齒輪齒面噴丸強化裝置及噴丸強化方法
【專利摘要】本發明公開了一種齒輪齒面噴丸強化裝置及噴丸強化方法，裝置包括兩個并排布置的噴嘴固定桿，每個噴嘴固定桿上至少安裝兩個噴嘴、兩個噴嘴固定桿上安裝的噴嘴的朝向呈交叉態，兩個噴嘴固定桿之間設有噴嘴距離調節裝置。方法包括：兩束彈丸分別從齒輪的某一輪齒兩側呈交叉態射向輪齒，彈丸與齒頂成δ角投射，δ為20°-80°，此時一束彈丸與該輪齒的一側以與輪齒節圓處成θ角投射，另一束彈丸則與該輪齒的另一側以與輪齒節圓處成θ角投射。本發明能夠提高齒輪節圓處的表面殘余壓應力、降低噴丸時間并且能夠防止齒頂外側出現微突起。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種齒輪噴丸強化裝置及方法，特別涉及一種齒輪齒面的噴丸強化裝 置及方法。 齒輪齒面噴丸強化裝置及噴丸強化方法
【背景技術】
[0002] 齒輪是傳遞功率和運動的重要部件，在工作時其嚙合齒表面會承受較大的既有滾 動又有滑動的強烈摩擦和接觸疲勞應力，疲勞和磨損為齒輪零件發生失效的主要模式。為 了提高齒輪彎曲疲勞強度，增加齒輪壽命，可通過噴丸強化工藝在齒輪表面引入一層殘余 壓應力層。
[0003] 噴丸強化主要是借助于高速運動的彈丸沖擊零件的表面，使其發生彈塑性變形， 從而產生殘余壓應力、加工硬化和組織細化等有利的變化，以提高零件表面疲勞性能和改 善應力腐蝕開裂性能。一般要求齒輪表面殘余壓應力達到800-1200MPa，單純采用滲碳淬火 工藝是很難達到該應力指標要求的，即使采用噴丸強化工藝，也需要一定的工藝參數才能 保證此應力范圍。
[0004] 如圖1揭示了齒輪常規噴丸強化工藝示意圖，彈丸投射方向與齒輪齒頂垂直。對 于齒輪齒頂圓和齒根圓，由于受噴方向與其表面垂直，因此彈丸撞擊其表面時所施加的沖 擊能量Ei=l/2 ·πιν2 (m為單個彈丸質量，V為彈丸撞擊表面時的瞬間速率)，但是對于齒輪節 圓來說，彈丸以Θ角撞擊，彈丸撞擊其表面時施加的沖擊能量為Ε 2=1/2 ·πιν2 ?sin Θ，因此， 在齒輪節圓表面形成的殘余壓應力比齒頂圓和齒根圓表面所形成的殘余壓應力小，由于該 應力差的存在，會在齒輪齒頂外側緣產生微突起，該微突起會不斷干涉齒輪齒根，增加齒根 磨損從而加快齒輪失效。
[0005] 齒輪在工作時，其節圓處會承受最大的摩擦和接觸疲勞應力，為了增加齒輪節圓 處的殘余壓應力，就需要延長噴丸工藝時間，增加齒輪噴丸成本，并且可能導致齒輪齒根和 齒頂過噴問題。對于將噴丸工序作為最終工序的齒輪，需要額外增加成形工藝去除齒頂外 側的微突起，增加齒輪制造成本。
【發明內容】
[0006] 本發明的第一目的是提供一種能夠提高齒輪節圓處的表面殘余壓應力、降低噴丸 時間并且能夠防止齒頂外側出現微突起的齒輪齒面噴丸強化裝置。
[0007] 本發明的第二目的是提供一種能夠提高齒輪節圓處的表面殘余壓應力、降低噴丸 時間并且能夠防止齒頂外側出現微突起的齒輪齒面噴丸強化方法。
[0008] 為了實現上述第一目的，本發明的技術方案是：一種齒輪齒面噴丸強化裝置，包括 兩個并排布置的噴嘴固定桿，每個噴嘴固定桿上至少安裝兩個噴嘴、兩個噴嘴固定桿上安 裝的噴嘴的朝向呈交叉態，兩個噴嘴固定桿之間設有噴嘴距離調節裝置。
[0009] 所述噴嘴通過第一夾具和第一螺釘裝在噴嘴固定桿上，所述第一夾具由兩個軸線 呈交叉布置的圓環固定連接或一體制成，圓環的周壁上開有與圓環內孔相通的螺紋孔，所 述第一夾具的其中一個圓環通過其圓環內孔套在相應的噴嘴固定桿上并通過第一螺釘擰 在螺紋孔中而固定在嗔嘴固定桿上，另個圓環的圓環內孔中插裝有嗔嘴。
