強力噴丸是提高齒輪齒部彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的重要方法，是---齒輪抗咬合能力、提高齒輪壽命的重要途徑。本文主要介紹齒輪加工中的強力噴丸工藝。
1、工作原理
強力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產生彈塑性變形并呈現較高的殘余壓應力，從而提高工件表面強度及疲勞強度。噴丸一方面使零件表面發生彈性變形，同時也產生了大量孿晶和位錯，使材料表面發生加工強化。如圖1所示：
. 圖1-a 經噴丸處理的零件表面 圖1-b 未經噴丸處理的零件表面
噴丸對表面形貌和性能的影響主要表現在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應力腐蝕能力和零件的疲勞壽命。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發生循環塑性變形。根據材料的性質和狀態的不同，噴丸后材料的表層將發生以下變化：硬度變化、組織結構的變化、相轉變、表層殘余應力場的形成、表面粗糙度的變化等。
2、 噴丸強度的測量方法
當一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時會產生彎曲。飽和狀態和噴丸強度是噴丸加工工藝中的兩個重要概念。飽和狀態是指在同一條件下繼續噴擊而不再改變受噴區域機械特性時的狀態。所謂噴丸強度，就是通過打擊預制成一定規格的金屬片即試片，在規定的時間使之達到飽和狀態的強弱程度，并用試片彎曲的弧高值來度量其噴擊的強弱程度。
目前，應用廣的美國機動車工程學會噴丸標準中采用阿爾曼提出的噴丸強化檢驗法——弧高度法，該方法由美國gm公司的j. o. almen阿爾門提出，并由saej442a和sae443標準規定的測量方法，其要點是用一定規格的彈簧鋼試片通過檢測噴丸強化后的形狀變化來反映噴丸效果。對薄板試片進行單面噴丸時，由于表面層在彈丸作用下產生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度距離上測量球面的弧高度值，用其來度量噴丸的強度。測定弧高度值是通過將阿爾門試片固定在---夾具上，經噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規測量試片經單面噴丸作用下產生的參與拉伸形變量即弧高度值。如用試片測得的弧高值為0.35mm時，記作0.35a。
噴丸強度的另一種檢驗方法為殘余應力檢測，即對經強力噴丸后的工件進行殘余應力的檢測，具體的檢驗方法為x射線衍射法。在美國sae j784a標準中如下方法：x射線的入射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的測量位置應當在齒根的寬度中央，照射區域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規定的齒根圓角表面---的測量點，照射區域大小的控制可以通過對直光束和適當遮蓋齒根表面實現；在每個選定受檢的齒輪上，少要任選兩個齒進行評估，兩齒間隔180。如果齒的有效齒廓受到保護沒有研磨，則可以認為齒根研磨的用于表面下殘余應力測量的齒輪未受損壞并且可以用于生產。
3、 噴丸對提高零件疲勞抗力的作用
a．借助表面冷變形實現材料表面強化的本質在于冷變形造成材料表層組織結構的變化、引入殘余壓應力以及表面形貌的變化。
b． 噴丸使材料表面性能---
c． 強化噴丸過程中，當微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時，使工件表層材料產生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產生一壓坑，撞擊導致壓坑附近的表面材料發生徑向延伸。當越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時，工件表面越來越多的部分因吸收高速運動鋼丸的動能而產生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產生的徑向延伸區域越來越大，發生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續噴丸會使塑變層因繼續延伸而厚度逐步變薄，同時塑變層的徑向延伸會因受到鄰近區域的---而導致重疊部分發生破壞，終塑變層因持續的噴丸而剝落。所以必須對噴丸的時間加以嚴格的控制。
4、噴丸對滲碳齒輪表層殘余應力的影響
關于噴丸使工件表面形成殘余應力的原因，根據al-obaid等人的觀點：當高速鋼丸撞擊到試樣表面，撞擊處產生塑性變形而殘余一壓坑，當越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時，則會在試樣表層產生一層均勻的塑變層，由于塑性變形層的體積膨脹會受到來自未塑性變形近鄰區域的---，因此整個塑變層受到一壓應力。
由于殘余壓應力及其分布對齒輪疲勞壽命有較大的影響，而噴丸強化工藝的優劣將直接影響殘余應力大小及其分布。因此準確測定受噴零件的表層殘余應力對于評價噴丸工藝的優劣是一個行之有效的手段。
5、噴丸對零件表面粗糙度的影響
強化噴丸會引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對于機器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在ra0.6～20mm范圍內。在不改變工藝參數的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的ra值愈大。生產實踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。
