Molte parti dii nuovi ingranaggi riduttori di energiaEingranaggi automobilisticiIl progetto richiede la pallinatura dopo la rettifica degli ingranaggi, che deteriora la qualità della superficie del dente e influisce persino sulle prestazioni NVH del sistema. Questo articolo analizza la rugosità superficiale del dente in diverse condizioni del processo di pallinatura e in diversi componenti prima e dopo la pallinatura. I risultati mostrano che la pallinatura aumenta la rugosità superficiale del dente, che è influenzata dalle caratteristiche dei componenti, dai parametri del processo di pallinatura e da altri fattori. Nelle attuali condizioni del processo di produzione in lotti, la rugosità superficiale massima del dente dopo la pallinatura è 3,1 volte superiore rispetto a quella prima della pallinatura. Viene discussa l'influenza della rugosità superficiale del dente sulle prestazioni NVH e vengono proposte misure per migliorare la rugosità dopo la pallinatura.

Alla luce di quanto precede, il presente documento analizza i tre aspetti seguenti:

Influenza dei parametri del processo di pallinatura sulla rugosità della superficie del dente;

Il grado di amplificazione della pallinatura sulla rugosità della superficie del dente nelle condizioni del processo di produzione in lotti esistente;

Impatto dell'aumento della rugosità superficiale dei denti sulle prestazioni NVH e misure per migliorare la rugosità dopo la pallinatura.

La pallinatura si riferisce al processo in cui numerosi piccoli proiettili ad elevata durezza e movimento ad alta velocità colpiscono la superficie di componenti. Sotto l'impatto ad alta velocità del proiettile, la superficie del componente produrrà delle cavità e si verificherà una deformazione plastica. Le strutture attorno alle cavità resisteranno a questa deformazione e genereranno tensioni di compressione residue. La sovrapposizione di numerose cavità formerà uno strato uniforme di tensioni di compressione residue sulla superficie del componente, migliorandone così la resistenza a fatica. A seconda del metodo utilizzato per ottenere l'alta velocità tramite pallinatura, la pallinatura è generalmente suddivisa in pallinatura ad aria compressa e pallinatura centrifuga, come mostrato in Figura 1.

La pallinatura ad aria compressa utilizza l'aria compressa come energia per spruzzare i grani dalla pistola; la pallinatura centrifuga utilizza un motore per azionare la girante che ruota ad alta velocità per espellere i grani. I parametri chiave del processo di pallinatura includono la resistenza alla saturazione, la copertura e le proprietà del mezzo di pallinatura (materiale, dimensioni, forma, durezza). La resistenza alla saturazione è un parametro che caratterizza la resistenza alla pallinatura, ed è espressa dall'altezza dell'arco (ovvero il grado di flessione del provino Almen dopo la pallinatura); il grado di copertura si riferisce al rapporto tra l'area coperta dal cratere dopo la pallinatura e l'area totale dell'area pallinata; i mezzi di pallinatura comunemente utilizzati includono graniglia da taglio in filo d'acciaio, graniglia di acciaio fuso, graniglia di ceramica, graniglia di vetro, ecc. Le dimensioni, la forma e la durezza dei mezzi di pallinatura sono di diversi gradi. I requisiti generali di processo per i componenti degli alberi di trasmissione sono riportati nella Tabella 1.

Il componente sottoposto a prova è l'ingranaggio dell'albero intermedio 1/6 di un progetto ibrido. La struttura dell'ingranaggio è mostrata in Figura 2. Dopo la rettifica, la microstruttura della superficie del dente è di Grado 2, la durezza superficiale è 710HV30 e la profondità effettiva dello strato di tempra è di 0,65 mm, il tutto nel rispetto dei requisiti tecnici. La rugosità della superficie del dente prima della pallinatura è mostrata nella Tabella 3, mentre la precisione del profilo del dente è mostrata nella Tabella 4. Si può osservare che la rugosità della superficie del dente prima della pallinatura è buona e la curva del profilo del dente è liscia.

