Nhiều bộ phận củabộ truyền động giảm tốc năng lượng mớiVàbánh răng ô tôDự án yêu cầu phun bi sau khi mài bánh răng, điều này sẽ làm giảm chất lượng bề mặt răng, thậm chí ảnh hưởng đến hiệu suất NVH của hệ thống. Bài báo này nghiên cứu độ nhám bề mặt răng của các điều kiện xử lý phun bi khác nhau và các chi tiết khác nhau trước và sau khi phun bi. Kết quả cho thấy phun bi sẽ làm tăng độ nhám bề mặt răng, bị ảnh hưởng bởi đặc điểm của các chi tiết, thông số quy trình phun bi và các yếu tố khác; Trong điều kiện quy trình sản xuất hàng loạt hiện tại, độ nhám bề mặt răng tối đa sau khi phun bi gấp 3,1 lần so với trước khi phun bi. Bài báo thảo luận về ảnh hưởng của độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH và đề xuất các biện pháp để cải thiện độ nhám sau khi phun bi.

Trên cơ sở những điều đã nêu trên, bài báo này sẽ thảo luận về ba khía cạnh sau:

Ảnh hưởng của các thông số quá trình phun bi lên độ nhám bề mặt răng;

Mức độ khuếch đại của quá trình phun bi lên độ nhám bề mặt răng dưới điều kiện quy trình sản xuất hàng loạt hiện tại;

Ảnh hưởng của việc tăng độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH và các biện pháp cải thiện độ nhám sau khi phun bi.

Phun bi là quá trình sử dụng nhiều viên bi nhỏ có độ cứng cao và tốc độ chuyển động nhanh để bắn vào bề mặt của các chi tiết. Dưới tác động tốc độ cao của viên bi, bề mặt chi tiết sẽ xuất hiện các vết lõm và biến dạng dẻo. Các cấu trúc xung quanh các vết lõm sẽ chống lại biến dạng này và tạo ra ứng suất nén dư. Sự chồng chéo của nhiều vết lõm sẽ tạo thành một lớp ứng suất nén dư đồng đều trên bề mặt chi tiết, từ đó cải thiện độ bền mỏi của chi tiết. Theo cách tạo tốc độ cao bằng cách bắn bi, phun bi thường được chia thành phun bi bằng khí nén và phun bi ly tâm, như thể hiện trong Hình 1.

Phun bi bằng khí nén sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng để phun bi từ súng; Phun bi ly tâm sử dụng động cơ để dẫn động cánh quạt quay với tốc độ cao để bắn bi. Các thông số quy trình chính của phun bi bao gồm cường độ bão hòa, độ phủ và tính chất của vật liệu phun bi (vật liệu, kích thước, hình dạng, độ cứng). Cường độ bão hòa là thông số đặc trưng cho cường độ phun bi, được biểu thị bằng chiều cao cung (tức là độ uốn cong của mẫu thử Almen sau khi phun bi); Tỷ lệ phủ đề cập đến tỷ lệ diện tích được bao phủ bởi các vết lõm sau khi phun bi so với tổng diện tích vùng được phun bi; Các vật liệu phun bi thường được sử dụng bao gồm bi cắt dây thép, bi thép đúc, bi gốm, bi thủy tinh, v.v. Kích thước, hình dạng và độ cứng của vật liệu phun bi có các cấp khác nhau. Các yêu cầu quy trình chung cho các bộ phận trục bánh răng truyền động được thể hiện trong Bảng 1.

Chi tiết thử nghiệm là bánh răng trục trung gian 1/6 của một dự án kết hợp. Cấu trúc bánh răng được thể hiện trong Hình 2. Sau khi mài, cấu trúc vi mô bề mặt răng đạt cấp 2, độ cứng bề mặt là 710HV30, và độ sâu lớp tôi cứng hiệu quả là 0,65mm, tất cả đều nằm trong yêu cầu kỹ thuật. Độ nhám bề mặt răng trước khi phun bi được thể hiện trong Bảng 3, và độ chính xác biên dạng răng được thể hiện trong Bảng 4. Có thể thấy rằng độ nhám bề mặt răng trước khi phun bi tốt, và đường cong biên dạng răng trơn tru.

