Muchas partes deLos nuevos reductores de energíayengranajes automotricesEl proyecto requiere granallado después del rectificado de engranajes, lo que deteriora la calidad de la superficie del diente e incluso afecta el rendimiento NVH del sistema. Este artículo estudia la rugosidad de la superficie del diente en diferentes condiciones del proceso de granallado y en diferentes piezas antes y después del granallado. Los resultados muestran que el granallado aumenta la rugosidad de la superficie del diente, la cual se ve afectada por las características de las piezas, los parámetros del proceso y otros factores. En las condiciones actuales del proceso de producción por lotes, la rugosidad máxima de la superficie del diente después del granallado es 3,1 veces mayor que antes del granallado. Se analiza la influencia de la rugosidad de la superficie del diente en el rendimiento NVH y se proponen medidas para mejorarla después del granallado.

Bajo los antecedentes anteriores, el presente trabajo aborda los tres aspectos siguientes:

Influencia de los parámetros del proceso de granallado en la rugosidad de la superficie del diente;

El grado de amplificación del granallado sobre la rugosidad de la superficie del diente en las condiciones del proceso de producción por lotes existente;

Impacto del aumento de la rugosidad de la superficie del diente en el rendimiento NVH y medidas para mejorar la rugosidad después del granallado.

El granallado se refiere al proceso en el que numerosos proyectiles pequeños, de alta dureza y alta velocidad, impactan la superficie de las piezas. Bajo el impacto a alta velocidad del proyectil, la superficie de la pieza produce picaduras y se produce deformación plástica. Las estructuras alrededor de las picaduras resisten esta deformación y generan tensión de compresión residual. La superposición de numerosas picaduras forma una capa uniforme de tensión de compresión residual sobre la superficie de la pieza, mejorando así su resistencia a la fatiga. Según el método para obtener alta velocidad mediante granallado, el granallado se divide generalmente en granallado con aire comprimido y granallado centrífugo, como se muestra en la Figura 1.

El granallado con aire comprimido utiliza aire comprimido como fuente de energía para pulverizar la granalla desde la pistola. El granallado centrífugo utiliza un motor para impulsar el impulsor a alta velocidad y proyectar la granalla. Los parámetros clave del proceso de granallado incluyen la resistencia a la saturación, la cobertura y las propiedades del medio de granallado (material, tamaño, forma, dureza). La resistencia a la saturación es un parámetro que caracteriza la resistencia del granallado, que se expresa mediante la altura del arco (es decir, el grado de flexión de la probeta Almen después del granallado). La tasa de cobertura se refiere a la relación entre el área cubierta por la picadura después del granallado y el área total del área granallada. Los medios de granallado más utilizados incluyen granalla de corte de alambre de acero, granalla de acero fundido, granalla de cerámica, granalla de vidrio, etc. El tamaño, la forma y la dureza de los medios de granallado son de diferentes grados. Los requisitos generales del proceso para las piezas del eje de engranaje de transmisión se muestran en la Tabla 1.

La pieza de prueba es el engranaje del eje intermedio 1/6 de un proyecto híbrido. La estructura del engranaje se muestra en la Figura 2. Tras el rectificado, la microestructura de la superficie del diente es de Grado 2, la dureza superficial es de 710HV30 y la profundidad efectiva de la capa de endurecimiento es de 0,65 mm, todo ello dentro de los requisitos técnicos. La rugosidad de la superficie del diente antes del granallado se muestra en la Tabla 3, y la precisión del perfil del diente se muestra en la Tabla 4. Se puede observar que la rugosidad de la superficie del diente antes del granallado es buena y la curva del perfil del diente es suave.

Plan de pruebas y parámetros de prueba

En la prueba se utiliza una máquina de granallado con aire comprimido. Debido a las condiciones de la prueba, es imposible verificar el impacto de las propiedades del medio de granallado (material, tamaño, dureza). Por lo tanto, las propiedades del medio de granallado se mantienen constantes. Solo se verifica el impacto de la resistencia a la saturación y la cobertura en la rugosidad de la superficie del diente después del granallado. Consulte la Tabla 2 para ver el esquema de la prueba. El proceso específico para determinar los parámetros de prueba es el siguiente: se dibuja la curva de saturación (Figura 3) mediante la prueba de cupón de Almen para determinar el punto de saturación y así bloquear la presión del aire comprimido, el caudal de granallado, la velocidad de movimiento de la boquilla, la distancia de la boquilla a las piezas y otros parámetros del equipo.

resultado de la prueba

Los datos de rugosidad de la superficie del diente tras el granallado se muestran en la Tabla 3, y la precisión del perfil del diente, en la Tabla 4. Se observa que, en las cuatro condiciones de granallado, la rugosidad de la superficie del diente aumenta y la curva del perfil del diente se vuelve cóncava y convexa. La relación entre la rugosidad después de la pulverización y la rugosidad antes de la pulverización se utiliza para caracterizar la magnificación de la rugosidad (Tabla 3). Se observa que la magnificación de la rugosidad varía en las cuatro condiciones del proceso.