Piano di test e parametri di test

Nella prova viene utilizzata una pallinatura ad aria compressa. A causa delle condizioni di prova, è impossibile verificare l'impatto delle proprietà del mezzo di pallinatura (materiale, dimensioni, durezza). Pertanto, le proprietà del mezzo di pallinatura rimangono costanti durante la prova. Viene verificato solo l'impatto della resistenza alla saturazione e del grado di copertura sulla rugosità superficiale del dente dopo la pallinatura. Si veda la Tabella 2 per lo schema della prova. Il processo specifico per la determinazione dei parametri di prova è il seguente: tracciare la curva di saturazione (Figura 3) tramite il test del coupon di Almen per determinare il punto di saturazione, in modo da bloccare la pressione dell'aria compressa, la portata della graniglia di acciaio, la velocità di movimento dell'ugello, la distanza dell'ugello dai pezzi e altri parametri dell'attrezzatura.

risultato del test

I dati sulla rugosità superficiale del dente dopo la pallinatura sono riportati nella Tabella 3, mentre la precisione del profilo del dente è riportata nella Tabella 4. Si può osservare che, nelle quattro condizioni di pallinatura, la rugosità superficiale del dente aumenta e la curva del profilo del dente diventa concava e convessa dopo la pallinatura. Il rapporto tra la rugosità dopo la spruzzatura e la rugosità prima della spruzzatura viene utilizzato per caratterizzare l'ingrandimento della rugosità (Tabella 3). Si può osservare che l'ingrandimento della rugosità varia nelle quattro condizioni di processo.

Monitoraggio in batch dell'ingrandimento della rugosità superficiale del dente mediante pallinatura

I risultati dei test nella Sezione 3 mostrano che la rugosità superficiale del dente aumenta in misura variabile dopo la pallinatura con diversi processi. Per comprendere appieno l'amplificazione della pallinatura sulla rugosità superficiale del dente e aumentare il numero di campioni, sono stati selezionati 5 articoli, 5 tipologie e 44 parti in totale, per monitorare la rugosità prima e dopo la pallinatura nelle condizioni del processo di pallinatura per produzione in serie. Si veda la Tabella 5 per le informazioni fisiche e chimiche e le informazioni sul processo di pallinatura delle parti monitorate dopo la rettifica degli ingranaggi. I dati di rugosità e ingrandimento delle superfici anteriori e posteriori del dente prima della pallinatura sono mostrati in Figura 4. La Figura 4 mostra che l'intervallo di rugosità superficiale del dente prima della pallinatura è Rz1,6 μm-Rz4,3 μm; Dopo la pallinatura, la rugosità aumenta e l'intervallo di distribuzione è Rz2,3 μm-Rz6,7 μm; La rugosità massima può essere amplificata fino a 3,1 volte prima della pallinatura.

Fattori che influenzano la rugosità della superficie del dente dopo la pallinatura

Dal principio della pallinatura si evince che l'elevata durezza e l'elevata velocità di movimento della pallina lasciano innumerevoli cavità sulla superficie del pezzo, che sono la fonte di stress da compressione residuo. Allo stesso tempo, queste cavità aumentano la rugosità superficiale. Le caratteristiche dei pezzi prima della pallinatura e i parametri del processo di pallinatura influenzeranno la rugosità dopo la pallinatura, come elencato nella Tabella 6. Nella Sezione 3 di questo articolo, nelle quattro condizioni di processo, la rugosità superficiale del dente dopo la pallinatura aumenta in misura diversa. In questo test, ci sono due variabili, ovvero la rugosità pre-pallinatura e i parametri di processo (resistenza alla saturazione o copertura), che non possono determinare con precisione la relazione tra la rugosità post-pallinatura e ciascun singolo fattore influenzante. Attualmente, molti studiosi hanno condotto ricerche su questo argomento e hanno proposto un modello teorico di previsione della rugosità superficiale dopo la pallinatura basato sulla simulazione agli elementi finiti, che viene utilizzato per prevedere i corrispondenti valori di rugosità di diversi processi di pallinatura.

