孙艳1罗宏亮2
（1．长春工程学院；2．一汽解放汽车有限公司）
【摘要】导致渗碳齿轮接触疲劳裂纹形成与扩展的动力参数是齿轮次表面所受的最大切应力τmax与其表面硬度的比值，减小该比值可延缓齿轮表面接触疲劳裂纹形成与扩展过程，提高齿轮疲劳寿命。分析了强化喷丸工艺对渗碳齿轮次表面所受τmax和表面硬度的影响，通过强力喷丸引入的冷作硬化可使渗碳齿轮表面硬度明显提高；引入的高残余压应力可使渗碳件次表面所受的τmax显著减小。试验表明，齿轮渗碳后再按最佳工艺进行强化喷丸后，可显著提高齿轮表面的疲劳强度。
主题词：渗碳齿轮疲劳寿命强化喷丸
中图分类号：U463．212＋．42文献标识码：A文章编号：1000－3703（2009）01－0056－02
Influence of Strengthening Shot Peening on Formation and Extension of Fatigue Crack in Carburized Gear Surface
Sun Yan1,Luo Hongliang2
（1．Changchun Institute of Technology；2．FAW JIEFANG Automtive Company,LTD．）【Abstract】The ratio of maximum shear stress to stiffness for gear subsurface（τmax）is the dynamic parameter which leads to the formation and extension of fatigue crack in carburized gear surface,and decrease of this ratio can delay the formation and extension of fatigue crack in gear surface and improve gear fatigue life．The influence of strengthening shot peening technique on maximum shear stress and stiffness of carburized gear subsurface are analyzed,which indicates that cold hardening may improve the stiffness of carbonized gear surface and high residual compressive stress may reduce the maximum shear stress obviously．The tests show that the strengthening shot peening treatment for carburized gear can improve gear surface’s fatigue strength obviously．
Key words：Carburized gear,Fatigue life,Strengthening shot peening
1齿轮表面接触疲劳裂纹的形成与扩展
汽车传动齿轮接触疲劳是两齿面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下出现的材料失效形式。接触疲劳的产生均经历裂纹形成与扩展两阶段，其中裂纹形成过程较长，而扩展阶段仅占总破坏时间的很小部分。齿轮工作时，两齿面接触区域内存在接触压应力，在接触区域的对称中心
位置的次表层处将产生最大切应力τmax。当最大切应力超过材料屈服强度时便在该处引起塑性变形，经多次循环作用后，在塑性变形位置形成起始裂纹。起始裂纹沿所在平面向齿轮表面和心部双向扩展形成疲劳损坏的主裂纹。在裂纹向表面扩展的过程中，表面区域的硬度会对裂纹的扩展形成阻力，所以渗碳齿轮接触疲劳裂纹的形成与扩展能力与齿轮次表层所受的最大切应力τma x和表面硬度关系密切。
齿轮表面强化喷丸是提高渗碳齿轮疲劳寿命的有效手段，其是否从内在机理上改善了齿轮接触疲劳裂纹的形成与扩展是所要研究的主要问题。
2齿轮表面强化喷丸对接触疲劳裂纹形成与扩展的影响