Seguimiento por lotes de la ampliación de la rugosidad de la superficie del diente mediante granallado

Los resultados de la prueba en la Sección 3 muestran que la rugosidad de la superficie del diente aumenta en diversos grados después del granallado con diferentes procesos. Para comprender completamente la amplificación del granallado en la rugosidad de la superficie del diente y aumentar el número de muestras, se seleccionaron 5 artículos, 5 tipos y 44 piezas en total, para rastrear la rugosidad antes y después del granallado en las condiciones del proceso de granallado de producción por lotes. Consulte la Tabla 5 para obtener información física y química e información del proceso de granallado de las piezas rastreadas después del rectificado de engranajes. Los datos de rugosidad y magnificación de las superficies frontales y traseras del diente antes del granallado se muestran en la Fig. 4. La Figura 4 muestra que el rango de rugosidad de la superficie del diente antes del granallado es Rz1.6 μm-Rz4.3 μm; Después del granallado, la rugosidad aumenta y el rango de distribución es Rz2.3 μm-Rz6.7 μm; La rugosidad máxima se puede amplificar a 3.1 veces antes del granallado.

Factores que influyen en la rugosidad de la superficie del diente después del granallado

Del principio del granallado se desprende que la alta dureza y la alta velocidad de los granallados dejan innumerables picaduras en la superficie de la pieza, lo que genera tensión de compresión residual. Al mismo tiempo, estas picaduras aumentan inevitablemente la rugosidad superficial. Las características de las piezas antes del granallado y los parámetros del proceso afectarán la rugosidad después del granallado, como se indica en la Tabla 6. En la Sección 3 de este documento, bajo las cuatro condiciones del proceso, la rugosidad de la superficie del diente después del granallado aumenta en diferentes grados. En esta prueba, existen dos variables: la rugosidad previa al granallado y los parámetros del proceso (resistencia a la saturación o cobertura), que no permiten determinar con precisión la relación entre la rugosidad posterior al granallado y cada factor de influencia. Actualmente, numerosos investigadores han investigado este tema y han propuesto un modelo teórico de predicción de la rugosidad superficial después del granallado, basado en la simulación por elementos finitos, que se utiliza para predecir los valores de rugosidad correspondientes a los diferentes procesos de granallado.

Con base en la experiencia real y la investigación de otros académicos, se puede especular sobre los modos de influencia de diversos factores, como se muestra en la Tabla 6. Se observa que la rugosidad después del granallado se ve afectada de forma integral por numerosos factores, que también son clave para la tensión de compresión residual. Para reducir la rugosidad después del granallado, garantizando así la tensión de compresión residual, se requieren numerosas pruebas de proceso para optimizar continuamente la combinación de parámetros.

Influencia de la rugosidad de la superficie del diente en el rendimiento NVH del sistema

Los engranajes forman parte del sistema de transmisión dinámica, y la rugosidad de la superficie de los dientes afecta su rendimiento NVH. Los resultados experimentales muestran que, a igualdad de carga y velocidad, cuanto mayor es la rugosidad de la superficie, mayor es la vibración y el ruido del sistema. Al aumentar la carga y la velocidad, la vibración y el ruido se incrementan de forma más evidente.

En los últimos años, el desarrollo de nuevos reductores de energía ha aumentado rápidamente, mostrando una tendencia hacia la alta velocidad y un alto par motor. Actualmente, el par máximo de nuestro nuevo reductor de energía es de 354 N·m y la velocidad máxima es de 16 000 r/min, cifra que se incrementará a más de 20 000 r/min en el futuro. En estas condiciones de trabajo, es fundamental considerar la influencia del aumento de la rugosidad superficial del diente en el rendimiento NVH del sistema.

Medidas de mejora de la rugosidad de la superficie dental después del granallado

El proceso de granallado tras el rectificado de engranajes puede mejorar la resistencia a la fatiga por contacto de la superficie del diente y la resistencia a la fatiga por flexión de la raíz del diente. Si este proceso se utiliza por razones de resistencia en el diseño de engranajes, para tener en cuenta el rendimiento NVH del sistema, la rugosidad de la superficie del diente tras el granallado puede mejorarse mediante los siguientes aspectos:

a. Optimizar los parámetros del proceso de granallado y controlar la amplificación de la rugosidad de la superficie del diente tras el granallado, garantizando así la tensión de compresión residual. Esto requiere numerosas pruebas de proceso, y su versatilidad es limitada.

b. Se adopta el proceso de granallado compuesto, es decir, tras completar el granallado de resistencia normal, se añade otro granallado. El aumento de resistencia del granallado suele ser pequeño. El tipo y tamaño de los materiales de granallado se puede ajustar, como granallado de cerámica, granallado de vidrio o granallado de alambre de acero de menor tamaño.

c. Después del granallado, se añaden procesos como el pulido de la superficie de los dientes y el bruñido libre.

En este artículo, se estudia la rugosidad de la superficie de los dientes en diferentes condiciones del proceso de granallado y en diferentes piezas antes y después del granallado, y se extraen las siguientes conclusiones basadas en la literatura:

◆ El granallado aumentará la rugosidad de la superficie del diente, que se ve afectada por las características de las piezas antes del granallado, los parámetros del proceso de granallado y otros factores, y estos factores también son los factores clave que afectan la tensión de compresión residual;

◆ En las condiciones del proceso de producción por lotes existente, la rugosidad máxima de la superficie del diente después del granallado es 3,1 veces mayor que antes del granallado;

◆ El aumento de la rugosidad de la superficie dentaria incrementará la vibración y el ruido del sistema. Cuanto mayor sea el par y la velocidad, más evidente será el aumento de la vibración y el ruido.

◆ La rugosidad de la superficie del diente después del granallado se puede mejorar optimizando los parámetros del proceso de granallado, granallado compuesto, agregando pulido o bruñido libre después del granallado, etc. Se espera que la optimización de los parámetros del proceso de granallado controle la amplificación de la rugosidad a aproximadamente 1,5 veces.