汽車設(shè)計工程師們已經(jīng)充分了解利用強(qiáng)化工藝能大幅度延長傳動零件的安全使用壽命。通常，強(qiáng)化被視作一道熱處理后的工序，對于一些關(guān)鍵部件，如環(huán)形齒輪，行星齒輪，強(qiáng)化是生產(chǎn)工藝中最后一個重要步驟。
2 ]/ W  o# S! f4 l& ]強(qiáng)化的原理，就是金屬表面受到高速金屬顆粒束的連續(xù)捶擊，即在其表面導(dǎo)入一個壓應(yīng)力�；�于這個機(jī)制，好像看來找一臺可以進(jìn)行強(qiáng)化的機(jī)器并不困難。然后，事實證明過早的傳動失效和產(chǎn)品退貨，讓不少齒輪廠商不得不重新審視這道看似簡單的加工工藝。
) |( X: k1 f. P+ x9 ^6 Z6 J噴丸強(qiáng)化的機(jī)理和效果
; }6 N. w4 a6 \0 Q7 Y金屬介質(zhì)（鋼珠或切絲丸）的連續(xù)撞擊，造成零件表面的塑性形變。該效果延伸到形成壓應(yīng)力的表面層之下的區(qū)域，抵消那里原有的拉應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力延緩疲勞裂紋的形成，從而提高零件的抗疲勞強(qiáng)度，延長疲勞壽命。# `( I, ]  c: T: A& i0 T
熱處理后，齒輪表面受到的連續(xù)強(qiáng)化介質(zhì)的捶擊，將殘余奧氏體轉(zhuǎn)化成馬氏體。這能增加材料硬度。- _" d7 F# E3 B- y% }2 ^7 y
就齒輪而言，最大的剪切應(yīng)力出現(xiàn)在齒根部和過渡區(qū)圓角部位。齒輪驅(qū)動面和齒面邊緣承受不斷增加的載荷。因此，齒輪強(qiáng)化重點部位是1 _" U4 s% [. u) q& [, m7 ]3 b; D
- 驅(qū)動面
9 D9 N, N" Q; [0 v& r5 m( O- 齒面邊緣
" t, H2 W2 Y; ]4 U2 H- 齒根部位4 A* a; D. i2 F3 e# y0 J" W$ r
每種齒輪，要求的強(qiáng)化強(qiáng)度和覆蓋率不盡相同，要根據(jù)其實際應(yīng)用而定。覆蓋率是個目測的過程，而強(qiáng)化強(qiáng)度則需要通過一種特制的彈簧鋼試片（稱為阿爾門試片）進(jìn)行測定。" Q! {, s% X5 ~8 I/ X8 G' H; V4 o
強(qiáng)度測試
+ Y. `1 v. }3 T7 V" h零件校正工具（PVT），設(shè)計用于將試片固定于一些特定位置。試片在這些位置時，可以模擬零件需要進(jìn)行強(qiáng)度測定的區(qū)域。, S9 m! y8 C+ K; H! l6 O
根據(jù)不同應(yīng)用，強(qiáng)度范圍可在0.015-0.030 （”A” Scale），覆蓋率可在100%至200%。* y/ W) x2 y' n5 o0 H
可通過幾種不同方式達(dá)到以上齒輪強(qiáng)化效果，每種方式各有優(yōu)點，
/ ]: h; z6 V6 A3 `, R8 N- 離心力拋頭式拋丸強(qiáng)化
) Q) N9 v1 g3 Q, a; e- 壓縮空氣噴嘴式噴丸強(qiáng)化; P8 X( n6 q- J9 i. A! t
- 混合式（拋丸+噴丸）( v/ R5 n0 R6 ^  {2 n  u
介質(zhì)拋射類型: Z9 [2 e4 ]' G! x1 S# o! V  s
如果以產(chǎn)量列為主要考量因素，離心力拋頭拋射方式是最理想的。拋頭拋射器產(chǎn)生的介質(zhì)流可以單位時間內(nèi)覆蓋較大的面積。然后，該工藝受限于齒輪尺寸。對于較小型的齒輪，其齒根部位狹窄，那就需要用多個拋頭，固定在不同的角度，才能達(dá)到要求的覆蓋率。