喷丸工艺是在室温下利用高速喷射的细小弹丸撞击受喷工件表面，工件吸收高速运动弹丸的动能后，导致该处附近的表面材料发生径向延伸，随着越来越多的弹丸撞击工件表面，工件表面因吸收高速运动弹丸的动能而产生塑性流变的部分逐渐增多，使表面材料因塑性变形而产生的径向延伸区域越来越大，产生塑性流变和加工硬化，形成连续的塑性变化层，使工件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件疲劳寿命等发生改变。
56
——
汽车技术
渗碳齿轮接触疲劳裂纹形成与扩展具有以下特点［1，2］：
a．裂纹形成位置位于试件次表层处的最大切应力τmax与表面硬度（HV）比值最大的次表层以下；
b．起始裂纹沿τmax所在平面（与试件表面约呈23°～24°夹角）向试件表面（简称向上）和试件内部（简称向下）双向扩展形成主裂纹；
c．主裂纹扩展到一定长度后，试件表面的赫芝应力使主裂纹面上方区域承受弯曲应力而形成向上扩展的分叉裂纹，分叉裂纹扩展面与试件表面约呈52°～53°夹角，从而形成向上扩展的裂纹；
d．裂纹通过分叉裂纹之间、分叉裂纹与主裂纹之间的相互连通，导致接触疲劳剥落。
渗碳件接触疲劳裂纹形成与扩展的动力参数是τmax与表面硬度的比值，减小该比值可使裂纹的扩展阻力加大，并导致在张开型分叉裂纹上又形成向下扩展的滑移剪切型再分叉裂纹，使裂纹向表面扩展的速率大大降低，使进入最大残余压应力区的主裂纹发生“闭合”或缓慢的水平扩展，延缓因裂纹在表面露头而附加的“油楔”作用，从而使裂纹后期扩展寿命提高。
为研究强化喷丸工艺对渗碳齿轮接触疲劳裂纹形成与扩展能力的影响，要分别研究强化喷丸对τmax和齿轮表面硬度的影响。
2．1强化喷丸对τmax的影响
为研究强化喷丸对齿轮次表层抵抗τma x的能力的影响，利用扭转试验机分别对经渗碳及渗碳后喷丸处理的20CrMoH材料齿轮试样进行扭转试验，测试齿轮试样抗扭强度的变化情况，从而反映齿轮试样对τmax的抵抗能力的变化，试验测得的齿轮试样所能承受的最大扭矩值和抗扭强度值如表1所列。
表1齿轮试样扭转试验测试结果
热电堆从表1可看出，喷丸可明显减小齿轮试样的抗扭强度，而且随喷丸强度的加大，齿轮试样的抗扭强度呈下降趋势。
2．2强化喷丸对齿轮表面硬度的影响
利用显微维氏硬度计对经渗碳及渗碳后喷丸处理的齿轮试样表面进行显微硬度测试，测试结果如表2所列。
齿轮试样渗碳
渗碳后喷丸
0．46A0．55A0．60A 最大扭矩T b／N·m270253248246抗扭强度τb／MPa1374．91288．31262．91252．7
表2齿轮试样表面硬度测试结果
齿轮试样
层深／mm 00．10．20．30．40．50．60．70．80．91．01．11．2
表面硬度／HV 渗碳后
喷丸
0．60A802760735713682665650610593590556550536 0．55A801757732711689668651612599592564553534 0．46A796755733707677664648611604598558552540渗碳759747735713676669652614595590556549536
从表2可看出，喷丸齿轮表层显微硬度比渗碳齿轮有明显提高，但心部硬度基本相同。硬度发生变化区域均在距表面0～0．1mm范围内，最大变化区域出现在表面附近。表面硬度显著提高是受高的残余
压应力、加工硬化和组织变化综合作用影响的结果。2．3强化喷丸对τmax和表面硬度的综合影响根据喷丸齿轮试样与渗碳齿轮试样的抗扭强度τb值和表层显微硬度值的试验结果，分别计算τb 与表面硬度的比值，计算结果如表3所列。
由表3可见，强化喷丸引入的冷作硬化可使渗碳件表面硬度值明显提高，从而使抗扭强度τb值与表面硬度的比值减小。
表3齿轮试样τb与表面硬度的比值
3强化喷丸对齿轮疲劳寿命的影响
为验证喷丸工艺对渗碳齿轮疲劳寿命的影响，将渗碳齿轮按前述喷丸工艺进行处理后装入某变速器总成，按QC／T568—1999《汽车机械式变速器台架试验方法》进行疲劳寿命试验，试验采用闭式总成
齿轮试样τb与表面硬度比值渗碳后喷丸
0．46A1．62
0．55A1．58新型大棚骨架
0．60A1．56
渗碳1．81
57
——
2009年第1期
汽
车
技
术
试验台和机械加载装置，利用扭矩转速测量仪对试验过程进行监视。试验结果按QC ／T29603—92《汽车机械式变速器总成技术条件》进行评价。
试验所用4台变速器全部通过10个循环，试验结束后将4台变速器进行解体，拆下各挡齿轮，观察齿面损伤情况，结果如图1所示。由图1a 可见，喷丸后的齿轮工作齿面磨出亮痕，显示齿轮未发生磨损及