Sulla base dell'esperienza concreta e delle ricerche di altri studiosi, è possibile ipotizzare le modalità di influenza di vari fattori, come mostrato nella Tabella 6. Si può osservare che la rugosità dopo la pallinatura è ampiamente influenzata da numerosi fattori, che sono anche i fattori chiave che influenzano la tensione di compressione residua. Al fine di ridurre la rugosità dopo la pallinatura e garantire la tensione di compressione residua, è necessario condurre un gran numero di test di processo per ottimizzare costantemente la combinazione dei parametri.

Influenza della rugosità superficiale del dente sulle prestazioni NVH del sistema

I componenti degli ingranaggi fanno parte del sistema di trasmissione dinamica e la rugosità superficiale dei denti influisce sulle prestazioni NVH. I risultati sperimentali mostrano che, a parità di carico e velocità, maggiore è la rugosità superficiale, maggiori sono le vibrazioni e la rumorosità del sistema; all'aumentare del carico e della velocità, vibrazioni e rumorosità aumentano in modo più evidente.

Negli ultimi anni, i progetti di nuovi riduttori di energia sono aumentati rapidamente, evidenziando la tendenza di sviluppo verso alte velocità e coppie elevate. Attualmente, la coppia massima del nostro nuovo riduttore di energia è di 354 N·m e la velocità massima è di 16.000 giri/min, che in futuro verrà aumentata a oltre 20.000 giri/min. In tali condizioni di lavoro, è necessario considerare l'influenza dell'aumento della rugosità superficiale dei denti sulle prestazioni NVH del sistema.

Misure di miglioramento della rugosità della superficie dei denti dopo la pallinatura

Il processo di pallinatura dopo la rettifica degli ingranaggi può migliorare la resistenza alla fatica da contatto della superficie del dente e la resistenza alla fatica da flessione del piede del dente. Se questo processo deve essere utilizzato per motivi di resistenza nella progettazione degli ingranaggi, al fine di tenere conto delle prestazioni NVH del sistema, la rugosità della superficie del dente dell'ingranaggio dopo la pallinatura può essere migliorata nei seguenti modi:

a. Ottimizzare i parametri del processo di pallinatura e controllare l'amplificazione della rugosità superficiale del dente dopo la pallinatura, assicurando la presenza di sollecitazioni di compressione residue. Ciò richiede numerosi test di processo e la versatilità del processo non è elevata.

b. Viene adottato il processo di pallinatura composita, ovvero, dopo aver completato la pallinatura a resistenza normale, viene aggiunta un'altra pallinatura. L'aumento di resistenza del processo di pallinatura è solitamente limitato. Il tipo e le dimensioni dei materiali della pallinatura possono essere regolati, ad esempio pallini ceramici, pallini di vetro o pallini tagliati in filo d'acciaio di dimensioni inferiori.

c. Dopo la pallinatura vengono aggiunti processi quali la lucidatura della superficie del dente e la levigatura libera.

In questo articolo viene studiata la rugosità della superficie dei denti in diverse condizioni del processo di pallinatura e in diverse parti prima e dopo la pallinatura, e vengono tratte le seguenti conclusioni basate sulla letteratura:

◆ La pallinatura aumenta la rugosità della superficie del dente, che è influenzata dalle caratteristiche delle parti prima della pallinatura, dai parametri del processo di pallinatura e da altri fattori; questi fattori sono anche i fattori chiave che influenzano lo stress compressivo residuo;

◆ Nelle condizioni del processo di produzione in lotti esistente, la rugosità massima della superficie del dente dopo la pallinatura è 3,1 volte superiore a quella prima della pallinatura;

◆ L'aumento della rugosità superficiale dei denti aumenterà le vibrazioni e la rumorosità del sistema. Maggiore è la coppia e la velocità, più evidente sarà l'aumento delle vibrazioni e della rumorosità;

◆ La rugosità della superficie del dente dopo la pallinatura può essere migliorata ottimizzando i parametri del processo di pallinatura, la pallinatura composita, aggiungendo lucidatura o levigatura libera dopo la pallinatura, ecc. Si prevede che l'ottimizzazione dei parametri del processo di pallinatura controlli l'amplificazione della rugosità a circa 1,5 volte.