强力喷丸是提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。
本文主要介绍齿轮加工中的强力喷丸工艺。
1、工作原理
强力喷丸工艺主要是利用高速喷射的细小钢丸在室温下撞击受喷工件表面，使工件表层材料产生弹塑性变形并呈现较高的残余压应力，从而提高工件表面强度及疲劳强度。
喷丸一方面使零件表面发生弹性变形，同时也产生了大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。
如图1所示：
. 图1-a 经喷丸处理的零件表面 图1-b 未经喷丸处理的零件表面
喷丸对表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命。
零件的材料表层在钢丸束的冲击下发生循环塑性变形。
根据材料的性质和状态的不同，喷丸后材料的表层将发生以下变化：硬度变化、组织结构的变化、相转变、表层残余应力场的形成、表面粗糙度的变化等。
2、 喷丸强度的测量方法
当一块金属片接受钢丸流的喷击时会产生弯曲。
饱和状态和喷丸强度是喷丸加工工艺中的两个重要概念。
饱和状态是指在同一条件下继续喷击而不再改变受喷区域机械特性时的状态。
所谓喷丸强度，就是通过打击预制成一定规格的金属片（即试片），在规定的时间使之达到饱和状态的强弱程度，并用试片弯曲的弧高值来度量其喷击的强弱程度。
目前，应用广的美国机动车工程学会喷丸标准中采用阿尔曼提出的喷丸强化检验法——弧高度法，该方法由美国GM公司的J. O. Almen（阿尔门）提出，并由SAEJ442a和SAE443标准规定的测量方法，其要点是用一定规格的弹簧钢试片通过检测喷丸强化后的形状变化来反映喷丸效果。
对薄板试片进行单面喷丸时，由于表面层在弹丸作用下产生参与拉伸形变，所以薄板向喷丸面呈球面弯曲。
通常在一定跨度距离上测量球面的弧高度值，用其来度量喷丸的强度。
测定弧高度值是通过将阿尔门试片固定在专用夹具上，经喷丸后，再取下试片，然后用阿尔门量规测量试片经单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。
如用试片测得的弧高值为0.35mm时，记作0.35A。
喷丸强度的另一种检验方法为残余应力检测，即对经强力喷丸后的工件进行残余应力的检测，具体的检验方法为X射线衍射法。
在美国SAE J784a标准中推荐如下方法：X射线的入射和衍射束必须平行于齿轮的齿根，圆柱直齿轮和圆柱螺旋齿轮上的测量位置应当在齿根的宽度中央，照射区域必须集中在齿根圆角的中心，不能横向延伸超出规定的齿根圆角表面深度的测量点，照射区域大小的控制可以通过对直光束和适当遮盖齿根表面实现；在每个选定受检的齿轮上，少要任选两个齿进行评估，两齿间隔180。
如果齿的有效齿廓受到保护没有研磨，则可以认为齿根研磨的用于表面下残余应力测量的齿轮未受损坏并且可以用于生产。
3、 喷丸对提高零件疲劳抗力的作用
a．借助表面冷变形实现材料表面强化的本质在于冷变形造成材料表层组织结构的变化、引入残余压应力以及表面形貌的变化。
b． 喷丸使材料表面性能改善
c． 强化喷丸过程中，当微小球形钢丸高速撞击受喷工件表面时，使工件表层材料产生弹、塑性变形，撞击处因塑性形变而产生一压坑，螺纹铣刀，撞击导致压坑附近的表面材料发生径向延伸。
当越来越多的钢丸撞击到受喷工件表面时，工件表面越来越多的部分因吸收高速运动钢丸的动能而产生塑性流变，使表面材料因塑性变化而产生的径向延伸区域越来越大，发生塑性形变的表面逐步连接成片，则使工件表面逐步形成一层均匀的塑性变形层。
塑性变形层形成后，继续喷丸会使塑变层因继续延伸而厚度逐步变薄，同时塑变层的径向延伸会因受到邻近区域的限制而导致重叠部分发生破坏，终塑变层因持续的喷丸而剥落。
所以必须对喷丸的时间加以严格的控制。
4、喷丸对渗碳齿轮表层残余应力的影响
关于喷丸使工件表面形成残余应力的原因，根据Al-Obaid等人的观点：当高速钢丸撞击到试样表面，撞击处产生塑性变形而残余一压坑，当越来越多的钢丸撞击到试样表面时，则会在试样表层产生一层均匀的塑变层，由于塑性变形层的体积膨胀会受到来自未塑性变形近邻区域的限制，因此整个塑变层受到一压应力。
由于残余压应力及其分布对齿轮疲劳寿命有较大的影响，而喷丸强化工艺的优劣将直接影响残余应力大小及其分布。
因此准确测定受喷零件的表层残余应力对于评价喷丸工艺的优劣是一个行之有效的手段。
5、喷丸对零件表面粗糙度的影响
