Багато частиннові редуктори енергіїіавтомобільні шестерніПроект вимагає дробоструминного зміцнення після шліфування зубчастих коліс, що погіршить якість поверхні зуба і навіть вплине на характеристики шумозаглушення системи. У цій статті досліджується шорсткість поверхні зуба за різних умов процесу дробоструминного зміцнення та різних деталей до та після дробоструминного зміцнення. Результати показують, що дробоструминне зміцнення збільшує шорсткість поверхні зуба, на яку впливають характеристики деталей, параметри процесу дробоструминного зміцнення та інші фактори; За існуючих умов серійного виробництва максимальна шорсткість поверхні зуба після дробоструминного зміцнення в 3,1 раза більша, ніж до дробоструминного зміцнення. Обговорюється вплив шорсткості поверхні зуба на характеристики шумозаглушення та шумозаглушення, а також пропонуються заходи щодо покращення шорсткості після дробоструминного зміцнення.

З огляду на вищезазначене, у цій статті розглядаються такі три аспекти:

Вплив параметрів процесу дробоструминної обробки на шорсткість поверхні зуба;

Ступінь посилення шорсткості поверхні зуба дробоструминним зміцненням за існуючих умов серійного виробництва;

Вплив підвищеної шорсткості поверхні зуба на характеристики шумозаглушення та витримки (NVH) та заходи щодо покращення шорсткості після дробоструминної обробки.

Дробоструминне зміцнення – це процес, під час якого численні дрібні частинки з високою твердістю та високою швидкістю руху вдаряються об поверхню деталей. Під впливом високошвидкісного удару частинки на поверхні деталі утворюються ямки та відбувається пластична деформація. Утворення навколо ямок протистоїть цій деформації та створює залишкові стискальні напруження. Перекриття численних ямок утворює рівномірний шар залишкових стискальних напружень на поверхні деталі, тим самим покращуючи її міцність на втому. Залежно від способу досягнення високої швидкості дробоструминного зміцнення, дробоструминне зміцнення зазвичай поділяють на дробоструминне зміцнення стисненим повітрям та відцентрове дробоструминне зміцнення, як показано на рисунку 1.

Дробоструминне очищення стисненим повітрям використовує стиснене повітря як джерело живлення для розпилення дробу з пістолета; відцентрове дробоструминне очищення використовує двигун для приведення в рух крильчатки, яка обертається з високою швидкістю для викидання дробу. Ключові параметри процесу дробоструминного очищення включають міцність насичення, покриття та властивості дробоструминного середовища (матеріал, розмір, форма, твердість). Міцність насичення - це параметр, що характеризує міцність дробоструминного очищення, який виражається висотою дуги (тобто ступенем вигину зразка Альмена після дробоструминного очищення); Коефіцієнт покриття відноситься до відношення площі, покритої ямкою після дробоструминного очищення, до загальної площі обробленої поверхні; Зазвичай використовуються дробоструминні середовища, такі як сталевий дріт для різання, сталевий дріб, керамічний дріб, скляний дріб тощо. Розмір, форма та твердість дробоструминних середовищ бувають різних марок. Загальні вимоги до процесу для деталей валів трансмісійних шестерень наведено в таблиці 1.

Тестовою деталлю є шестерня проміжного вала 1/6 гібридного проекту. Структура шестерні показана на рисунку 2. Після шліфування мікроструктура поверхні зуба відповідає 2-му класу, твердість поверхні — 710HV30, а ефективна глибина зміцнювального шару — 0,65 мм, що відповідає технічним вимогам. Шорсткість поверхні зуба перед дробоструминним зміцненням наведена в таблиці 3, а точність профілю зуба — у таблиці 4. Видно, що шорсткість поверхні зуба перед дробоструминним зміцненням хороша, а крива профілю зуба гладка.

План тестування та параметри тестування

У випробуванні використовується дробоструминна машина зі стисненим повітрям. Через умови випробування неможливо перевірити вплив властивостей дробоструминного середовища (матеріал, розмір, твердість). Тому властивості дробоструминного середовища під час випробування є постійними. Перевіряється лише вплив міцності насичення та покриття на шорсткість поверхні зуба після дробоструминного очищення. Схему випробування див. у таблиці 2. Конкретний процес визначення параметрів випробування виглядає наступним чином: побудуйте криву насичення (рис. 3) за допомогою купонного випробування Алмена, щоб визначити точку насичення, щоб зафіксувати тиск стисненого повітря, потік сталевого дробу, швидкість руху сопла, відстань сопла від деталей та інші параметри обладнання.

результат тесту

Дані шорсткості поверхні зуба після дробоструминного зміцнення наведено в таблиці 3, а точність профілю зуба – в таблиці 4. Видно, що за чотирьох умов дробоструминного зміцнення шорсткість поверхні зуба збільшується, а крива профілю зуба стає увігнутою та опуклою після дробоструминного зміцнення. Співвідношення шорсткості після напилення до шорсткості до напилення використовується для характеристики збільшення шорсткості (таблиця 3). Видно, що збільшення шорсткості відрізняється за чотирма умовами процесу.

Пакетне відстеження збільшення шорсткості поверхні зуба за допомогою дробоструминного зміцнення

Результати випробувань у розділі 3 показують, що шорсткість поверхні зуба збільшується в різному ступені після дробоструминного зміцнення різними процесами. Для повного розуміння впливу дробоструминного зміцнення на шорсткість поверхні зуба та збільшення кількості зразків було обрано 5 виробів, 5 типів та загалом 44 деталі для відстеження шорсткості до та після дробоструминного зміцнення в умовах серійного виробництва. Див. таблицю 5 для отримання фізико-хімічної інформації та інформації про процес дробоструминного зміцнення відстежуваних деталей після шліфування зубчастих коліс. Дані шорсткості та збільшення передньої та задньої поверхонь зуба перед дробоструминним зміцненням наведено на рис. 4. На рис. 4 показано, що діапазон шорсткості поверхні зуба перед дробоструминним зміцненням становить Rz1,6 μm - Rz4,3 μm; після дробоструминного зміцнення шорсткість збільшується, а діапазон розподілу становить Rz2,3 μm - Rz6,7 μm; максимальна шорсткість може бути збільшена до 3,1 раза перед дробоструминним зміцненням.

