市场咨询:021-51035200   应急服务:18918186798
7×24H 全国统一服务电话:400-021-5767

残余应力条件对硬化齿轮承载能力的影响

发布时间:2019.01.07    点击数: 94881

简介

高负荷齿轮通常经过表面硬化,以满足对承载能力的高要求。几个因素,如材料,热处理,或宏观和微观几何参数,均可以影响承载能力。此外,残余应力条件对承载能力也有显著影响。热处理后的制造工艺,如磨齿或喷丸后,可以进一步提高热处理产生的残余应力状态。

在几个研究项目中,对残余应力对齿轮承载能力极限的影响进行了多种研究。研究的重点是齿根弯曲强度以及齿面承载能力。对齿轮在未喷丸、机械清理和喷丸条件下进行了分析.该研究内容包括了不同的材料,例如-16 MnCr5或18 CrNiMo7-6-和不同的齿轮尺寸。

喷丸所产生的残余压应力会导致齿根弯曲强度的增加。与未喷丸状态下的齿轮相比,喷丸齿轮齿根弯曲强度可提高更多,有可能超过50%。根据力学规律,承载能力的提高是有限的.在高负荷喷丸齿轮的情况下,可能会出现其他失效机制,如深部引起的裂纹。短时间的喷丸也能显著提高齿廓的承载能力。由于喷丸过程,齿轮表面受到影响,因此,可能会发生其他故障机制,如微点蚀。此外,喷丸和由此产生的残余压应力也可以用来修复磨削烧伤或避免齿面边缘接触引起的折断。

总之,研究表明喷丸可以显着地提高硬化齿轮的承载能力。此外,残余应力状态也确定了承载能力极限。本文综述了不同研究的主要结果,并讨论了残余应力条件对不同应力状态硬化齿轮的失效模式的影响。

硬化处理是一种典型的热处理过程,用来获得具有足够的承载能力的高负荷部件,如齿轮。相关挑战总是要么是最小化零件的大小以传递相同的扭矩或力,要么是能够使用相同大小的零件传递更高的扭矩或力。影响齿轮承载能力的因素有材料、热处理、宏观和微观几何等。此外,残余应力条件也影响承载能力,在制造过程中,通常通过热处理和可能的下游喷丸工序来改变残余应力状态。

在本文的范围内,将显示残余应力状态-特别是受喷丸过程的影响-对齿轮承载能力的影响。重点放在齿根弯曲强度上。此外,还将讨论对齿面特征的影响。本文将总结不同的,先前发表的研究的主要成果。因此,通过显示主要结果,对不同的方案进行了比较。

残余应力的表征

残余应力是在不受任何力或扭矩作用的构件中产生的应力,包括拉应力和压残余应力。在一个组件中,两种残余应力都是平衡的。表层的残余压应力通常对承载能力有积极的影响,而表层的拉伸残余应力则会显著地降低了承载能力。残余应力状态受加工过程的影响,包括软加工、热处理和精加工。“硬化”热处理过程中通常会产生表层的压残余应力和中心部位的拉伸残余应力。残余应力在-200至-400 N/mm2范围内仅占较小的压应力值。淬火过程中,由于零部件冷却不均匀,产生体积差异,导致产生残余应力,奥氏体转变为马氏体。这两种组织都有不同的但具体的体积,从而产生额外的残余应力。总之,残余应力状态是淬火和体积变化相结合的结果。

通常齿轮在硬化后会受到喷砂或喷丸的影响。因此,机械清理和喷丸是有区别的。在这两种情况下残余应力的计算是基于Wohlfahrt的模型表示的。对于淬火钢(如16 MnCr5或18CrNiMo7-6),表面的弹塑性变形会产生残余应力。如果是由于材料局部应力超过屈服点,则产生压残余应力。此外,如上所述,在喷丸过程中残余奥氏体转变为马氏体,由于微结构的比体积不同,产生压残余应力。

