一种18CrNiMo7-6钢渗碳件喷丸工艺的制作方法

本发明涉及喷丸处理技术领域，具体领域为一种18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺。

背景技术：

喷丸工艺是利用高速喷射出的弹丸对工件表面进行撞击，以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。在弹丸高速撞击零件表面时，会使表面产生塑性变形，这一变形将延伸到材料表层，在表层下产生一个压应力，从而抵消零件制造时产生的不良拉应力。该残余压应力延缓了零件疲劳断裂的形成，从而延长了零件的安全使用寿命。

目前，喷丸已逐渐成为齿轮制造的必需工艺，对于喷丸对齿轮残余应力的影响，国内已有很多组织在研究，也可获取到很多相关试验数据。但是对于实际齿轮产品制造而言，由于材料、热处理、机械加工制造的差异，完全照搬其他厂家的方法是不现实的，也是不可行的。

因此，喷丸对残余应力的具体影响需要摸索，形成适合于实际产品的喷丸工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，以解决现有技术中缺少一种针对18crnimo7-6钢渗碳件有效的喷丸工艺的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，所述18crnimo7-6钢渗碳件为直径大于1000mm的风电齿轮件；工艺参数包括：送丸量为10kg/min，喷丸压力为0.42mpa，转速为2.4～10rpm，上下行走速度为38mm/min，往复次数为1-2次，喷丸时间为11～34.4min。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸采用硬度58-63hrc的钢丝切丸，直径为0.7mm，g2。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸时，喷丸机采用处于同一水平面、间隔均匀、呈扇形分布的4个喷嘴；其中，位于左侧的2个喷嘴相互平行，且与中央2个喷嘴之间中线的夹角为锐角；位于右侧的2个喷嘴相互平行，且与中央2个喷嘴之间中线的夹角为锐角。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，齿部分度圆的线速度为7.5m/min。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷嘴直径为7.9mm。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸机的喷嘴材质为碳化硼；数控机械臂x轴：行程1200mm，定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤0.1mm，0～3000mm/min；z轴：行程1200mm，定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤0.1mm，0～3000mm/min。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸机采用双层连续喷丸发生器，上罐直径500mm，容积0.06m³；下罐直径600mm，容积0.16m³。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸机的丸料分离的一级分离采用旋风分离器，二次分离采用振动筛网分离器。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸机的压缩空气工作压力≤0.1～0.7mpa，流量20m³/min。

本发明所述的18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，喷丸机的丸料回收采用蜂窝地板气力输送回收，回收效率为3600kg/h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明的喷丸工艺，钢渗碳件的表面残余压力达到500mpa及以上的要求，次表面以及应力深度均满足要求。

附图说明

图1为本发明工艺采用的钢丸宏观形貌；

图2为本发明工艺的喷嘴形貌；

图3为本发明工艺的喷丸时的照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：

一种18crnimo7-6钢渗碳件喷丸工艺，其中，18crnimo7-6钢渗碳件为直径大于1000mm的风电齿轮件；喷丸工艺参数包括：送丸量、喷丸压力、转速、上下行走速度、往复次数和喷丸时间。

当前两个参数确定后，喷丸强度及覆盖率由喷丸时间决定，喷丸时间由上下行走速度及往复次数决定。喷丸强度由丸粒、速度、压力等决定，塑性变形的程度以及覆盖率主要由喷丸时间决定，覆盖率相对重要于喷丸强度。通过大量实验摸索，找到了最佳喷丸工艺参数组合，如表1中例举部分参数组合，最终实现了最佳的残余压应力分布以及覆盖率要求。

表1风电齿轮件喷丸工艺固化参数

喷丸采用硬度58-63hrc的钢丝切丸，直径为0.7mm，g2。

喷丸时，喷丸机采用处于同一水平面、间隔均匀、呈扇形分布的4个喷嘴；其中，位于左侧的2个喷嘴相互平行，且与中央2个喷嘴之间中线的夹角为锐角；位于右侧的2个喷嘴相互平行，且与中央2个喷嘴之间中线的夹角为锐角。