强化喷丸会引起零件受喷表面的塑性变形，使零件的表面粗糙度发生变化。
表面粗糙度是一种微观几何形状误差，又称为微观不平度。
表面粗糙度和表面波度、形状误差一样，都属于零件的几何形状误差，表面粗糙度对于机器零件的使用性能有着重要的影响。
喷丸对材料表面粗糙度的影响通常在Ra0.6～20mm范围内。
在不改变工艺参数的条件下，材料原始表面粗糙度愈高，喷丸后的Ra值愈大。
生产实践证明，一般情况下，喷前表面粗糙度在6.3mm以下，喷丸可以提高或维持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，则喷丸后表面粗糙度有所降低。
在生产实践中，要想获得较理想的喷丸表面，应从以下几个方面着手：
提供较好的原始表面，Ra值应在6.3mm以下；
选择合理的钢丸直径和喷丸压力；
在大直径钢丸喷丸强化后，采用较小钢丸低压力(不能改变喷丸强度值)覆盖一次，可达到较好的表面粗糙度。
喷丸后的零件表面应轻微打磨，打磨时要控制表面金属去除量。
这样，既不损害喷丸的强化效果，又可改善表面粗糙度。
当然，这是一个多因素问题，不论采用什么方法，必须同时考虑其他因素的影响。
6 、工艺参数对喷丸效果的影响
对喷丸质量有影响的主要有以下几个方面：
钢丸材料、钢丸直径、钢丸速度、钢丸流量、喷射角度、喷射距离、喷射时间、覆盖率等。
其中任何一个参数的变化都会不同程度地影响喷丸强化的效果。
a、钢丸的材料、硬度、尺寸及粒度对喷丸效果的影响
铸铁丸和铸钢丸通常用于硬齿面齿轮的喷丸。
铸铁丸的缺点是韧性较低，在喷丸过程中易于破碎、耗损量大，对破碎的钢丸要及时分离，否则会影响受喷表面质量。
但铸铁丸的优点是价格便宜、硬度高，可以使受喷表面产生较高的残余压应力。
铸钢丸与铸铁丸相比，其优点是不易破碎，对受喷表面几何形貌有利。
但铸钢丸硬度较铸铁丸低，在其他条件相同时，受喷表面的残余压应力低于铸铁丸。
在德国刀具制作商Horn公司每两年举办一次的“技术开放日”上，媒体记者获邀参观了该公司坐落德国图宾根市的硬质合金刀片毛坯生产线，亲眼见证了用包含多种不同成分的混合粉料生产可转位刀片的全进程。
Horn公司生产的各种刀具产品（如铣刀、车刀、拉刀、铰刀等）广泛采用了可转位刀片。
图1中的旋转展台展示了该公司蕞新开发的一些立异产品，包含圆柄和削柄25A端面切槽体系、用于S100内冷却车削刀片的新式刀夹等。
图1
Horn公司在世界各地的刀具生产厂都能够对烧结而成的刀片进行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都来自坐落图宾根的Horn
Hartstoffe硬质合金生产厂。
制坯工艺的地一步是将不同配比的碳化物、结合剂资料（如钴和钽）以及后续加工所需的添加剂经精密称量后制成混合粉料（图2）。
在冶金实验室对质料进行的检验检测后，对其进行搅拌混合，直至达到所要求的浓度，然后送至下一道工序，用三种成型办法（轴向压制成型、挤出成型或打针成型）之一进行毛坯成型加工。
图2
如果刀片的形状比较简单，一般可采用如图3所示的电动轴向压坯机压制成型。
这种常用的刀片压制办法是将粉料放入模具之中，经过单向或双向加压，压制出终究形状。
虽然该办法比其他成型办法更简洁（如在烧结前无需参加添加剂），但却不适合压制较杂乱的刀片形状，因为刀片脱模或许比较困难（或许完全无法脱模）。
Horn公司这台压坯机采用了机器人自动装料/卸件设备（见压坯机左侧）。
图3
形状较杂乱的刀片一般是在如图4所示的活塞式挤出成型机上成型。
该机推挤原资料经过一个模具而取得所需的形状。
值得注意的是，利用浮动芯轴销，能够在刀片毛坯内部构成内冷却通道。
在挤出成型机下部能够看到，构成的生坯呈长条状，还需要将其切成所需长度，经过清洁后再送去进行预烧结和烧结。
图4
用于挤出成型的粉料中含有各种蜡和其他添加剂，这些添加剂可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡胶状（见图5），这些长条形生坯还要切成所需尺度，并在后续工序中成型。
随后，这些添加剂将在预烧结工序中予以去除。
图5
Horn公司还开发了一种用于大批量生产杂乱形状刀片毛坯的金属打针成型工艺（图6所示为两个装在流道上的刀片的3D设计图）。
该工艺所用的打针成型机能够设置超过5000种不同的工艺参数和变量。
注入资料的体积范围为0.2－20 cm3，打针速度为6m/sec，打针压力蕞大可达2，200bar，模具重量范围为150－200kg。
