Знание - Sanxin

Като ключов компонент в механичните трансмисионни системи, животът на зъбните колела влияе пряко върху производителността и надеждността на цялото механично оборудване. Дробеструйната обработка, като често срещан процес на повърхностно укрепване, може ефективно да подобри повърхностните свойства на зъбните колела. Тази статия задълбочено изследва механизма на влияние на дробеструйната обработка върху живота на зъбните колела, анализира корелациите между параметрите на процеса на дробеструйната обработка, материалите на зъбните колела, условията на работа и живота на зъбните колела и предоставя теоретична основа и практически насоки за обработката на дробеструйната обработка и подобряването на живота на зъбните колела.

Зъбните колела играят ключова роля в механичното предаване, като предават мощност и движение. По време на работа те са подложени на сложни променливи натоварвания, които могат да доведат до проблеми като умора на материала и износване, като по този начин повлияят на живота им. Дробеструйната обработка е процес, при който високоскоростен поток от сачми се въздейства върху повърхността на зъбното колело, причинявайки пластична деформация и образувайки остатъчен слой от натиск, като същевременно рафинира повърхностните зърна. Това повишава повърхностната якост, твърдост и устойчивост на умора на зъбните колела. Изучаването на влиянието на дробеструйната обработка върху живота на зъбните колела е от голямо значение за оптимизиране на процесите на производство на зъбни колела и подобряване на надеждността на механичното оборудване.

 

II. Подобряване на свойствата на повърхността на зъбните колела чрез дробеструйно обработване

2.1 Въвеждане на остатъчното напрежение на натиск

Когато високоскоростен снаряд удари повърхността на зъбно колело, повърхностният материал претърпява пластична деформация, генерирайки остатъчно напрежение на натиск в деформирания слой, което е противоположно по посока на работното напрежение. Това остатъчно напрежение на натиск може да противодейства на част от напрежението на опън, генерирано по време на работата на зъбното колело, да намали степента на концентрация на напрежение и по този начин ефективно да потисне възникването и разпространението на пукнатини от умора, като значително увеличи живота на зъбното колело. Например, в автомобилните трансмисионни зъбни колела, след обработка с дробеструйка, остатъчното напрежение на натиск върху повърхността на зъбното колело може да достигне няколкостотин мегапаскала, увеличавайки границата на умора на зъбното колело с 20% до 30%.

Остатъчното компресионно напрежение върху повърхността на зъбното колело може да устои на опънното напрежение, причинено от зацепване по време на работа с висока скорост, което значително подобрява устойчивостта на умора на зъбното колело. Фигура 2 показва тенденциите на остатъчното компресионно напрежение върху повърхността на зъбното колело и в различни диапазони на основата на зъбното колело преди и след дробеструйно обработване.

Фигура 2: Остатъчно компресионно напрежение на зъбни колела преди и след дробеструйно обработване

Както е показано на Фигура 2, остатъчното напрежение на натиск в основата на зъба на зъбното колело след дробеструйно обработване е значително увеличено в сравнение с това без дробеструйно обработване. Повърхностното остатъчно напрежение на натиск на образеца на зъбно колело се увеличава от -378 MPa до -521 MPa след дробеструйно обработване, което е увеличение с 37.8%. Максималното остатъчно напрежение на натиск в подповърхността достига -1069 MPa. Това показва, че дробеструйното обработване може да генерира значително остатъчно напрежение на натиск върху повърхността на зъбното колело, като остатъчното напрежение на натиск показва тенденция първо на увеличаване, а след това на намаляване с увеличаване на дълбочината на слоя.

2.2 Повишаване на повърхностната твърдост

Ударите от дробеструйната обработка рафинират повърхностните зърна на зъбните колела, увеличават границите на зърната и възпрепятстват движението на дислокациите, като по този начин повишават твърдостта на повърхността. В същото време, многократните сблъсъци между топките за дробеструйно обработване и повърхността по време на процеса на дробеструйно обработване също водят до втвърдяване на повърхностния материал. Увеличаването на повърхностната твърдост засилва износоустойчивостта на повърхността на зъбното колело, намалява износването по време на работа и удължава експлоатационния живот на зъбните колела. При някои силно натоварени зъбни колела, дробеструйната обработка може да увеличи повърхностната твърдост с 10% - 15% и да намали износването с 30% - 40%.

Фигура 3: Разпределение на твърдостта на повърхността на основата на зъбното колело и на различна дълбочина преди и след дробеструйно обработване.