裂纹等疲劳损伤；由图1b 可见，未喷丸齿轮的工作齿面出现了不同程度的磨损和裂纹，显示齿面已开始发生疲劳损伤。
（a ）喷丸齿轮
（b ）未喷丸齿轮
图1
齿轮齿面疲劳损伤照片
通过疲劳寿命试验可知，齿轮渗碳后再按最佳工艺进行强化喷丸后，可提高齿轮表面的疲劳强度。
4结束语
强化喷丸引入的冷作硬化可使渗碳齿轮表面
硬度明显提高；强化喷丸引入的高残余压应力又可使渗碳齿轮次表层以下所受的最大切应力τma x 显著减小，从而使裂纹形成与扩展动力参数（τmax 与表面硬度的比值）减小，导致裂纹扩展方式改变，从而延缓齿轮表面接触疲劳裂纹形成与扩展过程，提高齿轮的使用寿命。
参
考
文
献
1肖宏滨．强力喷丸对接触疲劳性能的影响机理．农业机械学报,1997,28（4）：112～116．
2
cnc真空吸盘怎么做
空烟卷周尚臣，钟国欣，吴辉．渗碳齿轮的接触疲劳与渗碳层深度．一重技术,2002（4）：36～38．
（责任编辑
文
楫）
修改稿收到日期为2008年9月22日
相框组合
。
点蚀
汽车覆盖件冲压工艺性的研究与应用
陆怀民1
窦美霞1
张清淼2
（1．东北林业大学；2．北京天济星河科技有限公司）
【摘要】针对汽车覆盖件的冲压工艺性进行了分析，提出了汽车覆盖件设计与冲压工艺设计的协同设计方法。以某轻型载货汽车单排座、双排座车身侧围件为例，从冲压工艺方面对侧围件进行合理分块和结构设计，使其适应了冲压工艺的套冲拉延要求。单排座侧围件模具开发预算表明，应用套冲工艺
后的模具数量比应用前减少19套，可节约资金约445万元。
主题词：汽车覆盖件冲压工艺套冲工艺
中图分类号：U466文献标识码：B
文章编号：1000－3703（2009）01－0058－04
Research and Application of Automobile Panels Stamping Technique
Lu Huaimin 1,Dou Meixia 1,Zhang Qingmiao 2
（1．Northeast Forestry University ；2．Beijing Tianqi Xinghe Technology Co．,Ltd．）
热流道系统【Abstract 】The stamping technique of automobile panels is analyzed,and a collaborative design method of
automobile panels design and stamping technique design is put forward in this paper．The body side panels of a single cab and a double cab light－duty truck are taken as example and appropriate segmentation and structure design of the side panel parts are conducted from the perspective of sta
mping technique,which enable it satisfy the punching drawing requirements of stamping technique．The development budget of the single cab body side panel ’s tooling shows that the numbers of tooling needed after applying punching technique decreased 19sets,which can save cost 4．45million Yuan．
Key words ：Automobile,Panels,Stamping technique,Punching technique
1前言
汽车覆盖件（以下称覆盖件）是车身的基本组成
部分，如果覆盖件的冲压工艺性设计不合理，将直接影响模具结构的复杂程度和模具的加工工艺性，给冲压模具的设计、制造、加工及覆盖件的生产和装配带来困难。为了缩短覆盖件冲压模具设计制造周期及降低成本，必须进行覆盖件冲压工艺性的研究与58——
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