齿部分度圆的线速度为7.5m/min。喷嘴直径为7.9mm。

本发明采用的喷丸机的主要技术参数如下：

(1)工艺要求：弧高值a试片：0.4～0.6mma，表面覆盖率：≥200％；

(2)喷丸室：内部尺寸(净空)：3000mm(长)×3000mm(宽)×3200mm(高)；

(3)数控旋转工作台：大转台直径900mm；框架转台直径2000mm；承重≥5000kg；旋转速度1～10rpm；

(4)喷嘴材质：碳化硼；

(5)数控机械臂：x轴：行程1200mm，定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤0.1mm，0～3000mm/min；z轴：行程1200mm，定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤0.1mm，0～3000mm/min；

(6)弹丸发生器：1套，kxdp-0419双层连续喷丸发生器，上罐直径500mm，容积0.06m³；下罐直径600mm，容积0.16m³。

(7)数控丸料阀：数量4只，magna-valve数控丸料阀，丸料流量范围：1～15kg/min；控制精度：≤±5％；

(8)数控压力阀：itv数控压力阀；控制范围0.1～0.7mpa；控制精度：≤±2％；

(9)丸料回收：蜂窝地板气力输送回收，回收效率约为3600kg/h；

(10)丸料分离：一级分离：旋风分离器(丸尘分离)；二次分离：振动筛网分离器(尺寸分离)；

(11)除尘机构：12滤芯自动脉冲反冲除尘器，除尘风量约为6000m³/h；除尘效率：0.1～0.5μm的粉尘粒子收集效率大于99.99％；

(12)压缩空气工作需求：工作压力≤0.1～0.7mpa，流量20m³/min，含油量小于1ppm，含水量：压力露点小于3℃。

(13)机器功率：总功率约18kw；

(14)电源要求：380v±10％，50hz±1hz；

(15)环保性能：噪音≤80db(a)；排放≤1mg/m³；

(16)工作环境：温度-5℃～45℃；湿度≤80％。

实施例

喷丸工艺参数如表2所示。

表2工艺参数(齿轮直径1000mm)

对喷丸后的产品进行性能检测。

检测条件：proto-lxrd型x射线应力分析仪，管电压30kv，管电流25ma，cr靶k。辐射，v滤波片，准直管直径1mm，fe(211)衍射晶面，x射线弹性常数s2/2＝5.75×10^-6mpa^-1及sl＝-1.28×10^-6mpa^-1，左右双512通道位敏探测器，对应2θ范围19°，角在±45°内优化设置17站，同倾衍射几何，检测执行astm-e915-2010、en15305-2008及gb7704-2008标准。借助proto-8818型电解抛光机电化学腐蚀，参数15v及2a，饱和nacl水电解液，数字显千分尺测量腐蚀深度。

残余压力检测结果如表3所示。其中，负值应力代表压应力。

表3

结论：表面达到500mpa及以上要求，次表面以及应力深度均满足要求。

同时，还进行了以下对比例实验。

对比例1

喷丸工艺参数如表4所示。

表4工艺参数(齿轮直径1000mm)

对喷丸后的产品进行性能检测。

检测条件：proto-lxrd型x射线应力分析仪，管电压30kv，管电流25ma，cr靶k。辐射，v滤波片，准直管直径0.5mm，fe(211)衍射晶面，x射线弹性常数s2/2＝5.92×10^-6mpa^-1及sl＝-1.28×10^-6mpa^-1，左右双512通道位敏探测器，对应2θ范围19°，角在±45°内优化设置17站，同倾衍射几何，检测执行astm-e915-2010、en15305-2008及gb7704-2008标准。借助proto-8818型电解抛光机电化学腐蚀，参数15v及2a，饱和nacl水电解液，数字显千分尺测量腐蚀深度。