[0010] 所述第一夾具的兩個圓環的軸線呈90° ±10°布置。
[0011] 所述噴嘴距離調節裝置包括噴嘴距離調節桿和兩個第二夾具，第二夾具由兩個 軸線呈交叉布置的圓環固定連接或一體制成，圓環上開有與圓環內孔相通的螺紋孔，所述 第二夾具的其中一個圓環通過其圓環內孔套在相應的噴嘴固定桿上并通過第二螺釘擰在 螺紋孔中而固定在噴嘴固定桿上，另一個圓環的圓環內孔中插裝有噴嘴距離調節桿。
[0012] 每個噴嘴固定桿上各安裝兩個噴嘴。
[0013] 為了實現上述第二目的，本發明的技術方案是：一種齒輪齒面噴丸強化方法，包括 以下步驟： a、 將齒輪置于噴丸工作轉臺上，通過扳手松動其中一根噴嘴固定桿上的第一夾 具的一個圓環上連接的第一螺釘，移動噴嘴以調節噴嘴前端與齒輪受噴表面的距離至 100mm-200mm之間，然后擰緊第一螺釘；松動該第一夾具的另一個圓環上連接的第一螺釘， 繞噴嘴固定桿軸線轉動噴嘴以調節噴嘴與受噴表面的投射角度Θ至合理角度，然后擰緊 該第一螺釘； b、 通過上述方法調節另一根噴嘴固定桿上的噴嘴的噴射距離與噴射角度，使兩個噴 嘴固定桿上連接的噴嘴與齒輪受噴表面具有相同的噴射距離和噴射角度，并且相互對稱布 置，使齒輪輪齒兩側齒面在噴丸時的噴丸強度相等； c、 松動固定噴嘴距離調節桿的第二螺釘，調節兩個噴嘴固定桿的相對距離，然后擰緊 第二螺釘； d、 兩束彈丸分別從齒輪的某一輪齒兩側呈交叉態射向輪齒，彈丸與齒頂成δ角投射， δ為20° -80°，此時一束彈丸與該輪齒的一側以與輪齒節圓處成Θ角投射，另一束彈丸 則與該輪齒的另一側以與輪齒節圓處成Θ角投射。
[0014] 在b步驟中：兩個嗔嘴固定桿上連接的嗔嘴保持相互對稱布直。
[0015] 在c步驟中：所述兩個噴嘴固定桿的相對距離大于200mm，以確保兩側噴嘴噴出的 彈丸噴射流相互避開。
[0016] 米用以上齒輪齒面噴丸強化裝置和齒輪齒面噴丸強化方法，米用雙排噴嘴結構朝 齒輪投射彈丸，噴嘴相對于齒輪齒面投射距離及投射角度可以任意調節，使齒輪節圓處與 彈丸投射角度最大，也即增大Θ角，以提高彈丸撞擊齒輪節圓表面時的沖擊能量，并且可 以減小齒輪輪齒各部位的壓應力差，防止齒頂外側出現微突起。針對不同齒形齒輪方便地 調節噴嘴投射角度，在保證輪齒表面完全覆蓋的前提下，盡量使彈丸以最大Θ角撞擊齒輪 節圓處的表面。采用對稱的雙排噴嘴投射結構，可以保證一次裝夾即可完成齒輪輪齒兩側 的噴丸，提高齒輪噴丸效率，降低齒輪噴丸成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 以下結合附圖給出的實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0018] 圖1為常規齒輪噴丸方法的示意圖； 圖2為本發明的齒輪齒面噴丸強化方法的示意圖； 圖3為本發明的齒輪齒面噴丸強化裝置的結構示意圖； 圖4、圖5分別為圖3中的第一夾具的主視圖和左視圖； 圖6為圖3中的第一夾具或第二夾具的立體圖。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，為常規齒輪噴丸方法的示意圖，彈丸投射方向與齒輪齒頂垂直。對于 齒輪齒頂圓和齒根圓，由于受噴方向與其表面垂直，因此彈丸撞擊其表面時所施加的沖擊 能量Ε^?Λ^πιν 2 (m為單個彈丸質量，v為彈丸撞擊表面時的瞬間速率)，但是對于齒輪節 圓來說，彈丸以Θ角撞擊，彈丸撞擊其表面時施加的沖擊能量為Ε 2=1/2 ·πιν2 ?sin Θ，因此， 在齒輪節圓表面形成的殘余壓應力比齒頂圓和齒根圓表面所形成的殘余壓應力小，由于該 應力差的存在，會在齒輪齒頂外側緣產生微突起，該微突起會不斷干涉齒輪齒根，增加齒根 磨損從而加快齒輪失效。