在生產實踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應從以下幾個方面著手：
提供較好的原始表面，ra值應在6.3mm以下；
選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力；
在大直徑鋼丸噴丸強化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強度值)覆蓋一次，可達到較好的表面粗糙度。
噴丸后的零件表面應輕微打磨，打磨時要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強化效果，又可---表面粗糙度。當然，這是一個多因素問題，不論采用什么方法，必須同時考慮其他因素的影響。
6 、工藝參數對噴丸效果的影響
對噴丸有影響的主要有以下幾個方面：
鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射距離、噴射時間、覆蓋率等。其中任何一個參數的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。
a、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對噴丸效果的影響
鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點是韌性較低，在噴丸過程中易于破碎、耗損量大，對破碎的鋼丸要及時分離，否則會影響受噴表面。但鑄鐵丸的優點是價格便宜、硬度高，可以使受噴表面產生較高的殘余壓應力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優點是不易破碎，對受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時，受噴表面的殘余壓應力低于鑄鐵丸。
刀具是現代切削加工中極其關鍵的根底部件，其功能直接影響加工功率和已加工零件的表面。即使對刀具刃口進行細心的磨削，刀具刃區的描摹依然會存在細微缺點，然后降低刀具的壽數和加工。刀具刃口鈍化能夠延常刀具使用壽數50%-400%。因此，近年來刀具鈍化技能越來越受到重視。
---學者關于刀具刃口鈍化展開了大量的研討。tugrul ozel選用切削軟件進行方真，研討了鈍化后的pcbn刀具切削鋁合金時的應力和切削力等的改變規則；p.i.varela等研討了不同的刃口形狀對切削后的剩余應力及已加工零件的表面的影響，驗證了刀具刃口鈍化能夠有用提高加工表面；賈秀杰等選用切削實驗探究了鈍化后的刀具在不同的切削參數下切削工件時，產生的切削力和被加工零件的表面隨切削參數改變而改變的規則；朱曉雯選用了7種不同的鈍化工藝對硬質合金刀具進行鈍化處理，其間包含立式旋轉鈍化法，并經過實驗探究了不同鈍化方式對硬質合金刀具壽數的影響。
刀具鈍化刃口尺度歸于微米級，通常選用鈍圓半徑表征刃口概括。實際上，刀具鈍化的刃口概括并非規則的圓弧，僅僅選用鈍圓半徑不---表征實際的鈍化概括。b.denkena等提出了任何切削刃的非對稱問題k-factor方法，選用從極點刀尖1和刀尖2的比率sa/sγ即k因子來表示，邊緣的扁平度經過參數△γ和φ的比值來表示，這種方法相對簡單且可視化；c. f. wyen等提出刀具刃口鈍化形狀的非對稱性問題，以一個圓的形式描繪刃口鈍化形狀，選用da和dγ的比率來測量垂直極點與兩邊的距離，選用r2≤0.9判定系數驗證。
目前通常選用k因子表示刀具鈍化非對稱刃口。當k=1時，刀具鈍化刃口為對稱刃口，即為鈍圓半徑。當k≠1時，刀具鈍化刃口為非對稱刃口。---關于刀具鈍化非對稱刃口機制的研討十分少c.e.h.ventura等選用研磨法對cbn刀具進行鈍化，經過實驗驗證了不同的k因子對刀具刃口磨損的影響程度不同，江蘇硬質合金非標刀具是什么樣的，選擇合適的k值以減少磨損；e.bassett等選用磨料刷法對刀具進行鈍化，研討了不同k因子的非對稱刃口對涂層wc-co刀具切削aisi1045的磨損和熱力散布的影響規則，經過實驗驗證了sα值影響刀具壽數，主要是后刀面磨損。因此，對刀具非對稱刃口鈍化的研討是---的。
本文選用刀具刃口鈍化進行正交實驗研討，對硬質合金刀具進行立式旋轉鈍化，經過對實驗成果進行數學回歸分析，研討了刀具鈍化非對稱刃口k因子隨不同鈍化參數的改變規則，為實現刀具鈍化刃口優化供給依據。
1 刀具刃口鈍化實驗
如圖1所示，在立式旋轉鈍化機上進行刀具鈍化處理。刀具裝夾在刀盤上，刀盤固定在主軸上，由碳化硅、棕剛玉以及核桃粉按照---配比組合成的分散固體磨粒裝在磨粒桶中。成組刀具在磨粒中實現公轉及自轉，單個刀具實現公轉及自轉，達到---鈍化的意圖。
刀具選用標準號為zx040的硬質合金立銑刀。刀具前角14°，后角15°，刃長25mm，直徑10mm，柄長75mm。
選用alicona光學三維刀具測量儀對鈍化后的刀具非對稱刃口進行檢測見圖2。刀具鈍化非對稱刃口檢測成果如圖3所示。
依據鈍化速度、鈍化時刻、磨粒配比和磨粒粒度規劃正交實驗。其間，磨粒由棕剛玉和碳化硅組成，磨粒配比為碳化硅與棕剛玉的比值。刀具鈍化正交實驗成果見表1。
圖1 刀具刃口鈍化機 圖2 光學三維刀具測量儀
圖3 刀具鈍化非對稱刃口檢測成果
表1 刀具鈍化正交實驗
實驗成果表明，不同的鈍化參數對刀具非對稱刃口的影響程度不同。鈍化時刻對刀具非對稱刃口k因子的影響蕞大，磨粒配比與主軸轉速次之，磨粒粒度對刀具非對稱刃口k因子的影響蕞小。
2 刀具鈍化非對稱刃口模型的樹立
