力，內(nèi)表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力;(3)外表面 粗糙度發(fā)生變化(RaRz)。通過(guò)使用噴丸強(qiáng)化工藝， 可提高材料 / 零件疲勞斷裂抗力，防止疲勞失效，塑性 變形與脆斷，提高疲勞壽命。通過(guò)噴丸強(qiáng)化，一般可提 高疲勞壽命 1 ～ 3 倍，甚至可提高幾十倍。在飛機(jī)制造 及維修、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等大量采用 ，是一種特殊的工藝方法。

　　2 當(dāng)前齒輪存在問(wèn)題

　　2.1 研究零件的質(zhì)量特性及相關(guān)信息

　　研究零件的質(zhì)量特性及相關(guān)信息如表 1。

　　2.2 當(dāng)前齒輪失效模式

　　研究齒輪存在較高的外部反饋率，主要失效方式 為崩齒、斷齒。經(jīng)失效分析研究，失效原因?yàn)榭蛊趶?qiáng) 度不足，失效件模式如圖 1，為解決強(qiáng)度不足的問(wèn)題， 開(kāi)展應(yīng)用噴丸強(qiáng)化工藝試驗(yàn)及可靠性驗(yàn)證。

圖 1 大螺旋錐齒輪失效模式

　　3 噴丸強(qiáng)化工藝

　　3.1 噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)

　　經(jīng)分析研究，使用以下噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)，噴丸 強(qiáng)度：0.45 ～ 0.55mmA， 覆蓋率 200%; 彈丸要求： 預(yù) 鈍化鋼絲切丸 CW-23，硬度 HRC55 ～ 60。

　　3.2 噴丸強(qiáng)化方式

　　表 1 零件的質(zhì)量特性及相關(guān)信息

　　3.3 噴丸強(qiáng)化參數(shù)檢測(cè)

　　層深及殘余應(yīng)力檢測(cè)。弧齒錐齒輪強(qiáng)化噴丸后的外觀效果如圖 2。

圖 2 強(qiáng)化噴丸后齒輪效果

　　采用 ASTM-E915-2010、EN15305-2008 及 GB7704- 2010 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)。使用電 解拋光機(jī)型號(hào) Proto-8818, 飽和 NaC1 水電解液， 數(shù)顯 千分表檢測(cè)電解拋光深度，檢查結(jié)果見(jiàn)表 2，其中負(fù)值 應(yīng)力代表壓應(yīng)力。

表 2 殘余應(yīng)力檢測(cè)表

　　經(jīng) 過(guò) 強(qiáng) 力 噴 丸 后 表 面 5μm 殘余壓應(yīng)力達(dá)到約 700MPa，次表層 50μm 殘余壓應(yīng)力達(dá)到約 1000MPa，較強(qiáng)力噴丸前提高 300% 以上，強(qiáng)化參數(shù)符合預(yù)期要求。

　　4 試驗(yàn)

　　4.1 臺(tái)架試驗(yàn)

　　臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)方案如表 3。

表 3 臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)方案

　　4.2 臺(tái)架試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

　　使用驅(qū)動(dòng)橋?qū)I(yè)疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)，分別對(duì)裝配有 噴丸強(qiáng)化型和普通型兩種弧齒錐齒輪的前橋總成進(jìn)行加 載試驗(yàn)，完成了各 2 套共 4 套橋總成試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果壽 命，經(jīng)分析計(jì)算，噴丸強(qiáng)化后的弧齒錐齒輪齒輪平均壽 命提高 361.3%，預(yù)計(jì)強(qiáng)化噴丸后的弧齒錐齒輪的外反 饋率下降約 78.3%。

　　4.3 整機(jī)可靠性試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

　　根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)論，策劃進(jìn)行了小批量實(shí)際工 況驗(yàn)證，最后進(jìn)入批量實(shí)施，進(jìn)入穩(wěn)定期后考查期外反 饋率下降為原來(lái)的 1/34.3 倍，取得滿意效果。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　由于硬齒面齒輪的基體硬度較高，只能通過(guò)強(qiáng)化 噴丸的方法進(jìn)行強(qiáng)化，通過(guò)強(qiáng)化噴丸試驗(yàn)及檢測(cè)分析， 優(yōu)化噴丸工藝，可以達(dá)到強(qiáng)化噴丸的目的。根據(jù)試驗(yàn)研 究和驗(yàn)證的結(jié)果可知，應(yīng)用合適的強(qiáng)化噴丸工藝，所達(dá) 到的噴丸效果可有效提升弧齒錐齒輪的強(qiáng)度，大幅提升 齒輪壽命和可靠性，是提升裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋承載能力的有 效方法。