噴丸強化預防汽車零件彎曲疲勞

2021-01-10 Feijiu網

彎曲疲勞

彎曲疲勞是最常見的疲勞失效形式。拋丸/噴丸強化對於克服這一失效情況最為有效，因為零件表面正是拉應力集中的區域。處於一彎曲載荷下的懸臂梁。該梁的彎曲變形造成其表面處於向外拉伸的拉應力狀態。表面表層任何半徑或幾何形狀的變化都會引起拉應力的增加。

完全反向彎曲又讓零件處於拉應力和壓應力交叉交變應力的情況下，這是最具有破壞性的疲勞載荷情形。交變應力中的拉應力部分導致疲勞裂紋形成和延展。

齒輪

齒輪強化是非常典型且普遍的應用。任何尺寸和形式的齒輪都可通過拋丸/噴丸強化來改善齒廓根部的彎曲疲勞屬性。輪齒的嚙合與懸臂梁情況相似。齒面接觸形成的載荷在接觸點下方的根部位置產生彎曲應力

齒輪通常是在硬化後進行拋丸/噴丸強化。增加的表面硬度會成比例地提高壓應力水平。根據工藝參數，經滲碳和拋丸/噴丸強化後齒輪的最大殘餘壓應力範圍可在170-230 ksi (1170-1600 MPa)。強化滲碳齒輪，通常用硬度較大的鋼丸(55-62 HRC)。如果想對齒面的影響小些，可選用硬度低一點的鋼丸(45-52 HRC)，那產生的壓應力水平將是硬度高丸料產生的50%左右。

在齒面節線附近通過錘擊、研磨、珩磨、振動光飾導入一個壓應力，是增強齒輪抗疲勞點蝕最佳的方法。經表面精整處理後，能進一步降低接觸應力。但必須小心，不可蓋掉超過10%的噴丸強化層。對噴丸強化小凹痕的光整處理，可以讓接觸載荷在一個較大表面積上分布開，這樣可進一步減少接觸應力。

在部分齒輪加工製造中，經過可控性拋丸/噴丸強化後的齒輪，在1,000,000次循環作用後，疲勞強度可增加30%或更多。以下組織/規格標準證實了利用可控性噴丸強化，齒面彎曲載荷顯著增加

勞氏船級社：增加20%
挪威船級社：增加20%
ANSI/AGMA 6032-A94 船用齒輪規格：增加15%

連杆

連杆是發動機中傳遞動力的重要零件。它將活塞的往復運動變為區軸的旋轉運動並把作用在活塞組上的力傳給曲軸。連杆主要承受氣體壓力和往復慣性力所產生的交變載荷。因此在設計連杆時應首先保證其具有足夠的疲勞強度和結構剛度。顯然為了增加連杆的強度和剛度不能簡單地加大結構尺寸因為連杆重量的增加會使慣性力相應增加所以連杆設計的一個重要要求是在儘可能輕巧的結構下保證足夠的強度和剛度即連杆輕量化設計是最終設計目標。連杆應力集中即最常發生失效的部位在靠近大頭孔中心I-梁兩側轉接圓角處。
以連杆疲勞安全係數為量的指標，為滿足強度和剛度設計要求，且重量最輕的經濟優化方案就是在對無論是鍛造、鑄造或粉末冶金連杆進行任何鏜孔機加工前，先進行拋丸/噴丸強化，這樣可以避免屏蔽孔穴增加的額外成本。強化前後都不需要對連杆做其他的預處理或後處理。

曲軸

通常情況下，曲軸所有的軸頸面變化轉接圓角都需要進行拋丸/噴丸強化。這其中包括軸承軸頸，曲柄銷。曲柄銷軸承圓角是應力集中的地方，最大應力發生在曲柄銷過渡圓角的底部，因為當發動機點火時，曲柄銷是位於上止點的位置。應力分析,確定了曲柄銷過渡圓角經常是裂紋啟裂部位，且向主鄰近的主軸承圓角擴展，直至造成整個曲軸的破壞性斷裂失效。

大量的試驗證明年，無論是鍛制中碳鋼曲軸、鑄鋼曲軸還是球墨鑄鐵曲軸或奧貝球鐵曲軸，拋丸/噴丸強化都是提高工件抗疲勞性能和安全使用壽命的有效方法。

柴油發動機曲軸- 曲軸是柴油發動機的重要部件，無論是在產品開發階段還是在生產檢驗階段，都要求對曲軸的疲勞性能進行檢驗。在發動機實際運行過程中，曲軸所承受的載荷主要是彎曲／扭轉複合載荷，彎曲疲勞破壞是曲軸失效的最常見形式，而在發動機輸出功率較大、曲軸承受扭矩較大的情況下，扭轉疲勞破壞則成為主要失效形式。

對某柴油發動機的曲軸試片進行疲勞比較試驗，材料是Armco 17-10 Ph不鏽鋼。試驗結果發現，未經強化的曲軸和經拋丸/噴丸強化的曲軸，在經過10億次的交變應力載荷作用後，測得的疲勞強度分別為43 ksi (293 MPa) 和 56 ksi (386MPa)，這說明經過拋丸/噴丸強化，柴油機曲軸的疲勞強度提高了約30%

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