 

2.3 Подобряване на грапавостта на повърхността

Разумните параметри на процеса на дробеструйно обработване могат да подобрят грапавостта на повърхността на зъбните колела. Въпреки че самият процес на дробеструйно обработване ще причини малки вдлъбнатини по повърхността, чрез контролиране на параметри като размера на дробеструйката, скоростта на дробеструйката и времето на дробеструйката, повърхността може да стане по-гладка, а грапавостта ѝ да се намали. По-ниската грапавост на повърхността може да намали триенето и шума по време на зацепване на зъбните колела, да намали концентрацията на напрежение и да подобри ефективността на трансмисията и експлоатационния живот на зъбните колела.

Фигура 4: Грапавост на повърхността на зъбни колела преди и след дробометна обработка

 

III. Фактори, влияещи върху експлоатационния живот на зъбните колела след дробеструйно обработване

3.1 Параметри на процеса на дробеструйно рязане

3.1.1 Размер на дозата

Размерът на дробината влияе пряко върху енергията на удара и площта на покритие на зъбното колело при дробеструйно обработване. По-големите дроби имат по-висока енергия на удара, което може да доведе до по-дълбок пластичен деформационен слой и по-високо остатъчно напрежение на натиск, но може да увеличи грапавостта на повърхността; по-малките дроби имат относително по-ниска енергия на удара, но могат да постигнат по-фина повърхност и да подобрят качеството ѝ. При избора на размера на дробината трябва да се обърне цялостно внимание на материала, размера и работните изисквания на зъбното колело.

3.1.2 Скорост на струята

Колкото по-висока е скоростта на струята, толкова по-голяма е кинетичната енергия на снарядите, толкова по-силен е ударът върху повърхността на зъбното колело и толкова по-очевиден е остатъчният компресионен напрежен и ефектът на повърхностно втвърдяване. Прекалено високата скорост на струята обаче може да причини дефекти, като пукнатини по повърхността на зъбното колело, като по този начин намали живота на зъбното колело. Следователно е необходимо да се определи подходящ диапазон от скорости на струята, за да се осигури ефектът на укрепване, като същевременно се избегне повреда на повърхността на зъбното колело.

3.1.3 Време за струйно пръскане

Времето за обработка със струя определя броя на ударите и покритието на дробеструйната обработка върху повърхността на зъбното колело. Ако времето за обработка със струя е твърде кратко, очакваният ефект на укрепване не може да бъде постигнат; ако е твърде дълго, това може да причини прекомерно втвърдяване на повърхността на зъбното колело, което води до крехкост и намалена устойчивост на умора. Чрез експерименти и оптимизация може да се определи оптималното време за обработка със струя, за да се постигне желаният ефект на укрепване върху повърхността на зъбното колело.

3.2 Материали за зъбни колела

Зъбните колела, изработени от различни материали, реагират различно на дробеструйно обработване. Най-общо казано, високоякостната стомана, легираната стомана и други материали показват по-значително подобрение в повърхностните характеристики и по-голямо увеличение на експлоатационния живот след дробеструйно обработване. Въпреки това, за материали с по-висока крехкост е необходимо повече внимание по време на дробеструйно обработване и параметрите на процеса трябва да бъдат добре контролирани, за да се избегнат дефекти като пукнатини. Освен това, химичният състав и микроструктурата на материала също влияят върху разпределението на остатъчното напрежение на натиск, степента на повърхностно втвърдяване и характеристиките на умора след дробеструйно обработване.

3.3 Условия на работа

3.3.1 Величина на натоварването

Големината на натоварването, което зъбното колело понася, влияе пряко върху неговия живот на умора. При една и съща обработка с дробеструйна обработка, колкото по-голямо е натоварването, толкова по-високо е нивото на вътрешно напрежение в зъбното колело, толкова по-бързо е възникването и разпространението на пукнатини от умора и толкова по-кратък е животът на зъбното колело. Въпреки че дробеструйната обработка може да увеличи границата на умора на зъбните колела, ефектът от подобряването на живота може да бъде ограничен при прекомерни натоварвания.

3.3.2 скорост на въртене

Скоростта на въртене на зъбните колела влияе върху повърхностното им триене с околната среда и условията на топлообмен. При високи скорости на въртене топлината, генерирана от повърхностното триене, се засилва, което може да причини промени в свойствата на повърхността, като например отпускане на остатъчното напрежение на натиск и намаляване на твърдостта, като по този начин се отразява на живота на зъбното колело. Освен това, високите скорости на въртене подлагат зъбните колела на по-големи центробежни сили, увеличавайки нивата на напрежение и влияейки неблагоприятно върху техните характеристики на умора.

