CN104060062A - 齿轮齿面喷丸强化装置及喷丸强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮齿面喷丸强化装置及喷丸强化方法，装置包括两个并排布置的喷嘴固定杆，每个喷嘴固定杆上至少安装两个喷嘴、两个喷嘴固定杆上安装的喷嘴的朝向呈交叉态，两个喷嘴固定杆之间设有喷嘴距离调节装置。方法包括：两束弹丸分别从齿轮的某一轮齿两侧呈交叉态射向轮齿，弹丸与齿顶成δ角投射，δ为20°-80°，此时一束弹丸与该轮齿的一侧以与轮齿节圆处成θ角投射，另一束弹丸则与该轮齿的另一侧以与轮齿节圆处成θ角投射。本发明能够提高齿轮节圆处的表面残余压应力、降低喷丸时间并且能够防止齿顶外侧出现微突起。

Description

齿轮齿面喷丸强化装置及喷丸强化方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮喷丸强化装置及方法，特别涉及一种齿轮齿面的喷丸强化装置及方法。

背景技术

齿轮是传递功率和运动的重要部件，在工作时其啮合齿表面会承受较大的既有滚动又有滑动的强烈摩擦和接触疲劳应力，疲劳和磨损为齿轮零件发生失效的主要模式。为了提高齿轮弯曲疲劳强度，增加齿轮寿命，可通过喷丸强化工艺在齿轮表面引入一层残余压应力层。

喷丸强化主要是借助于高速运动的弹丸冲击零件的表面，使其发生弹塑性变形，从而产生残余压应力、加工硬化和组织细化等有利的变化，以提高零件表面疲劳性能和改善应力腐蚀开裂性能。一般要求齿轮表面残余压应力达到800-1200MPa，单纯采用渗碳淬火工艺是很难达到该应力指标要求的，即使采用喷丸强化工艺，也需要一定的工艺参数才能保证此应力范围。

如图1揭示了齿轮常规喷丸强化工艺示意图，弹丸投射方向与齿轮齿顶垂直。对于齿轮齿顶圆和齿根圆，由于受喷方向与其表面垂直，因此弹丸撞击其表面时所施加的冲击能量E₁=1/2·mv²（m为单个弹丸质量，v为弹丸撞击表面时的瞬间速率），但是对于齿轮节圆来说，弹丸以θ角撞击，弹丸撞击其表面时施加的冲击能量为E₂=1/2·mv²·sinθ，因此，在齿轮节圆表面形成的残余压应力比齿顶圆和齿根圆表面所形成的残余压应力小，由于该应力差的存在，会在齿轮齿顶外侧缘产生微突起，该微突起会不断干涉齿轮齿根，增加齿根磨损从而加快齿轮失效。

齿轮在工作时，其节圆处会承受最大的摩擦和接触疲劳应力，为了增加齿轮节圆处的残余压应力，就需要延长喷丸工艺时间，增加齿轮喷丸成本，并且可能导致齿轮齿根和齿顶过喷问题。对于将喷丸工序作为最终工序的齿轮，需要额外增加成形工艺去除齿顶外侧的微突起，增加齿轮制造成本。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种能够提高齿轮节圆处的表面残余压应力、降低喷丸时间并且能够防止齿顶外侧出现微突起的齿轮齿面喷丸强化装置。

本发明的第二目的是提供一种能够提高齿轮节圆处的表面残余压应力、降低喷丸时间并且能够防止齿顶外侧出现微突起的齿轮齿面喷丸强化方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案是：一种齿轮齿面喷丸强化装置，包括两个并排布置的喷嘴固定杆，每个喷嘴固定杆上至少安装两个喷嘴、两个喷嘴固定杆上安装的喷嘴的朝向呈交叉态，两个喷嘴固定杆之间设有喷嘴距离调节装置。

所述喷嘴通过第一夹具和第一螺钉装在喷嘴固定杆上，所述第一夹具由两个轴线呈交叉布置的圆环固定连接或一体制成，圆环的周壁上开有与圆环内孔相通的螺纹孔，所述第一夹具的其中一个圆环通过其圆环内孔套在相应的喷嘴固定杆上并通过第一螺钉拧在螺纹孔中而固定在喷嘴固定杆上，另一个圆环的圆环内孔中插装有喷嘴。

