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喷丸强化新工艺研究及应用项目说明书

一、成果来源与背景

1.1项目背景

表面强化技术是一种重要的工艺方法，它通过高速、连续地喷射弹丸至零件表面，从而在零部件表层产生残余压应力。这种残余压应力对材料的性能提升显著，能够有效阻止材料中裂纹的形成和扩展，进而增强材料的疲劳强度和延长使用寿命。此外，强化过程中产生的应变还能促进残余奥氏体向马氏体转变，显著提高材料的表面硬度。

目前，喷丸强化工艺已被众多知名企业如沃尔沃、大众、美桥、中航传动、吉利、长城等广泛应用于其先进产品中。

1.2成果来源

本项目基于对当前喷丸强化工艺应用现状的调研，结合我公司变速箱关键零部件齿轮的生产需求，开展了系统的喷丸工艺研究。通过大量的试验摸索、工艺参数验证和仿真模拟分析，形成了一套优化的喷丸工艺参数体系和质量控制规范，并实现了批量推广应用。

二、成果主要内容、适用范围及实施要点

2.1成果主要内容

2.1.1研究了喷丸工艺参数与零件残余压应力分布、粗糙度、覆盖率的关系

（1）强喷压力与零件残余压应力分布的关系

A、在近表层（0.026-0.054mm处），强喷压力的大小对残余应力的影响不大。

B、在次表层（＞0.054mm），随着强喷压力的增大，残余应力最大值相应增大，且影响深度更深。

C、强喷压力0.4MPa与0.6MPa相比，同一深度处残余应力值比较接近。

图2.1不同强喷压力对零件残余应力分布的影响

（2）强喷压力与零件表面粗糙度的关系

A、喷丸压力的增大，会使齿面的粗糙度变差。B、喷丸压力的增大，会使齿面的粗糙度变差。

图2.2不同喷丸压力对零件表面粗糙度的影响

（3）强喷流量对齿根残余应力的影响

A、在近表层（0.0261-0.054mm)区域，随着喷丸流量的增大，残余应力增大。且在层深＜0.11mm范围内，流量为4kg/min的零件残余应力最小。

B、层深＞0.11mm时，流量为12kg/min零件残余应力下降较快。

C、3种流量参数加工零件残余应力相比较，流量为8kg/min的方案最优。其在层深≤0.054mm范围内，残余应力达到-1100MPa以上；在层深大于0.054mm时，均处于最大值。

图2.3强喷流量对齿根残余应力的影响

（4）强喷流量对齿面粗糙度的影响

A、随着强喷流量的增大，粗糙度变差程度有缩小的趋势。

图2.4强喷流量对齿面粗糙度的影响

（5）强喷流量对零件表面覆盖率的影响

A、随着强喷流量的增加，零件表面覆盖率随之增加。

图2.5强喷流量对零件表面覆盖率的影响

（6）入射角度对零件齿面残余应力的影响

A、丸粒入射方向与零件表面的夹角从0-90°递增时，齿面残余应力影响深度也逐渐增加。

图2.6入射角度调整对齿面残余应力的影响

（7）单次喷丸与复合喷丸对齿根残余应力的影响

A、复合喷丸的最大效果是可明显增大近表面的残余应力值。

图2.7复合喷丸与单次喷丸对齿根残余应力的影响

（8）热处理回火温度对喷丸零件齿面粗糙度的影响

通过跟踪在正常回火（185℃)和低温回火（150℃)处理后的样件1和样件2两种零件得出，在强喷处理后，低温回火零件的齿面粗糙度变差程度明显优于正常回火零件。

图2.8回火温度对喷丸零件表面粗糙度的影响

2.1.2研究强化喷丸过程仿真与工艺参数优化

我公司与国内知名高校紧密合作，共同致力于喷丸过程仿真与工艺参数优化的研发工作。在双方的通力合作下，我们已经成功开发了一款高效的喷丸过程仿真软件。

为确保仿真软件的准确性和实用性，我们采用了大量真实的喷丸过程实测数据对软件进行了深入的训练和优化。经过严格的数据分析和模拟测试，该仿真软件在模拟喷丸过程时，所呈现出的参数有效性、合理性和可操作性均达到了显著水平。

具体而言，仿真软件能够精确地模拟喷丸过程中的各项关键参数，如喷丸速度、喷丸角度、喷丸强度等，并通过直观的可视化界面呈现给用户。同时，软件还具备灵活的操作性，用户可以根据实际需求对仿真参数进行调整和优化，以实现最佳的喷丸效果。

此次合作不仅提升了我公司在喷丸技术领域的研究水平，也为行业内的技术发展和创新注入了新的活力。未来，我们将继续深化与高校的合作，不断推动喷丸技术的创新与进步。

图2.9仿真软件界面图2.10仿真过程人机交互界面

2.1.3研究抛、喷丸强化与零件疲劳寿命的关系

（1）研究了零件抛丸强化与喷丸强化后对弯曲疲劳寿命的影响，通过300万次弯曲疲劳寿命检测时，抛丸零件可承受的加载力在26-27KN之间；喷丸零件可承受的加载力在29-30KN之间。研究发现强喷后零件同等疲