3.3.3 Работна среда

Фактори като температура, влажност и корозивни среди в работната среда също могат да повлияят на живота на зъбните колела. При условия на висока температура якостта и твърдостта на материалите на зъбните колела ще намалеят и остатъчното напрежение на натиск може да се отпусне. Във влажна и корозивна среда повърхностната корозия и износването на зъбните колела ще се ускорят, намалявайки живота им. Дробеструйната обработка може до известна степен да подобри корозионната устойчивост на зъбните колела, но при тежки работни условия все още са необходими допълнителни защитни мерки.

IV. Оптимизация на процеса на дробеструйно зъбоструйно обработване и стратегии за удължаване на живота на зъбните колела

4.1 Оптимизация на параметрите на процеса

Чрез обширни експерименти и числени симулации беше създаден математически модел, който свързва параметрите на процеса на дробеструйно обработване с повърхностните свойства и дълготрайността на зъбните колела. След това бяха използвани оптимизационни алгоритми за определяне на оптималната комбинация от параметри на процеса на дробеструйно обработване. Например, беше използван метод на ортогонален експериментален дизайн за оптимизиране на параметри като размер на дюзите, скорост на дюзите и време на дюзите, за да се постигне максимално остатъчно напрежение на натиск и твърдост на повърхността, като същевременно се гарантира качеството на повърхността на зъбните колела, като по този начин се увеличи техният експлоатационен живот.

4.2 Процес на укрепване на повърхността на съединението

Комбинирането на дробеструйно обработване с други процеси за повърхностно укрепване, за да се образува сложен процес за повърхностно укрепване, може допълнително да увеличи живота на зъбните колела. Например, комбинацията от дробеструйно обработване с процеси на химическа термична обработка, като цементация и азотиране, не само създава остатъчен слой от компресионно напрежение върху повърхността на зъбното колело, но също така увеличава твърдостта на повърхността и износоустойчивостта; интегрирането на дробеструйно обработване с лазерно ударно обработване може да генерира по-дълбок и по-равномерен слой от остатъчно компресионно напрежение, което значително подобрява устойчивостта на умора на зъбните колела.

4.3 Подобрения в дизайна и производството на зъбни колела

По време на етапа на проектиране на зъбните колела, вземете предвид изцяло влиянието на дробеструйната обработка върху живота на зъбните колела, оптимизирайте формата, размера и структурата на зъбните колела, за да намалите концентрацията на напрежение. В производствения процес стриктно контролирайте точността на обработка и качеството на повърхността на зъбните колела, за да осигурите добра основа за дробеструйната обработка. В същото време, засилете контрола на качеството на производствения процес на зъбни колела, за да гарантирате, че качеството на зъбните колела след дробеструйната обработка отговаря на изискванията.

V. Заключение

Дробеструйното обработване, като ефективен процес за укрепване на повърхността, играе важна роля за удължаване на експлоатационния живот на зъбните колела. Чрез въвеждане на остатъчно напрежение на натиск върху повърхността на зъбното колело, увеличаване на твърдостта на повърхността и подобряване на грапавостта на повърхността, дробеструйното обработване може значително да подобри устойчивостта на умора и износоустойчивостта на зъбните колела, като по този начин удължи експлоатационния им живот. Експлоатационният живот на зъбните колела след дробеструйно обработване обаче се влияе от различни фактори, като например параметрите на процеса на дробеструйно обработване, материалите на зъбните колела и условията на работа. За да се увеличи допълнително експлоатационният живот на зъбните колела, е необходимо да се оптимизират параметрите на процеса на дробеструйно обработване, да се въведат процеси за укрепване на повърхността с композитни материали и да се подобрят проектирането и производствените процеси на зъбните колела. В бъдеще, с непрекъснатите задълбочени изследвания на технологията за дробеструйно обработване и разработването на нови материали и нови процеси, приложението на дробеструйното обработване в областта на производството на зъбни колела ще стане по-широко и задълбочено, което ще допринесе по-голямо за подобряване на надеждността и експлоатационния живот на механичното оборудване.

 

China Vigor има над 20 години опит, силен технически екип и производствени възможности за ковани зъбни колела. Ако имате въпроси, търсене, разработване на свързани части или подобряване на веригата ви за доставки, моля, не се колебайте да се свържете с нас на info@castings-forging.com