選用數學回歸法樹立刀具非對稱刃口k因子的猜測模型，把刀具鈍化4個鈍化參數作為自變量，刀具鈍化非對稱刃口k因子為因變量。依據正交實驗成果進行數學回歸，獲得刀具鈍化非對稱刃口k因子的猜測模型。
y=1.352-0.00003651a-0.024b+0.000007221ad+0.004bd-0.002cd 1
式中，y為因子；a為主軸轉速(mm/min)；b為鈍化時刻(min)；c為磨粒粒度(目數)；d為磨粒配比。
為查驗數學回歸法構造的的刀具鈍化非對稱刃口k因子模型能否較好地體現各自變量與因變量之間的函數關系，選用f查驗法進行---性查驗，k因子模型的f法查驗，成果見表2。
查f散布表，當α=0.05 時，f=4，4=6.39，因為f比16.591>;6.39，從刀具鈍化非對稱刃口k因子模型的f查驗法的查驗成果可知，該猜測模型能夠較好地反映刀具鈍化非對稱刃口k因子與主軸轉速、鈍化時刻、磨粒粒度和磨粒配比之間的關系。
表2 刀具鈍化非對稱刃口k因子模型的方差分析表
小結
選用立式旋轉鈍化法進行刀具刃口鈍化實驗，經過正交實驗研討刀具鈍化非對稱刃口k因子隨鈍化參數的改變規則，對刀具鈍化非對稱刃口k因子的影響蕞大的是鈍化時刻，其次是磨粒配比與主軸轉速，磨粒粒度對刀具鈍化非對稱刃口k因子的影響蕞小。選用數學回歸方法樹立了刀具鈍化非對稱刃口k因子的猜測模型，選用方差分析驗證了該模型的正確性。
機械加工開展的總趨勢是高功率、---、高柔性和強化環境意識。在機械加工范疇，切磨削加工是運用廣泛的加工辦法。
---檢查『 刀具集創始的這個項目，給刀具人幫了大忙』
高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是---制造技能的重要共性關鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進出產功率和加工并降低成本。
高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進，其間刀具資料的前進起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進，切削力減小，切削溫度上升---，達到---值后上升逐步趨緩。
造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學功能、熱物理功能、抗粘結功能、化學穩定性氧化性、分散性、溶解度等和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。
根據這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，非標刀具，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以---刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現在的技能開展還沒有找到如此---功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。
因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時優先考慮刀具資料的耐性，精加工時優先考慮刀具資料的硬度。當然人們還期待著以切削速度進行加工而取得---的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關情況做如下簡單介紹。
鋁合金
01
1.1 易切削鋁合金
該資料在航空航天工業運用較多，適用的刀具有k10、k20、pcd，切削速度在2000～4000m/min，進給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達25°。
1.2 鑄鋁合金
鑄鋁合金根據其si含量的不同，選用的刀具也不同。
對si含量小于12%的鑄鋁合金可選用k10、si3n4刀具，當si含量大于12%時，可選用pkd人造金剛石、pcd聚晶金剛石及cvd金剛石涂層刀具。
關于si含量達16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用pcd或cvd金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進給量為0.125mm/r。
鑄 鐵
02
對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用si3n4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用cbn刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有---影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用cbn或si3n4，當以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損-，不宜運用cbn，而應選用淘瓷刀具。
如粘結相為金屬co，晶粒尺度平均為3?m，cbn含量大于90%～95%的bzn6000在v=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相為陶瓷aln+alb2、晶粒尺度平均為10?m、cbn含量為90%～95%的amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數也增加。
一般鋼
03