[0020] 如圖2、3、4、5、6所示，本發明的一種齒輪齒面噴丸強化裝置，包括兩個并排布置 的噴嘴固定桿4,每個噴嘴固定桿4上至少安裝兩個噴嘴1、兩個噴嘴固定桿4上安裝的噴 嘴1的朝向呈交叉態，兩個噴嘴固定桿4之間設有噴嘴距離調節裝置。
[0021] 如圖3、4、5、6所示，所述噴嘴1通過第一夾具2和第一螺釘3裝在噴嘴固定桿4 上，所述第一夾具2由兩個軸線呈交叉布置的圓環2-1固定連接或一體制成，圓環2-1的周 壁上開有與圓環內孔2-1-1相通的螺紋孔2-1-2,所述第一夾具2的其中一個圓環2-1通過 其圓環內孔2-1-1套在相應的噴嘴固定桿4上并通過第一螺釘3擰在螺紋孔2-1-2中而固 定在噴嘴固定桿4上，另一個圓環2-1的圓環內孔2-1-1中插裝有噴嘴1。
[0022] 如圖4、5、6所示，所述第一夾具2的兩個圓環2-1的軸線呈90° ±10°布置。
[0023] 如圖3、6所示，所述噴嘴距離調節裝置包括噴嘴距離調節桿5和兩個第二夾具2'， 第二夾具2'由兩個軸線呈交叉布置的圓環2' -1固定連接或一體制成，圓環2' -1上開有 與圓環內孔2' -1-1相通的螺紋孔2' -1-2,所述第二夾具2'的其中一個圓環2' -1通過其 圓環內孔2' -1-1套在相應的噴嘴固定桿4上并通過第二螺釘3'擰在螺紋孔2' -1-2中而 固定在噴嘴固定桿4上，另一個圓環2'-1的圓環內孔2'-1-1中插裝有噴嘴距離調節桿5。
[0024] 所述第二夾具2'的結構可以與第一夾具2完全相同。
[0025] 如圖3所示，每個噴嘴固定桿4上各安裝兩個噴嘴1。
[0026] 如圖2、3、4、5、6所示，本發明的一種齒輪齒面噴丸強化方法，包括以下步驟： a、 將齒輪6置于噴丸工作轉臺7上，通過扳手松動其中一根噴嘴固定桿4上的第一夾 具2的一個圓環2-1上連接的第一螺釘3,移動噴嘴1以調節噴嘴1前端與齒輪6受噴表面 的距離至100mm-200mm之間，然后擰緊第一螺釘3 ;松動該第一夾具2的另一個圓環2-1上 連接的第一螺釘3,繞噴嘴固定桿4軸線轉動噴嘴1以調節噴嘴1與受噴表面的投射角度 Θ至合理角度，然后擰緊該第一螺釘3 ; b、 通過上述方法調節另一根噴嘴固定桿4上的噴嘴1的噴射距離與噴射角度，使兩個 噴嘴固定桿4上連接的噴嘴1與齒輪6受噴表面具有相同的噴射距離和噴射角度，并且相 互對稱布置，使齒輪6輪齒兩側齒面在噴丸時的噴丸強度相等； c、 松動固定噴嘴距離調節桿5的第二螺釘3'，調節兩個噴嘴固定桿4的相對距離，然后 擰緊第二螺釘3' ； d、 兩束彈丸分別從齒輪6的某一輪齒兩側呈交叉態射向輪齒，彈丸與齒頂成δ角投 射，δ為20° -80°，此時一束彈丸與該輪齒的一側以與輪齒節圓處成Θ角投射，另一束 彈丸則與該輪齒的另一側以與輪齒節圓處成Θ角投射。
[0027] 在b步驟中：兩個嗔嘴固定桿4上連接的嗔嘴1保持相互對稱布直。
[0028] 在c步驟中：所述兩個噴嘴固定桿4的相對距離大于200mm，以確保兩側噴嘴1噴 出的彈丸噴射流相互避開。
[0029] 如圖2所不，彈丸與齒頂成δ角、與輪齒節圓處成Θ角投射，彈丸撞擊齒頂時所 附加的沖擊能量則為
【權利要求】
1. 一種齒輪齒面噴丸強化裝置，其特征在于：包括兩個并排布置的噴嘴固定桿（4)，每 個噴嘴固定桿（4)上至少安裝兩個噴嘴（1)、兩個噴嘴固定桿（4)上安裝的噴嘴（1)的朝向 呈交叉態，兩個噴嘴固定桿（4)之間設有噴嘴距離調節裝置。