所述第一夹具的两个圆环的轴线呈90°±10°布置。

所述喷嘴距离调节装置包括喷嘴距离调节杆和两个第二夹具， 第二夹具由两个轴线呈交叉布置的圆环固定连接或一体制成，圆环上开有与圆环内孔相通的螺纹孔，所述第二夹具的其中一个圆环通过其圆环内孔套在相应的喷嘴固定杆上并通过第二螺钉拧在螺纹孔中而固定在喷嘴固定杆上，另一个圆环的圆环内孔中插装有喷嘴距离调节杆。

每个喷嘴固定杆上各安装两个喷嘴。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案是：一种齿轮齿面喷丸强化方法，包括以下步骤：

a、将齿轮置于喷丸工作转台上，通过扳手松动其中一根喷嘴固定杆上的第一夹具的一个圆环上连接的第一螺钉，移动喷嘴以调节喷嘴前端与齿轮受喷表面的距离至100mm-200mm之间，然后拧紧第一螺钉；松动该第一夹具的另一个圆环上连接的第一螺钉，绕喷嘴固定杆轴线转动喷嘴以调节喷嘴与受喷表面的投射角度θ至合理角度，然后拧紧该第一螺钉；

b、通过上述方法调节另一根喷嘴固定杆上的喷嘴的喷射距离与喷射角度，使两个喷嘴固定杆上连接的喷嘴与齿轮受喷表面具有相同的喷射距离和喷射角度，并且相互对称布置，使齿轮轮齿两侧齿面在喷丸时的喷丸强度相等；

c、松动固定喷嘴距离调节杆的第二螺钉，调节两个喷嘴固定杆的相对距离，然后拧紧第二螺钉；

d、两束弹丸分别从齿轮的某一轮齿两侧呈交叉态射向轮齿，弹丸与齿顶成δ角投射，δ为20°-80°，此时一束弹丸与该轮齿的一侧以与轮齿节圆处成θ角投射，另一束弹丸则与该轮齿的另一侧以与轮齿节圆处成θ角投射。

在b步骤中：两个喷嘴固定杆上连接的喷嘴保持相互对称布置。

在c步骤中：所述两个喷嘴固定杆的相对距离大于200mm，以确保两侧喷嘴喷出的弹丸喷射流相互避开。

采用以上齿轮齿面喷丸强化装置和齿轮齿面喷丸强化方法，采用双排喷嘴结构朝齿轮投射弹丸，喷嘴相对于齿轮齿面投射距离及投射角度可以任意调节，使齿轮节圆处与弹丸投射角度最大，也即增大θ角，以提高弹丸撞击齿轮节圆表面时的冲击能量，并且可以减小齿轮轮齿各部位的压应力差，防止齿顶外侧出现微突起。针对不同齿形齿轮方便地调节喷嘴投射角度，在保证轮齿表面完全覆盖的前提下，尽量使弹丸以最大θ角撞击齿轮节圆处的表面。采用对称的双排喷嘴投射结构，可以保证一次装夹即可完成齿轮轮齿两侧的喷丸，提高齿轮喷丸效率，降低齿轮喷丸成本。

附图说明

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为常规齿轮喷丸方法的示意图；

图2为本发明的齿轮齿面喷丸强化方法的示意图；

图3为本发明的齿轮齿面喷丸强化装置的结构示意图；

图4、图5分别为图3中的第一夹具的主视图和左视图；

图6为图3中的第一夹具或第二夹具的立体图。

具体实施方式

如图1所示，为常规齿轮喷丸方法的示意图，弹丸投射方向与齿轮齿顶垂直。对于齿轮齿顶圆和齿根圆，由于受喷方向与其表面垂直，因此弹丸撞击其表面时所施加的冲击能量E₁=1/2·mv²（m为单个弹丸质量，v为弹丸撞击表面时的瞬间速率），但是对于齿轮节圆来说，弹丸以θ角撞击，弹丸撞击其表面时施加的冲击能量为E₂=1/2·mv²·sinθ，因此，在齿轮节圆表面形成的残余压应力比齿顶圆和齿根圆表面所形成的残余压应力小，由于该应力差的存在，会在齿轮齿顶外侧缘产生微突起，该微突起会不断干涉齿轮齿根，增加齿根磨损从而加快齿轮失效。

如图2、3、4、5、6所示，本发明的一种齿轮齿面喷丸强化装置，包括两个并排布置的喷嘴固定杆4，每个喷嘴固定杆4上至少安装两个喷嘴1、两个喷嘴固定杆4上安装的喷嘴1的朝向呈交叉态，两个喷嘴固定杆4之间设有喷嘴距离调节装置。