7 l, V' a$ u$ J6 n* u另一種方式，即利用多個壓力式噴嘴，對特定的齒根區(qū)域直接且更精確的噴射，以達(dá)到所需的覆蓋率。+ |3 @: O0 h6 a; o: i# w: [% U
這兩種強(qiáng)化方式都普遍應(yīng)用于齒輪生產(chǎn)中，相對而言，噴丸強(qiáng)化應(yīng)用更為廣泛些，因為它在技術(shù)和精確度方面較為優(yōu)勢。& X4 I  Y- `2 h$ ~' x/ X
第三種噴丸和拋丸混合式強(qiáng)化系統(tǒng)，盡管其應(yīng)用較不普遍，但它的優(yōu)勢在于同一臺機(jī)器，既能利用拋頭拋射，以保證較高的產(chǎn)能，又可利用一個壓力噴嘴，對特定區(qū)域進(jìn)行集中性地、更為精準(zhǔn)地噴丸強(qiáng)化。1 b& |  e+ _# F5 ]5 V
工藝參數(shù), Q" x* _" T+ V' X
無論使用哪種強(qiáng)化技術(shù)，它們的最終目的都是為了以一種持續(xù)、恒定、高重復(fù)性方式達(dá)到所需的強(qiáng)度。因此，很重要的一點是必須充分了解哪些關(guān)鍵參數(shù)會影響最后的強(qiáng)化效果。這些參數(shù)包括8 Y/ T$ _0 X: d5 N, @9 k
離心式拋頭強(qiáng)化：' k- I7 r( q7 K% B. y9 S1 V
- 拋頭3 t: g( \* F& B% H. {, q- B" r
- 拋頭功率
8 C) T0 N. ^: K3 d# F1 s3 D* S  L- 葉片速度
4 h7 K9 j  j; Q% w- d- 拋射角度/ v) s, V, v! i  `5 S6 r8 }
- 拋頭位置
4 N6 G8 M8 o# A3 L7 |5 }: X- 定向套移動
; H7 N5 V7 \' k以上這些參數(shù)都會影響最終的強(qiáng)化效果：
# F! K) S- y' F" \7 Z- 拋頭直徑?jīng)Q定了介質(zhì)丸粒被切向拋出的速度。一個17.5” 直徑的拋頭比一個14”直徑拋頭在同一拋頭轉(zhuǎn)速下，能產(chǎn)生更大的切向射速，因而達(dá)到更高的強(qiáng)化強(qiáng)度+ ?1 M( r0 J3 R( q: Y( s( M
- 拋頭馬力決定了被拋射出去的介質(zhì)數(shù)量
% J# L- s" ~) d6 _& M' F4 r- 拋頭尺寸和拋頭轉(zhuǎn)速決定了可達(dá)到的介質(zhì)射速和因而取得的強(qiáng)度。維爾貝萊特（集團(tuán)）的拋丸強(qiáng)化設(shè)備裝有變頻器，能控制和改變拋頭轉(zhuǎn)速和介質(zhì)射速
8 ?! {& w4 |& O6 n- 拋頭通常永久且牢固地固定在拋丸室內(nèi)的特定位置上。如需要改變拋射方式，可通過調(diào)節(jié)定向套的設(shè)定。定向套的位置決定了介質(zhì)被拋頭射出時確鑿的方向和角度。
3 l! a( Q9 D8 c, W& l2 Z壓力噴嘴式噴丸強(qiáng)化：3 p# O3 T) P3 K" L' f( d
- 噴嘴" s, B* W! _4 H  Y' t+ s% p1 x
- 噴嘴尺寸  C2 I0 H) N- [- T, |9 r. |
- 噴射壓力( k+ N, g6 J$ G
- 噴嘴角度9 e1 u# R: r* ?, X
- 噴嘴移動% @- M  J: y4 b0 k# z+ [* K9 r
- 多個噴嘴6 ?9 v! d) z" x" C* A