检测结果如表5所示。其中，负值应力代表压应力。

表5

结论：表面未达500mpa及以上要求，次表面以及应力深度均满足要求。

对比例2

采用复合喷丸工艺，第一次采用高压力喷丸，获得深压应力层以及高的次表面压应力，第二次采用低压力喷丸，获得表面高的压应力。

表6工艺参数(齿轮直径1000mm)第一次高压力喷丸

表7工艺参数(齿轮直径1000mm)第二次低压力喷丸

对喷丸后的产品进行性能检测。

检测条件：proto-lxrd型x射线应力分析仪，管电压30kv，管电流25ma，cr靶k。辐射，v滤波片，准直管直径0.5mm，fe(211)衍射晶面，x射线弹性常数s2/2＝5.92×10^-6mpa^-1及sl＝-1.28×10^-6mpa^-1，左右双512通道位敏探测器，对应2θ范围19°，角在±45°内优化设置17站，同倾衍射几何，检测执行astm-e915-2010、en15305-2008及gb7704-2008标准。借助proto-8818型电解抛光机电化学腐蚀，参数15v及2a，饱和nacl水电解液，数字显千分尺测量腐蚀深度。

检测结果如表8所示。其中，负值应力代表压应力。

表8

结论：表面达到500mpa及以上要求，次表面以及应力深度均满足要求；与实施例的试验对比，表面残余压应力降低30-40mpa，次表面最大压应力增加20-40mpa，但复合喷丸工艺的缺点在于喷丸时间增加1倍，综合比较，实施例的试验参数可以满足风电齿轮技术要求且工作效率相对较高。

本发明工艺的喷丸试验参数分析：

喷丸轨迹线，齿部分度圆的线速度太慢则效率低，太快则丸粒不停留强化效果差，所以限定在7m左右/min。例如：上下行走40mm/min，喷嘴8mm，3rpm则40mm宽产生3圈喷丸线，3*8＝24mm，小于40mm；若5rpm，则40mm宽产生5圈喷丸线，5*8＝40mm，等于40mm；若10rpm，则40mm宽产生10圈喷丸线，10*8＝80mm，大于40mm。由于移动的线速度都在7m/min左右，大型件rpm小，小型件rpm大，所以大型件喷丸线不密集，需要2次往复喷丸，小型件密集，1次往复喷丸即可。实质上按照表面积计算即可，例如300mm齿宽，直径200mm轴，喷丸时间为15min，表面积为0.188平方米，300mm齿宽，直径1000mm齿轮，喷丸时间为75min，表面积为0.940平方米，但直径1000mm齿轮实际喷丸时间按照上下行走速度40mm/min，往复2次，实际为30分钟左右。

若按照喷丸线无间隙，完全覆盖作为100％覆盖率标准，则往复一次等于200％覆盖率。300mm齿宽，直径200mm轴，10rpm，上下行走40mm/min，则40mm宽产生10圈喷丸线，10*8＝80mm，实质已在一个区域实现2次喷丸(若此时按照200％计算)，一个齿轮行程需要7.5分钟，对应与300mm齿宽，直径1000mm齿轮，上下行走40mm/min，喷嘴8mm，2.4rpm则40mm宽产生2.4圈喷丸线，2.4*8＝20mm，相当于实现50％覆盖率，往复1次时间为15分钟，此时实现100％覆盖率，往复2次为30分钟，此时实现200％覆盖率。

线速度7.5m/min，喷头7.9mm，4个喷嘴形成扇形同时喷丸，若一次丸粒着落可实现100％覆盖，则1min实现100％覆盖率的喷丸面积为7.5*0.008＝0.06平方米，则1平方米实现100％覆盖率的喷丸时间为15分钟左右，1平方米实现200％覆盖率的喷丸时间为30分钟左右；若定义1min的喷丸面积7.5*0.008＝0.06平方米实现的为50％覆盖率，则1平方米实现200％覆盖率的喷丸时间为60分钟左右。

往复次数与rpm有关，上下行走/喷嘴直径＝5，则rpm＝5时，可喷丸线实现一次无间隙全覆盖。rpm大于5，理论上1次往复可以实现200％覆盖率；rpm小于5，理论上,2次往复可以实现200％覆盖率，即rpm*往复次数≥5，即可满足200％覆盖率；(rpm*往复次数)/x＝k倍200％覆盖率。x＝上下行走/喷嘴直径。线速度定死后，喷丸螺旋线的密集程度与上下行走程度以及往复次数有关，上下行走速度，单行程喷丸螺旋线越密集，往复次数越多，喷丸螺旋线越密集。当齿宽长度定死后，上下行走速度快则往复次数需要多，上下行走速度慢则往复次数少，上下行走速度过慢则单行程喷丸即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。