如图3、4、5、6所示，所述喷嘴1通过第一夹具2和第一螺钉3装在喷嘴固定杆4上，所述第一夹具2由两个轴线呈交叉布置的圆环2-1固定连接或一体制成，圆环2-1的周壁上开有与圆环内孔2-1-1相通的螺纹孔2-1-2，所述第一夹具2的其中一个圆环2-1通过其圆环内孔2-1-1套在相应的喷嘴固定杆4上并通过第一螺钉3拧在螺纹孔2-1-2中而固定在喷嘴固定杆4上，另一个圆环2-1的圆环内孔2-1-1中插装有喷嘴1。

如图4、5、6所示，所述第一夹具2的两个圆环2-1的轴线呈90°±10°布置。

如图3、6所示，所述喷嘴距离调节装置包括喷嘴距离调节杆5和两个第二夹具2’， 第二夹具2’由两个轴线呈交叉布置的圆环2’-1固定连接或一体制成，圆环2’-1上开有与圆环内孔2’-1-1相通的螺纹孔2’-1-2，所述第二夹具2’的其中一个圆环2’-1通过其圆环内孔2’-1-1套在相应的喷嘴固定杆4上并通过第二螺钉3’拧在螺纹孔2’-1-2中而固定在喷嘴固定杆4上，另一个圆环2’-1的圆环内孔2’-1-1中插装有喷嘴距离调节杆5。

所述第二夹具2’的结构可以与第一夹具2完全相同。

如图3所示，每个喷嘴固定杆4上各安装两个喷嘴1。

如图2、3、4、5、6所示，本发明的一种齿轮齿面喷丸强化方法，包括以下步骤：

a、将齿轮6置于喷丸工作转台7上，通过扳手松动其中一根喷嘴固定杆4上的第一夹具2的一个圆环2-1上连接的第一螺钉3，移动喷嘴1以调节喷嘴1前端与齿轮6受喷表面的距离至100mm-200mm之间，然后拧紧第一螺钉3；松动该第一夹具2的另一个圆环2-1上连接的第一螺钉3，绕喷嘴固定杆4轴线转动喷嘴1以调节喷嘴1与受喷表面的投射角度θ至合理角度，然后拧紧该第一螺钉3；

b、通过上述方法调节另一根喷嘴固定杆4上的喷嘴1的喷射距离与喷射角度，使两个喷嘴固定杆4上连接的喷嘴1与齿轮6受喷表面具有相同的喷射距离和喷射角度，并且相互对称布置，使齿轮6轮齿两侧齿面在喷丸时的喷丸强度相等；

c、松动固定喷嘴距离调节杆5的第二螺钉3’，调节两个喷嘴固定杆4的相对距离，然后拧紧第二螺钉3’；

d、两束弹丸分别从齿轮6的某一轮齿两侧呈交叉态射向轮齿，弹丸与齿顶成δ角投射，δ为20°-80°，此时一束弹丸与该轮齿的一侧以与轮齿节圆处成θ角投射，另一束弹丸则与该轮齿的另一侧以与轮齿节圆处成θ角投射。

在b步骤中：两个喷嘴固定杆4上连接的喷嘴1保持相互对称布置。

在c步骤中：所述两个喷嘴固定杆4的相对距离大于200mm，以确保两侧喷嘴1喷出的弹丸喷射流相互避开。

如图2所示，弹丸与齿顶成δ角、与轮齿节圆处成θ角投射，弹丸撞击齿顶时所附加的冲击能量则为E₁=1/2·mv²·sinδ。θ角的增大则意味着δ角的减小，由于弹丸前进方向受到相邻轮齿的阻挡，在齿根处会有投射暗区存在，图2中如果弹丸以A1方向相切于齿轮渐开线投射，A1以上另一轮齿的齿面部分即为投射暗区B。为了使齿根也得到有效强化，理论上单侧轮齿在喷丸时应覆盖齿根至少一半的面积，这样在两侧喷嘴同时喷丸时才能保证齿面所有部位均得以喷丸强化，因此在实际生产中应该根据齿轮齿形合理调节θ角大小。

经过上述方法喷丸强化的齿轮6，齿顶与节圆处的压应力差会相对减小，可以避免齿顶两侧出现微突起；由于θ角的增大，弹丸撞击节圆表面时施加的冲击能量E₂=1/2·mv²·sinθ也随之增大，因此使节圆获得规定强度的喷丸时间也会相对减少。