在磨削加工过程中,残余应力状态也发生了变化,表面层受到机械和热的影响。由于砂轮的机械影响,可能会产生压应力或拉伸残余应力。磨削过程中过量的热暴露会导致拉伸残余应力。磨削后残余应力状态是这两种影响叠加的结果。工艺参数对残余应力状态有显著影响。在表层中,可能会产生拉伸和压缩残余应力。

机械清理

机械清理过程的目是在热处理后去除鳞片层,清洗零件。这一过程主要是由叶轮完成的,如图1所示。所使用喷射材料主要是切割金属丝或玻璃珠。工艺过程没有严格的定义,只有过程时间和叶轮的速度被控制和监控(例如,每边5分钟)。在此过程中,产生了对承载能力有积极影响的压残余应力。此外,根据ISO 6336-5材料质量MQ的硬化齿轮的弯曲应力数是通过机械清理有目的地达到的。

喷丸硬化

喷丸与机械清理不同。相对于机械清理,有几个参数,如喷射材料、喷射材料的硬度、材料的尺寸、覆盖度和强度等多个参数都被定义和监测。根据ISO 6336,建议的最低控制应以SAE AMS 2430,SAE AMS 2432或SAE J 2241。在这种情况下,喷射材料是钢球,目的是提高压缩残余应力,其硬度必须至少与零件的硬度相同。因此,如图2所示,喷射喷嘴可以加速钢球的速度,钢球的尺寸和硬度可以改变,弹射速度和过程的持续时间也可以改变。在喷丸前,对喷丸强度进行测量,在此基础上确定喷丸时间。在这些参数的作用下,残余应力的最大值和最大值的深度可以在一定的范围内变化。此外,钢球在连续加工的基础上,保持喷丸过程的恒定效果,由于进行了综合监测,该工艺可达到可重复使用的效果。为了达到喷丸过程的预期效果,零件必须进行预先机械清理。

图3是典型的不喷丸,机械清理后,喷丸状态下的残余应力值。机械清理或喷丸造成的残余应力增加的影响仅限于0.1-0.15mm的深度。通过喷丸,是可以达到最大的压缩残余应力的。

此外,还可以结合两个喷丸过程不同参数。因此,可以实现表面的高压残余应力值,以及在更大的材料深度上高压缩应力值。

图4中比较了不同喷丸工艺与未喷丸条件下的残余应力状态。在这里,一个大钢球(直径为0.8毫米)的喷丸工艺与一个直径为0.1mm的小钢球喷丸工艺相结合,称为WHSP。通过这种组合,可以得到材料深度下的高残余拉应力和表面的高残余压应力。

 

喷丸加工的另一个方面是影响零件/齿轮的粗糙度。特别是在磨削表面时,喷丸加工往往会导致比磨削加工更高的表面粗糙度。在表1中,将磨齿表面的表面粗糙度与附加喷丸表面(磨削后)的磨削表面进行了比较。由于喷丸工艺,测量到的齿面粗糙度从磨削后的Ra≈0.30μm/Rz≈1.97μm提高到喷丸后的Ra≈0.87μm/Rz≈4.76μm。

