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抛丸强化的机理、评定和应用 亚美体育是做什么的解答

作者:亚美体育 发布时间:2015-09-05点击:
摘要:?亚美体育强化技术是当今齿轮、弹簧和汽车等行业表面强化处理最具代表性的先进技术,在工业发达国家已被广泛应用。本文详细介绍了抛丸强化的机理、评定方法、影响强化效果的主要因素及强化对零件使用寿命的影响;最后介绍三种抛丸强化设备的性能和特点。
抛丸强化的机理、评定和应用 亚美体育是做什么的解答
抛丸强化的机理、评定和应用 亚美体育是做什么的解答
0、概述:
    据统计,在机械零件失效中有90%以上属于疲劳破坏。因此,长期以来,人们为提高材料的疲劳抗力作了不懈的努力。但是,疲劳破坏的源头在哪里呢?文献指出:“在大多数情况下,多次载荷的破坏被劳破坏)都位于表面层,因此机器零件的表面层特别重要。因而对表面层进行强化就能使整个零件强化。
(1)、抛丸强化机理:
    从金属力学性能的角度说,“要提高疲劳抗力,有指导意义的是应该尽可能避免局集的塑性变形,设法产生均匀的滑移。”这就是说,要避免局部集中的塑性变形,设法产生均匀的细微的塑性变形,使
滑移均匀化。
   经过长期的生产实践,人们找到了在金属表面进行塑性变形,提高零件疲劳强度的主要方法是在冷作区形成残余压应力。"产生表面残余压应力的原理… …以喷丸为例,当直径为0.08~ 0.8mm小弹丸高速喷击到零件表面上时,表面的塑性变形受到零件内层的弹性约束,产生了压应力。压应力层大约是弹丸直径1/4~ 1/2,… … [1]”
   用零件表面层冷作来提高疲劳破坏强度的方法,据资料记载,是英国人盖尔伯特(Gilbet)于1927年首先提出的。当时他把这种过程称为“落雨…… [3]”
   金属零件在抛(喷)丸处理时受到高速钢丸的打击,在零件表面产生均匀细微的冷态变形(弹性的塑性的),并产生残留压应力,从而使零件表面的强度、硬度提高,这个过程称之为抛(喷)丸强化。这个过程对于热处理来说,虽属于辅助工序,但却至关重要。其中,以压缩空气作为动力的强化称为喷丸强化,而以机械叶轮作为动力的强化称为抛丸强化。
(2)抛(喷)丸的优点:
(a)成本低、能耗低、设备简单、操作方便、生产率高、适应性广、强化效果显著;
(b)适用材料范围广。碳素钢、合金钢、超高强度钢、不锈钢、铸铁、铝合金、镁合金、钛合金、高温合金、乃至粉末合金零件,均可用抛(喷)丸强化来提高零件的高周疲劳强度;
(c)对提高钢的电镀零件的疲劳性能有特别重要的意义。钢件经过镀铬(或镀镍)或镀镍铬之后,疲劳强度极限通常要降低1/3至1/4,而喷丸后再进行电镀则可避免由于电镀而给材料疲劳强度带来的损失。“因此,美国联邦政府的规范(QQ-C- 320)和军用规范(MIL-C- 26074A)均作了钢件电镀前,必须进行抛(喷)丸强化处理的规定。
(d)抛(喷)丸强化还有许多宝贵的附加性能,例如提高零件的耐磨性、抵消应力集中对疲劳强度的不利影响、减缓或停止裂纹生长速度等。
(3)抛丸强化应用发展简述:
   抛丸强化工艺最先应用于汽车工业中的各类卷簧和板簧;尔后在航空工业中获得了最为广泛的应用;现在民用工业中的各种重要承载零件也逐渐大量采用抛丸强化,例如各种齿轮、柴油机中的重要零件—连杆和曲轴等都已离不开抛丸强化。

1、强化指标的评定:
   到目前为止,国内外评定强化程度有以下三项技术指标。
1.1、覆盖率:
   在工件被抛丸处理的表面规定部位上,弹痕占据的面积(抛丸达到的面积)与要求抛丸强化的全部面积的比值称为表面覆盖率。
   表面覆盖率以百分数表示,覆盖率若超过100%,则用抛(喷)丸时间来衡量,例如:覆盖率200%表示抛丸时间为获得100%表面覆盖率所需时间的2倍。
1.2、抛(喷)丸强度:
   这是定量反映抛(喷)丸强化程度的一个指标,通常用阿尔梅(almen)试片的弧高值来表示,单位为毫米。阿尔梅试片用弹簧钢制成,共有三种尺寸,分别用N、A、C表示。
   将试片(尺寸、材质、硬度均按标准制作)夹在专用夹具上并放置在工件的相应位置,同工件一起接受抛(喷)丸强化处理,处理结束后将试片取出。试片因强化而产生变形(原平面变为弧形面)采用专用的检具测量试片弧形的高度,其读数即定义为弧高值。
   标准[4]规定了三种形式的试片N、A、C以适应不同的范围,见表一:
N、A、C以适应不同的范围
N、A、C以适应不同的范围
表1试片及适用范围
表1试片及适用范围
N、A、C以适应不同的范围
N、A、C以适应不同的范围
1.3、残留压应力:
   近年不少行业如齿轮行业,常以齿根残留压应力作为强化的指标,如要求齿根次表层残留压应力>- 800MPa。对抛(喷)丸处理后的零件表面进行应力检测,通常其应力在表层会呈如下曲线分布,见图1。最大压力σmax一般在表面以下0.03~ 0.05mm处,称为次表层(图中S2处)。
图1 残留压应力曲线分布
图1 残留压应力曲线分布
   抛丸后残留压应力的大小将直接影响工件的疲劳强度从而极大影响其使用寿命(尤其是受力较大的弯曲疲劳破坏寿命,如汽车后桥齿轮)。

