Muitas partes deas novas engrenagens redutoras de energiaeengrenagens automotivasO projeto exige jateamento com esferas após a retificação de engrenagens, o que deteriora a qualidade da superfície do dente e pode afetar o desempenho NVH do sistema. Este artigo estuda a rugosidade da superfície do dente em diferentes condições de jateamento com esferas e em diferentes peças antes e depois do processo. Os resultados mostram que o jateamento com esferas aumenta a rugosidade da superfície do dente, sendo esta influenciada pelas características das peças, pelos parâmetros do processo de jateamento e por outros fatores. Sob as condições atuais do processo de produção em lote, a rugosidade máxima da superfície do dente após o jateamento com esferas é 3,1 vezes maior do que antes do processo. A influência da rugosidade da superfície do dente no desempenho NVH é discutida e medidas para melhorar a rugosidade após o jateamento com esferas são propostas.

Com base no exposto, este artigo aborda os seguintes três aspectos:

Influência dos parâmetros do processo de jateamento com esferas na rugosidade da superfície dentária;

Grau de amplificação do jateamento com esferas na rugosidade da superfície do dente sob as condições existentes do processo de produção em lote;

Impacto do aumento da rugosidade da superfície dentária no desempenho NVH e medidas para melhorar a rugosidade após jateamento com esferas.

O jateamento por esferas refere-se ao processo no qual inúmeros projéteis pequenos, de alta dureza e alta velocidade, atingem a superfície de peças. Sob o impacto em alta velocidade dos projéteis, a superfície da peça produz cavidades e ocorre deformação plástica. As estruturas ao redor das cavidades resistem a essa deformação e geram tensão residual de compressão. A sobreposição de inúmeras cavidades forma uma camada uniforme de tensão residual de compressão na superfície da peça, melhorando assim sua resistência à fadiga. De acordo com a forma como a alta velocidade é obtida pelo impacto dos projéteis, o jateamento por esferas é geralmente dividido em jateamento por esferas com ar comprimido e jateamento por esferas centrífugo, conforme mostrado na Figura 1.

O jateamento com ar comprimido utiliza ar comprimido como fonte de energia para pulverizar as esferas através de uma pistola; o jateamento centrífugo utiliza um motor para acionar o impulsor, que gira em alta velocidade para lançar as esferas. Os principais parâmetros do processo de jateamento incluem a resistência à saturação, a taxa de cobertura e as propriedades do material de jateamento (material, tamanho, forma e dureza). A resistência à saturação é um parâmetro que caracteriza a resistência do jateamento, expressa pela altura do arco (ou seja, o grau de curvatura do corpo de prova Almen após o jateamento); a taxa de cobertura refere-se à proporção entre a área coberta pela cavidade após o jateamento e a área total jateada; os materiais de jateamento mais comuns incluem esferas de corte de fio de aço, esferas de aço fundido, esferas de cerâmica, esferas de vidro, etc. O tamanho, a forma e a dureza dos materiais de jateamento variam. Os requisitos gerais do processo para peças de eixos de engrenagens de transmissão são mostrados na Tabela 1.

A peça de teste é a engrenagem do eixo intermediário 1/6 de um projeto híbrido. A estrutura da engrenagem é mostrada na Figura 2. Após a retificação, a microestrutura da superfície do dente é de Grau 2, a dureza superficial é de 710 HV30 e a profundidade efetiva da camada de têmpera é de 0,65 mm, todas dentro dos requisitos técnicos. A rugosidade da superfície do dente antes do jateamento é mostrada na Tabela 3 e a precisão do perfil do dente é mostrada na Tabela 4. Pode-se observar que a rugosidade da superfície do dente antes do jateamento é boa e a curva do perfil do dente é suave.