        关于良时智能 About Liangshi InteRobot:
        上海良时智能科技股份有限公司(股票代码:837430 厚积薄发 持续创新),为全球客户提供智能制造和表面处理系统解决方案,从业30多年,是一个集研发、设计、制造、工程安装、工程咨询于一体的专业化制造及自动化智能控制系统集成公司,能为客户解决:
        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:
        1、化学表面处理喷抛丸、喷丸强化设备、热喷涂和涂装设备工艺系统解决方案和工艺装备;
              We provide process system solution and process equipments of surface treatment sandblasting shot blasting, shot peening, enameling, thermal spraying, coating equipment.
        2、智能制造自动化机器人应用工艺系统解决方案和工艺装备;
              We provide professional system solution and process equipments of automation and robot technology application.
        3、食品乳品、制药、生物、制冷、石油化工、船舶制造、能源、造纸、纺织系统领域承压系统集成整体解决方案;
              We provide professional integrated solution for pressure bearing system in fields of food dairy, biopharmaceutical, refrigerating, petrochemical, marine engineering, energy, paper-making, fabrics, etc.
        4、涂装环保设备:VOC废气、废水、粉尘处理和噪音治理系统工艺解决方案和工艺装备。
              We provide environment protection blasting and painting equipment: process solution and equipment of VOCs waste gas, waste water, dust, noise treatment system.
         5、专业提供压力容器设计制造:为食品乳品、生物制药、水处理、制冷、石油化工、船舶海工、电力能源、造纸纺织、有色金属等领域提供承压系统集成整体解决方案。
              Professionally provide the design and manufacture of pressure vessels: providing overall solutions for pressure system integration in the fields of food and dairy, biopharmaceutical, water treatment, refrigeration, petrochemical, shipbuilding and marine engineering, power and energy, paper and textile, non-ferrous metals and other fields.
        企业主导产品如下 The leading products of our company are as follows:
        主营业务:智能制造和表面处理工程系统集成的设计、研发、生产和销售。
        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、智能机器人喷涂系统、自动化喷抛丸生产线、智能机器人喷抛丸强化系统、自动化热喷涂系统、涂装节能环保设备。
        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:新材料、新能源、工程机械、汽车制造、集装箱、船舶海洋工程、航空航天、港口桥梁、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.
        公司生产的表面工程系统集成具备智能、自动化的特点,可实现工业生产过程自动化控制,因而属于自动化装备。根据《高端装备制造业“十二五”规划》中对高端装备的定义“主要包括传统产业转型升级和战略性新兴产业发展所需的高技术高附加值装备”,公司产品属于高端装备,是为国民经济其他行业提供技术装备的战略性产业。
        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.
更多讯息,敬请浏览http://www.shliangshi.comhttp://www.shliangshi.net
电话:021-51035200,68913886      传真:021-68907128
全国服务:400-021-5767      应急服务:18918186798
邮箱:webmaster@shliangshi.com
分享到
产品中心
喷砂机/喷丸机系列
自动喷砂机/喷丸机
数控喷丸强化设备
抛丸机/抛丸生产线
喷砂房/喷丸房系统
喷砂(丸)生产线系统
喷涂设备 喷漆(粉)室
喷砂喷漆涂装机器人
热喷涂设备及生产线
喷涂生产线 涂装房
工业搪瓷喷涂设备
船舶特涂技术及装备
压缩气源及净化设备
冷喷涂系统技术
表面处理涂装检测仪器
解决方案
航空航天
船舶海工
汽车制造
轨道机车
桥梁钢结构
物流装备
工程机械
电力能源
石油化工
冶金铸造
电子电器
生物医药
印刷纺织
环保再制造
工业5.0数字化工厂
aibluebox人工智能智慧盒
可持续发展与ESG
工程案例
智能涂装生产线系统
喷砂机/喷砂机设备
喷丸机
喷砂房喷丸房
喷砂生产线
抛丸生产线
喷漆房烘干房
喷砂房涂装房
喷涂生产线
涂搪生产线
喷烘一体房
船舶涂装房
废气处理设备
铝扁管喷锌线
集装箱智能生产线
新闻中心
企业新闻
行业新闻
公益新闻
媒体关注
行业技术
人力资源
人才战略
招聘职位
在线应聘
关于良时
企业介绍
企业文化
视觉良时
发展历程
合作伙伴
社会责任
企业认证
组织机构
产业布局
法律声明
旗下网站链接
上海良时智能科技股份有限公司
上海良时压力容器制造有限公司
上海良时喷砂房系统设备事业部
上海良时喷丸强化设备事业部
上海良时热喷涂设备事业部
上海良时喷漆室喷漆房事业部
上海良时抛丸机抛丸线事业部
上海良时机器人自动化事业部
上海良时北方销售中心(大连)
联系我们
留言反馈
市场咨询:021-51035200
服务电话:400-021-5767
应急服务:18918186798

沪公网安备 31012002002175号