Kế hoạch kiểm thử và các thông số kiểm thử

Trong thử nghiệm, người ta sử dụng máy phun bi khí nén. Do điều kiện thử nghiệm, không thể kiểm chứng ảnh hưởng của các đặc tính của môi trường phun bi (vật liệu, kích thước, độ cứng). Vì vậy, các đặc tính của môi trường phun bi được giữ không đổi trong thử nghiệm. Chỉ có ảnh hưởng của cường độ bão hòa và độ phủ lên độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi được kiểm chứng. Xem Bảng 2 để biết sơ đồ thử nghiệm. Quy trình xác định cụ thể các thông số thử nghiệm như sau: vẽ đường cong bão hòa (Hình 3) thông qua thử nghiệm mẫu Almen để xác định điểm bão hòa, từ đó cố định áp suất khí nén, lưu lượng bi thép, tốc độ di chuyển của vòi phun, khoảng cách từ vòi phun đến chi tiết và các thông số thiết bị khác.

kết quả kiểm tra

Dữ liệu về độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi được thể hiện trong Bảng 3, và độ chính xác của biên dạng răng được thể hiện trong Bảng 4. Có thể thấy rằng, dưới bốn điều kiện phun bi, độ nhám bề mặt răng tăng lên và đường cong biên dạng răng trở nên lồi lõm sau khi phun bi. Tỷ lệ giữa độ nhám sau khi phun và độ nhám trước khi phun được sử dụng để đặc trưng cho độ phóng đại độ nhám (Bảng 3). Có thể thấy rằng độ phóng đại độ nhám khác nhau dưới bốn điều kiện xử lý.

Theo dõi hàng loạt sự phóng đại độ nhám bề mặt răng bằng phương pháp bắn bi

Kết quả thử nghiệm trong Phần 3 cho thấy độ nhám bề mặt răng tăng lên ở các mức độ khác nhau sau khi phun bi với các quy trình khác nhau. Để hiểu đầy đủ hơn về sự khuếch đại của phun bi lên độ nhám bề mặt răng và tăng số lượng mẫu, 5 vật phẩm, 5 loại và tổng cộng 44 chi tiết đã được chọn để theo dõi độ nhám trước và sau khi phun bi trong điều kiện quy trình phun bi sản xuất hàng loạt. Xem Bảng 5 để biết thông tin về đặc tính vật lý và hóa học cũng như thông tin về quy trình phun bi của các chi tiết được theo dõi sau khi mài bánh răng. Dữ liệu về độ nhám và độ phóng đại của bề mặt răng trước và sau trước khi phun bi được thể hiện trong Hình 4. Hình 4 cho thấy phạm vi độ nhám bề mặt răng trước khi phun bi là Rz1,6 μm-Rz4,3 μm; Sau khi phun bi, độ nhám tăng lên, và phạm vi phân bố là Rz2,3 μm-Rz6,7 μm; Độ nhám tối đa có thể được khuếch đại lên 3,1 lần trước khi phun bi.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi

Từ nguyên lý phun bi, có thể thấy rằng độ cứng cao và tốc độ di chuyển nhanh của các viên bi tạo ra vô số vết lõm trên bề mặt chi tiết, đây là nguồn gốc của ứng suất nén dư. Đồng thời, những vết lõm này chắc chắn sẽ làm tăng độ nhám bề mặt. Đặc điểm của chi tiết trước khi phun bi và các thông số của quá trình phun bi sẽ ảnh hưởng đến độ nhám sau khi phun bi, như được liệt kê trong Bảng 6. Trong Phần 3 của bài báo này, dưới bốn điều kiện xử lý, độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi tăng lên ở các mức độ khác nhau. Trong thử nghiệm này, có hai biến số, đó là độ nhám trước khi phun và các thông số xử lý (cường độ bão hòa hoặc độ phủ), không thể xác định chính xác mối quan hệ giữa độ nhám sau khi phun bi và từng yếu tố ảnh hưởng riêng lẻ. Hiện nay, nhiều học giả đã nghiên cứu về vấn đề này và đưa ra mô hình dự đoán lý thuyết về độ nhám bề mặt sau khi phun bi dựa trên mô phỏng phần tử hữu hạn, được sử dụng để dự đoán các giá trị độ nhám tương ứng của các quá trình phun bi khác nhau.