2. 根據權利要求1所述的齒輪齒面噴丸強化裝置，其特征在于：所述噴嘴（1)通過第 一夾具（2)和第一螺釘（3)裝在噴嘴固定桿（4)上，所述第一夾具（2)由兩個軸線呈交叉布 置的圓環（2-1)固定連接或一體制成，圓環（2-1)的周壁上開有與圓環內孔（2-1-1)相通的 螺紋孔（2-1-2)，所述第一夾具（2)的其中一個圓環（2-1)通過其圓環內孔（2-1-1)套在相 應的噴嘴固定桿（4)上并通過第一螺釘（3)擰在螺紋孔（2-1-2)中而固定在噴嘴固定桿（4) 上，另一個圓環（2-1)的圓環內孔（2-1-1)中插裝有噴嘴（1)。
3. 根據權利要求1所述的齒輪齒面噴丸強化裝置，其特征在于：所述第一夾具（2)的兩 個圓環（2-1)的軸線呈90° ±10°布置。
4. 根據權利要求1所述的齒輪齒面噴丸強化裝置，其特征在于：所述噴嘴距離調節裝 置包括噴嘴距離調節桿（5)和兩個第二夾具（2'），第二夾具（2'）由兩個軸線呈交叉布置的 圓環（2' -1)固定連接或一體制成，圓環（2' -1)上開有與圓環內孔（2' -1-1)相通的螺紋 孔（2' -1-2)，所述第二夾具（2'）的其中一個圓環（2' -1)通過其圓環內孔（2' -1-1)套在 相應的噴嘴固定桿（4)上并通過第二螺釘（3'）擰在螺紋孔（2' -1-2)中而固定在噴嘴固定 桿（4)上，另一個圓環（2' -1)的圓環內孔（2' -1-1)中插裝有噴嘴距離調節桿（5)。
5. 根據權利要求1所述的齒輪齒面噴丸強化裝置，其特征在于：每個噴嘴固定桿（4)上 各安裝兩個噴嘴（1)。
6. -種齒輪齒面噴丸強化方法，其特征在于：包括以下步驟： a、 將齒輪（6)置于噴丸工作轉臺（7)上，通過扳手松動其中一根噴嘴固定桿（4)上的第 一夾具（2)的一個圓環（2-1)上連接的第一螺釘（3)，移動噴嘴（1)以調節噴嘴（1)前端與 齒輪（6)受噴表面的距離至100mm-200mm之間，然后抒緊第一螺釘（3);松動該第一夾具（2) 的另一個圓環（2-1)上連接的第一螺釘（3 )，繞噴嘴固定桿（4)軸線轉動噴嘴（1)以調節噴 嘴（1)與受噴表面的投射角度Θ至合理角度，然后擰緊該第一螺釘（3); b、 通過上述方法調節另一根噴嘴固定桿（4)上的噴嘴（1)的噴射距離與噴射角度，使 兩個噴嘴固定桿（4)上連接的噴嘴（1)與齒輪（6)受噴表面具有相同的噴射距離和噴射角 度，并且相互對稱布置，使齒輪（6)輪齒兩側齒面在噴丸時的噴丸強度相等； c、 松動固定噴嘴距離調節桿（5)的第二螺釘（3'），調節兩個噴嘴固定桿（4)的相對距 離，然后擰緊第二螺釘（3'）； d、 兩束彈丸分別從齒輪（6)的某一輪齒兩側呈交叉態射向輪齒，彈丸與齒頂成δ角投 射，δ為20° -80°，此時一束彈丸與該輪齒的一側以與輪齒節圓處成Θ角投射，另一束 彈丸則與該輪齒的另一側以與輪齒節圓處成Θ角投射。
7. 根據權利要求1所述的齒輪齒面噴丸強化方法，其特征在于：在b步驟中：兩個噴嘴 固定桿（4 )上連接的噴嘴（1)保持相互對稱布置。
8. 根據權利要求1所述的齒輪齒面噴丸強化方法，其特征在于：在c步驟中：所述兩個 噴嘴固定桿（4)的相對距離大于200mm，以確保兩側噴嘴（1)噴出的彈丸噴射流相互避開。
【文檔編號】C21D7/06GK104060062SQ201410304279
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】陳強, 劉康, 冉雄濤, 魏佳順 申請人:南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司