以上這些參數(shù)都會影響最終的強(qiáng)化效果：
  Y+ |) \. v" P3 u0 m- 在較為復(fù)雜嚴(yán)密的齒輪強(qiáng)化噴丸系統(tǒng)中，噴嘴的壓力是由一個閉路式反饋調(diào)控器控制。發(fā)生任何偏離預(yù)設(shè)的壓力值時，系統(tǒng)會觸發(fā)警報，自動關(guān)閉機(jī)器。4 d+ p6 b! s" z# P9 t- Z  u0 {  b
- 噴嘴尺寸決定了被噴射到零件表面的丸料數(shù)量，介質(zhì)射出后產(chǎn)生的能量都直接用于取得所需的強(qiáng)度。  N  `( \2 W% x, ?9 O# w
- 將噴嘴置于多軸機(jī)械手上，實現(xiàn)噴嘴的可控性地擺動及轉(zhuǎn)動，以滿足零件任何形狀，不同部位的噴射需要。根據(jù)待強(qiáng)化齒輪的輪廓，預(yù)設(shè)噴嘴的移動走線和距離，達(dá)到高度精確和高可重復(fù)性的工藝要求。# k! E5 ^0 w& u/ I  R3 I) \; a+ s' Y
/ G5 B) d! d% G- O7 q" o
注意：$ T' m/ ]/ K6 E" z
如要同時噴丸強(qiáng)化一組行星齒輪和環(huán)形齒輪，必須注意到這兩種齒輪齒根角度是不同的。因此，需要依靠不同的、獨立的噴嘴設(shè)定以達(dá)到兩種齒輪各自所需的強(qiáng)化效果。維爾貝萊特（集團(tuán)）的強(qiáng)化設(shè)備為兩種齒輪提供特定的噴嘴底座。其他工藝參數(shù)如  I0 P; Q* _0 S# G! I7 ^
- 丸流流速
4 N: S: b* z1 p5 r6 U! n7 {- 介質(zhì)顆粒大小- R* |7 z+ ]: `; R& o! `( {
- 顆粒尺寸是否均勻、一致
3 }5 Q' n- J: {- 流量控制閥（磁閥）能控制介質(zhì)丸流流速，在拋丸強(qiáng)化設(shè)備中，該磁閥安裝于拋頭喂料一側(cè)；在噴丸強(qiáng)化設(shè)備中，該磁閥安裝于壓力罐出口。
9 y; w# k; U8 C! q& V0 a- 振動篩篩分出尺寸過大，合適或尺寸過小的丸粒。使用兩個振動篩能確保每次強(qiáng)化過程中恒定、均勻尺寸的介質(zhì)。
3 B2 w9 o/ u2 ?: K2 h9 S3 S: K  }- 鋼丸（或切絲）大小是決定強(qiáng)化覆蓋率和生產(chǎn)周期時間的關(guān)鍵因素。較小的丸粒能在零件表層產(chǎn)生較高的應(yīng)力；較大的丸粒能影響工件較深的區(qū)域，在那里達(dá)到所需應(yīng)力水平，鋼丸的直徑必須小于齒輪最小過渡區(qū)圓角直徑的一半
' [$ }; h( I9 r2 M! l總結(jié)：5 ?7 X$ o6 `1 ~3 n$ W5 s
在過去幾年里，齒輪強(qiáng)化技術(shù)和設(shè)備發(fā)展迅速，原來應(yīng)用于飛機(jī)起落架強(qiáng)化的最復(fù)雜、精密的強(qiáng)化工藝已復(fù)制到對于齒輪的強(qiáng)化加工。其共同點，都在于對強(qiáng)化結(jié)果的一致恒定性，工藝的高可控性和高重復(fù)性有越來越嚴(yán)苛的要求。
' M, D, ~! R. u, E: ?3 J# |- a9 A' I機(jī)械工藝和精密的流程監(jiān)控相結(jié)合，為強(qiáng)化生產(chǎn)提供極大的靈活度和柔性，以取得滿意的零件強(qiáng)化效果。
" A3 B  e- s  i* C當(dāng)今的汽車工程師們已越來越傾向利用拋丸-噴丸結(jié)合式的系統(tǒng)，來同時滿足工藝和產(chǎn)量的需要。