图6
与打针成型机、压坯机和挤出成型机相邻的工区（见图7）专门担任为硬质合金刀片生产线制作东西和夹具。
为此，Horn公司装备了电火花加工机床、车床、三轴和五轴铣床、平面磨床和坐标磨床等机床，以及微喷砂体系、激光测量仪和三坐标测量机等设备。
图7
用挤出成型机或打针成型机成型的刀片生坯经过清洁后，还必须进行预烧结。
这道工序耗时2－4天，生坯要在氢气氛炉中逐步加热到850℃左右，内螺纹铣刀，使其中的各种添加剂受热挥发，并使生坯预固化。
刀片毛坯经过预烧结后，即可进入烧结阶段（用轴向压坯机成型的毛坯无需预烧结，螺纹铣刀加工，可直接进行烧结）。
经过在1，350℃－1，550℃的高温文可达100bar的气体压力下进行烧结，刀片资料即可取得其终究的物理性能。
在烧结进程中，资料部分呈液相状况，碳化物以相同的方法重新排列，构成无孔隙的同质结构。
此外，烧结后刀片的体积大约会比烧结前缩小20％－22％（见图8）。
整个烧结进程大约需要持续20小时才干完结。
图8
经过一系列计量室测试和质量控制程序（包含扫描电镜检测、维氏硬度检测、密度检测、磁饱和度检测等）之后，各批制品刀片毛坯将从硬质合金工厂运送到同样坐落Horn工业园区的刀具生产厂，并在那里的专用磨床（见图9）上刃磨出刀片的终究形状。
DMG/森精机公司专门为Horn公司提供的铣床渠道也能够满意其刀具刃磨的特定需求。
Horn刀具生产厂的加工机床总数超过200台，这些机床均按所加工的刀片类型分组。
图9
图10所示为Horn公司员工将刃磨好的刀片置于夹具上，准备对其进行清洁和喷砂处理。
处理完毕后，再将这些夹具移至涂层炉中（Horn公司共有8台涂层炉）进行PVD或CVD涂层。
完结涂层工序后，制品刀片就能够包装发货了。
图10
图11所示为Horn公司生产夹持刀片的刀体和刀夹的加工车间。
图11
Horn公司从事各种刀片生产任务的许多员工都曾参加过企业自己的学徒训练计划。
图12中正在操作五轴加工中心的学徒已处于训练的高及阶段。
在参与手动和数控加工之前，学徒们先要学习一些基本技能（如整理文档）。
一、前言
机械加工是指通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改动的过程。
按加工方式上的不同可分为切削加工和压力加工。
二、机械加工基本常识
以下这些机械加工常识的汇总：
对切削温度的影响：切削速度，进给率，背吃刀量；
对切削力的影响：背吃刀量，进给率，切削速度；
对刀具耐用度的影响：切削速度，进给率，外螺纹铣刀，背吃刀量。
当背吃刀量增大一倍时，切削力增大一倍；
当进给率增大一倍时，切削力大约增大70%；
当切削速度增大一倍时，切削力逐步减小；
可以依据铁屑排出的情况判断出切削力，切削温度是否在正常范围内。
当所量的实践数值X与图纸直径Y之大于0.8时车的凹圆弧时，副偏角52度的车刀（也就是我们常用的刀片为35度的主偏角93度的车刀）所车出的R在起点位置的当地可能会擦刀。
铁屑颜色所代表的温度：
白色小于200度
黄色220-240度
暗蓝290度
蓝320-350度
紫黑大于500度
手动刀尖R补偿公式：
从下往上车倒角：Z=R*（1-tan(a/2)）X=R(1-tan(a/2))*tan(a)从上往下车倒角将减改成加即可。
三、在数控车加工时，以下几点应特别注意：
（1）关于目前我国的经济数控车床一般选用的是一般三相异步电机通过变频器完结无级变速，假如没有机械减速，往往在低速时主轴输出扭矩不足，假如切削负荷过大，简单闷车，不过有的机床上带有齿轮档位很好的处理了这一问题；
（2）尽可能使刀具能完结一个零件或一个作业班次的加作业业，大件精加工特别要注意中心避免半途换刀确保刀具能一次加工完结；
（3）用数控车车削螺纹时因尽可能选用较高的速度，以完结，出产；
（4）尽可能运用G96；
（5）高速度加工的基本概念就是使进给超过热传导速度，从而将切削热随铁屑排出使切削热与工件阻隔，确保工件不升温或少升温，因而，高速度加工是选取很高的切削速度与高进给相匹配一起选取较小的背吃刀量；
（6）注意刀尖R的补偿。
螺纹铣刀-昂迈工具-内螺纹铣刀由常州昂迈工具有限公司提供。
常州昂迈工具有限公司（www.onmy-tools.com）位于江苏省常州市西夏墅镇翠屏湖路19号13栋。
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