2、影响强化效果的因素:
   主要有以下几点:(1)工件的原始状态,特别是表面硬度;(2)钢丸的状态:硬度、粒度、形态(合金钢丸、铸钢丸、钢丝切丸(指钢丝经机械切割后成规格均匀、带有棱角的、切削力很强的圆柱体);(3)抛(喷)丸处理时,钢丸速度、射程、入射角角度和抛(喷)丸时间长短、单位面积受抛的丸粒密度等等。

3、疲劳试样强化试验和强化齿轮寿命试验:
  20mm高强铸铁试样(炉号4)喷丸冷作前后的试验结果[3]见表二:
表2 试样测试结果
表2 试样测试结果
 实践检验结果表明,经抛丸强化后零件的抗疲劳应力极限大大提高。例如陕西某公司汽车变速箱渗碳齿轮经抛丸强化后弯曲疲劳寿命值的实验报告表明平均是未强化齿轮的4.3倍。

4、常用的几种抛丸强化机:
   以下介绍三种典型的抛丸强化机;
4.1、五工位转台式抛丸强化机(图2):
   五工位转台抛丸强化机。每个工位有一个小转台摆放工件,有2个工位是抛丸工位,一个工位作装卸用,余下两个工位为隔离室以改善密封性能。
   工作时大转台带着小转台及隔离板、隔离筒一起作步进式旋转。工件依次在两个工位接受抛丸。抛丸时大转台不动,小转台带着工件自转,使工件四周均匀接受抛丸。约2min一个节拍,小时产量约30串(每串2~ 5件)。为保障强化效果,还设有钢丸机外循环振动筛选机。操作者每个生产节拍取下一串,装上一串。该机型连续作业,每个工位设有专用工装夹具,可以一次抛多件工件,结构紧凑、占地小,强化效果好。
图2 五工位转台式抛丸强化机
图2 五工位转台式抛丸强化机

4.2、悬链通过式抛丸强化机(图3):
   工件呈单串吊挂,经强力抛丸,达到较高的残留应力。为提高效率可采用双工位或更多个工位。与转台机相比,虽然占地多一些,但设备运行可靠、故障率低,强化效果均匀、弧高可达0.6A甚至更高,齿根残留压应力可达到800MPa以上,最高可达1200MPa。目前西安某齿轮公司、安徽某汽车公司变速箱厂、大同某齿轮厂、重庆某齿轮公司、长春某齿轮厂、晋江某齿轮公司、济南某桥箱厂热处理车间、株洲某齿轮厂等均采用该机型。
图3 悬链通过式抛丸强化机
图3 悬链通过式抛丸强化机
4.3、双吊钩抛丸强化机(图4):
   采用周期作业方式,工件呈散装方式,一钩多层,每层多件。常用于齿轮、齿轴、平衡杆等,弧高一般在阿尔梅试片0.4A以下,不作残留压应力要求的普通强化。北京某齿轮总厂、重庆某齿轮厂、重庆某齿轮有限公司、江西某车桥齿轮有限公司等均采用该机型。该机型占地少,投资低,是比较经济实惠的一种机型。
图4 双吊钩抛丸强化机
图4 双吊钩抛丸强化机
5、结束语:
   我想通过以上文章大家已经了解到了,亚美体育是做什么的了,抛(喷)丸强化技术近年来在国内外都得到突飞猛进的发展。在我国,抛(喷)丸工艺虽是一种古老的传统的表面强化工艺,但改革开放以来发展迅猛,特别是进入二十世纪以后,我国从日本、德国等世界工业发达国家引进了新型高效抛(喷)丸强化装备,这使我国机械行业面貌焕然一新,特别是弹簧行业、齿轮行业和汽车行业。
   在工业发达国家,气液喷丸装置已开始投入使用。这种装置的优点是尺寸小、重量轻、操作方便,喷嘴寿命成倍提高。另外,有些大公司还研制了真空喷丸装置,弹丸也出现了很小的陶瓷丸和玻璃丸,其直径从50~ 200μm。
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