切削速度對鋼的表面有較大的影響，據研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min。現在，涂層硬質合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、cbn刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質合金可用切削液。用pvd涂層辦法出產的tin涂層刀具其耐磨功能比用cvd涂層法出產的涂層刀具要好，因為前者可---地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面。
金屬淘瓷刀具現在占市場份額較大，以tic-ni-mo為基體的金屬陶瓷化學穩定性好，但抗彎強度及導熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進給量、小切深的精加工：用ticn作為基體、結合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來，用tin來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達2～3mm。
高硬度鋼
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高硬度鋼hrc40～70的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、tic涂層硬質合金、pcbn等。金屬陶瓷可用基本成分為tic增加tin的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質合金大致相當，而導熱系數不到硬質合金的1/1o，并具有優異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。
別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速在200m/min左右的模具鋼skd加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達63hrc的工件資料，如進行工件淬火后再切削，實現“以切代磨”。切削淬火硬度達48～58hrc的45鋼時，切削速度可取150～18om/min，進給量在o.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，tic含量在20%～30%的al203-tic淘瓷刀具，江蘇硬質合金非標刀具厲害的有幾，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min時，pcbn是蕞佳刀具資料，cbn含量大于90%的pcbn刀具適合加工淬硬工具鋼如55hrc的h13工具鋼。
高溫鎳基合金
05
inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態剪切強度，熱分散系數較小，切削時易產生加工硬化，這將導致刀具切削區溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和cbn刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數，切削速度高于500m/min時，增加tic氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷si3n4也可用于inconel 718合金的加工。一般認為，sic晶須增強陶瓷加工inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進給量為o.1～0.18mm/z。---氧化硅呂sialon陶瓷耐性---，適合于切削過固溶處理的inconel71845hrc合金，江蘇硬質合金非標刀具有名的是，al203-sic晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。
鈦合金
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鈦合金強度、沖擊耐性大，硬度稍低于inconel 718，但其加工硬化十分-，故在切削加工時出現溫度高、刀具磨損-的現象。實驗得出，用直徑10mm的硬質合金k10兩刃螺旋銑刀螺旋角為30°高速銑削鈦合金，可達到滿意的刀具壽數，切削速度可---628m/min，每齒進給量可取o.06～0.12mm/z，連續高速車削鈦合金的切削速度不宜---200m/min。
復合資料
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航天用的---復合資料，以往用硬質合金和pcd，硬質合金的切削速度受到---，而在900℃以上高溫下pcd刀片與硬質合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現300m/min左右的高速切削。
高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發明---經濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料pcd與cbn、淘瓷刀具、ticn基硬質合金刀具金屬陶瓷和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進高速切削技能的開展和運用。
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