Dựa trên kinh nghiệm thực tế và nghiên cứu của các học giả khác, có thể suy đoán các phương thức ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau như thể hiện trong Bảng 6. Có thể thấy rằng độ nhám sau khi phun bi chịu ảnh hưởng tổng hợp bởi nhiều yếu tố, đây cũng là những yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng suất nén dư. Để giảm độ nhám sau khi phun bi trên cơ sở đảm bảo ứng suất nén dư, cần tiến hành nhiều thử nghiệm quy trình để liên tục tối ưu hóa sự kết hợp các thông số.

Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH của hệ thống

Các chi tiết bánh răng nằm trong hệ thống truyền động động lực, và độ nhám bề mặt răng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất NVH (tiếng ồn, rung động và độ khắc nghiệt) của chúng. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, dưới cùng một tải trọng và tốc độ, độ nhám bề mặt càng lớn thì độ rung và tiếng ồn của hệ thống càng lớn; khi tải trọng và tốc độ tăng lên, độ rung và tiếng ồn tăng lên rõ rệt hơn.

Trong những năm gần đây, các dự án về hộp giảm tốc năng lượng mới đã tăng nhanh chóng, cho thấy xu hướng phát triển tốc độ cao và mô-men xoắn lớn. Hiện tại, mô-men xoắn cực đại của hộp giảm tốc năng lượng mới của chúng tôi là 354 N·m, và tốc độ cực đại là 16000 vòng/phút, dự kiến ​​sẽ được nâng lên hơn 20000 vòng/phút trong tương lai. Trong điều kiện làm việc như vậy, cần phải xem xét ảnh hưởng của việc tăng độ nhám bề mặt răng đến hiệu suất NVH (tiếng ồn, độ rung và độ xóc) của hệ thống.

Các biện pháp cải thiện độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi.

Quá trình phun bi sau khi mài bánh răng có thể cải thiện độ bền mỏi tiếp xúc của bề mặt răng và độ bền mỏi uốn của chân răng. Nếu quá trình này bắt buộc phải sử dụng vì lý do độ bền trong quá trình thiết kế bánh răng, để xem xét đến hiệu suất NVH của hệ thống, độ nhám của bề mặt răng sau khi phun bi có thể được cải thiện từ các khía cạnh sau:

a. Tối ưu hóa các thông số của quy trình phun bi, và kiểm soát sự gia tăng độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi trên cơ sở đảm bảo ứng suất nén dư. Điều này đòi hỏi nhiều thử nghiệm quy trình, và tính linh hoạt của quy trình không cao.

b. Quy trình bắn bi hỗn hợp được áp dụng, nghĩa là sau khi hoàn thành quá trình bắn bi cường độ bình thường, một quá trình bắn bi khác được thêm vào. Cường độ tăng thêm của quá trình bắn bi thường nhỏ. Loại và kích thước vật liệu bi có thể được điều chỉnh, chẳng hạn như bi gốm, bi thủy tinh hoặc bi thép cắt nhỏ.

c. Sau quá trình phun bi, các công đoạn như đánh bóng bề mặt răng và mài tự do được thêm vào.

Bài báo này nghiên cứu độ nhám bề mặt răng của các điều kiện xử lý bắn bi khác nhau và các chi tiết khác nhau trước và sau khi bắn bi, và dựa trên các tài liệu tham khảo, các kết luận sau đây được rút ra:

◆ Phun bi sẽ làm tăng độ nhám bề mặt răng, điều này bị ảnh hưởng bởi đặc tính của các chi tiết trước khi phun bi, các thông số của quá trình phun bi và các yếu tố khác, và những yếu tố này cũng là các yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng suất nén dư;

◆ Trong điều kiện quy trình sản xuất hàng loạt hiện tại, độ nhám bề mặt răng tối đa sau khi phun bi gấp 3,1 lần so với trước khi phun bi;

◆ Việc tăng độ nhám bề mặt răng sẽ làm tăng độ rung và tiếng ồn của hệ thống. Mô-men xoắn và tốc độ càng lớn, sự gia tăng độ rung và tiếng ồn càng rõ rệt;

◆ Độ nhám bề mặt răng sau khi phun bi có thể được cải thiện bằng cách tối ưu hóa các thông số quy trình phun bi, phun bi hỗn hợp, thêm bước đánh bóng hoặc mài tự do sau khi phun bi, v.v. Việc tối ưu hóa các thông số quy trình phun bi dự kiến ​​sẽ kiểm soát được sự gia tăng độ nhám khoảng 1,5 lần.