Claims (8)

1.一种齿轮齿面喷丸强化装置，其特征在于：包括两个并排布置的喷嘴固定杆（4），每个喷嘴固定杆（4）上至少安装两个喷嘴（1）、两个喷嘴固定杆（4）上安装的喷嘴（1）的朝向呈交叉态，两个喷嘴固定杆（4）之间设有喷嘴距离调节装置。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿面喷丸强化装置，其特征在于：所述喷嘴（1）通过第一夹具（2）和第一螺钉（3）装在喷嘴固定杆（4）上，所述第一夹具（2）由两个轴线呈交叉布置的圆环（2-1）固定连接或一体制成，圆环（2-1）的周壁上开有与圆环内孔（2-1-1）相通的螺纹孔（2-1-2），所述第一夹具（2）的其中一个圆环（2-1）通过其圆环内孔（2-1-1）套在相应的喷嘴固定杆（4）上并通过第一螺钉（3）拧在螺纹孔（2-1-2）中而固定在喷嘴固定杆（4）上，另一个圆环（2-1）的圆环内孔（2-1-1）中插装有喷嘴（1）。

3.根据权利要求1所述的齿轮齿面喷丸强化装置，其特征在于：所述第一夹具（2）的两个圆环（2-1）的轴线呈90°±10°布置。

4.根据权利要求1所述的齿轮齿面喷丸强化装置，其特征在于：所述喷嘴距离调节装置包括喷嘴距离调节杆（5）和两个第二夹具（2’）， 第二夹具（2’）由两个轴线呈交叉布置的圆环（2’-1）固定连接或一体制成，圆环（2’-1）上开有与圆环内孔（2’-1-1）相通的螺纹孔（2’-1-2），所述第二夹具（2’）的其中一个圆环（2’-1）通过其圆环内孔（2’-1-1）套在相应的喷嘴固定杆（4）上并通过第二螺钉（3’）拧在螺纹孔（2’-1-2）中而固定在喷嘴固定杆（4）上，另一个圆环（2’-1）的圆环内孔（2’-1-1）中插装有喷嘴距离调节杆（5）。

5.根据权利要求1所述的齿轮齿面喷丸强化装置，其特征在于：每个喷嘴固定杆（4）上各安装两个喷嘴（1）。

6.一种齿轮齿面喷丸强化方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、将齿轮（6）置于喷丸工作转台（7）上，通过扳手松动其中一根喷嘴固定杆（4）上的第一夹具（2）的一个圆环（2-1）上连接的第一螺钉（3），移动喷嘴（1）以调节喷嘴（1）前端与齿轮（6）受喷表面的距离至100mm-200mm之间，然后拧紧第一螺钉（3）；松动该第一夹具（2）的另一个圆环（2-1）上连接的第一螺钉（3），绕喷嘴固定杆（4）轴线转动喷嘴（1）以调节喷嘴（1）与受喷表面的投射角度θ至合理角度，然后拧紧该第一螺钉（3）；

b、通过上述方法调节另一根喷嘴固定杆（4）上的喷嘴（1）的喷射距离与喷射角度，使两个喷嘴固定杆（4）上连接的喷嘴（1）与齿轮（6）受喷表面具有相同的喷射距离和喷射角度，并且相互对称布置，使齿轮（6）轮齿两侧齿面在喷丸时的喷丸强度相等；

c、松动固定喷嘴距离调节杆（5）的第二螺钉（3’），调节两个喷嘴固定杆（4）的相对距离，然后拧紧第二螺钉（3’）；

d、两束弹丸分别从齿轮（6）的某一轮齿两侧呈交叉态射向轮齿，弹丸与齿顶成δ角投射，δ为20°-80°，此时一束弹丸与该轮齿的一侧以与轮齿节圆处成θ角投射，另一束弹丸则与该轮齿的另一侧以与轮齿节圆处成θ角投射。

7.根据权利要求1所述的齿轮齿面喷丸强化方法，其特征在于：在b步骤中：两个喷嘴固定杆（4）上连接的喷嘴（1）保持相互对称布置。

8.根据权利要求1所述的齿轮齿面喷丸强化方法，其特征在于：在c步骤中：所述两个喷嘴固定杆（4）的相对距离大于200mm，以确保两侧喷嘴（1）喷出的弹丸喷射流相互避开。