[发明专利]齿轮齿面喷丸强化装置及喷丸强化方法

说明书

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。