Фактори, що впливають на шорсткість поверхні зуба після дробоструминної обробки

З принципу дробоструминного зміцнення видно, що висока твердість і високошвидкісний рух дробу залишають на поверхні деталі незліченні виїмки, які є джерелом залишкових стискаючих напружень. Водночас ці виїмки неминуче збільшують шорсткість поверхні. Характеристики деталей до дробоструминного зміцнення та параметри процесу дробоструминного зміцнення впливатимуть на шорсткість після дробоструминного зміцнення, як зазначено в таблиці 6. У розділі 3 цієї статті за чотирьох умов процесу шорсткість поверхні зуба після дробоструминного зміцнення збільшується в різному ступені. У цьому випробуванні є дві змінні, а саме шорсткість до дробоструминного зміцнення та параметри процесу (міцність насичення або покриття), які не можуть точно визначити зв'язок між шорсткістю після дробоструминного зміцнення та кожним окремим фактором впливу. Наразі багато вчених проводили дослідження з цього питання та запропонували теоретичну модель прогнозування шорсткості поверхні після дробоструминного зміцнення на основі моделювання методом скінченних елементів, яка використовується для прогнозування відповідних значень шорсткості різних процесів дробоструминного зміцнення.

Ґрунтуючись на фактичному досвіді та дослідженнях інших вчених, можна припустити режими впливу різних факторів, як показано в таблиці 6. Видно, що шорсткість після дробоструминної обробки всебічно залежить від багатьох факторів, які також є ключовими факторами, що впливають на залишкові стискальні напруження. Для зменшення шорсткості після дробоструминної обробки з метою забезпечення залишкових стискальних напружень потрібна велика кількість технологічних випробувань для постійної оптимізації комбінації параметрів.

Вплив шорсткості поверхні зуба на характеристики шумозаглушення системи

Деталі шестерень знаходяться в системі динамічної передачі, і шорсткість поверхні зубців впливатиме на їх характеристики шумозаглушення (NVH). Експериментальні результати показують, що за однакового навантаження та швидкості, чим більша шорсткість поверхні, тим більші вібрація та шум системи; зі збільшенням навантаження та швидкості вібрація та шум зростають більш помітно.

В останні роки проекти нових редукторів енергії стрімко зростали та демонструють тенденцію розвитку високої швидкості та великого крутного моменту. Наразі максимальний крутний момент нашого нового редуктора енергії становить 354 Н·м, а максимальна швидкість — 16000 об/хв, і в майбутньому ця цифра буде збільшена до понад 20000 об/хв. За таких умов роботи необхідно враховувати вплив збільшення шорсткості поверхні зуба на характеристики шумозаглушення системи.

Заходи щодо покращення шорсткості поверхні зуба після дробоструминної обробки

Процес дробоструминного зміцнення після шліфування зубчастих коліс може покращити контактну втомну міцність поверхні зуба шестерні та міцність на згинання основи зуба. Якщо цей процес необхідно використовувати з міркувань міцності в процесі проектування шестерні, щоб врахувати характеристики шуму, випромінювання та витримки (NVH) системи, шорсткість поверхні зуба шестерні після дробоструминного зміцнення можна покращити з таких міркувань:

a. Оптимізувати параметри процесу дробоструминного зміцнення та контролювати посилення шорсткості поверхні зуба після дробоструминного зміцнення з метою забезпечення залишкових стискаючих напружень. Це вимагає багатьох технологічних випробувань, а універсальність процесу не є високою.

b. Використовується процес дробоструминного зміцнення композитних матеріалів, тобто після завершення дробоструминного зміцнення звичайної міцності додається ще одне дробоструминне зміцнення. Збільшення міцності в процесі дробоструминного зміцнення зазвичай невелике. Тип і розмір матеріалу дробу можна регулювати, наприклад, керамічний дріб, скляний дріб або сталевий дріт меншого розміру.

c. Після дробоструминного зміцнення додаються такі процеси, як полірування поверхні зуба та хонінгування.

У цій статті досліджено шорсткість поверхні зуба за різних умов процесу дробоструминного зміцнення та різних деталей до та після дробоструминного зміцнення, і на основі літературних даних зроблено такі висновки:

◆ Дробоструминне зміцнення збільшить шорсткість поверхні зуба, на яку впливають характеристики деталей перед дробоструминним зміцненням, параметри процесу дробоструминного зміцнення та інші фактори, і ці фактори також є ключовими факторами, що впливають на залишкові стискаючі напруження;

◆ За існуючих умов серійного виробництва максимальна шорсткість поверхні зуба після дробоструминної обробки в 3,1 раза більша, ніж до дробоструминної обробки;

◆ Збільшення шорсткості поверхні зуба збільшить вібрацію та шум системи. Чим більший крутний момент і швидкість, тим помітніше збільшення вібрації та шуму;

◆ Шорсткість поверхні зуба після дробоструминного зміцнення можна покращити шляхом оптимізації параметрів процесу дробоструминного зміцнення, дробоструминного зміцнення композитних матеріалів, додавання полірування або вільного хонінгування після дробоструминного зміцнення тощо. Очікується, що оптимізація параметрів процесу дробоструминного зміцнення дозволить контролювати збільшення шорсткості приблизно в 1,5 раза.