Plano de teste e parâmetros de teste

No teste, utiliza-se uma máquina de jateamento com ar comprimido. Devido às condições do teste, não é possível verificar o impacto das propriedades do meio de jateamento (material, tamanho, dureza). Portanto, as propriedades do meio de jateamento são mantidas constantes durante o teste. Verifica-se apenas o impacto da intensidade de saturação e da cobertura na rugosidade da superfície do dente após o jateamento. Consulte a Tabela 2 para o esquema do teste. O processo específico de determinação dos parâmetros do teste é o seguinte: traçar a curva de saturação (Figura 3) por meio do teste com cupons Almen para determinar o ponto de saturação, de modo a fixar a pressão do ar comprimido, a vazão de esferas de aço, a velocidade de deslocamento do bocal, a distância do bocal em relação às peças e outros parâmetros do equipamento.

resultado do teste

Os dados de rugosidade da superfície do dente após o jateamento com esferas são apresentados na Tabela 3, e a precisão do perfil do dente é mostrada na Tabela 4. Pode-se observar que, sob as quatro condições de jateamento com esferas, a rugosidade da superfície do dente aumenta e a curva do perfil do dente torna-se côncava e convexa após o jateamento. A razão entre a rugosidade após o jateamento e a rugosidade antes do jateamento é usada para caracterizar a amplificação da rugosidade (Tabela 3). Pode-se observar que a amplificação da rugosidade é diferente sob as quatro condições de processo.

Rastreamento em lote da ampliação da rugosidade da superfície dentária por jateamento com esferas

Os resultados dos testes na Seção 3 mostram que a rugosidade da superfície do dente aumenta em diferentes graus após o jateamento com esferas, utilizando diferentes processos. Para compreender completamente a amplificação do efeito do jateamento com esferas na rugosidade da superfície do dente e aumentar o número de amostras, foram selecionados 5 itens, 5 tipos e um total de 44 peças para monitorar a rugosidade antes e depois do jateamento com esferas, sob as condições de um processo de produção em lote. Consulte a Tabela 5 para obter informações físico-químicas e informações sobre o processo de jateamento com esferas das peças monitoradas após a retificação das engrenagens. Os dados de rugosidade e ampliação das superfícies frontal e traseira do dente antes do jateamento com esferas são mostrados na Figura 4. A Figura 4 mostra que a faixa de rugosidade da superfície do dente antes do jateamento com esferas é de Rz1,6 μm a Rz4,3 μm; após o jateamento com esferas, a rugosidade aumenta e a faixa de distribuição é de Rz2,3 μm a Rz6,7 μm; a rugosidade máxima pode ser amplificada em até 3,1 vezes antes do jateamento com esferas.

Fatores que influenciam a rugosidade da superfície dentária após jateamento com esferas

Pelo princípio do jateamento com esferas, observa-se que a alta dureza e a alta velocidade das esferas deixam inúmeras cavidades na superfície da peça, que são a fonte de tensão residual de compressão. Ao mesmo tempo, essas cavidades inevitavelmente aumentam a rugosidade superficial. As características das peças antes do jateamento e os parâmetros do processo influenciam a rugosidade após o jateamento, conforme listado na Tabela 6. Na Seção 3 deste artigo, sob quatro condições de processo, a rugosidade da superfície do dente após o jateamento aumenta em diferentes graus. Neste teste, existem duas variáveis, a saber, a rugosidade antes do jateamento e os parâmetros do processo (resistência à saturação ou cobertura), que não permitem determinar com precisão a relação entre a rugosidade após o jateamento e cada fator de influência isoladamente. Atualmente, muitos pesquisadores têm se dedicado a esse tema e proposto um modelo teórico de previsão da rugosidade superficial após o jateamento, baseado em simulação por elementos finitos, que é utilizado para prever os valores de rugosidade correspondentes a diferentes processos de jateamento.

Com base na experiência prática e em pesquisas de outros estudiosos, os modos de influência de diversos fatores podem ser previstos, conforme mostrado na Tabela 6. Observa-se que a rugosidade após o jateamento com esferas é afetada por muitos fatores, que também são fatores-chave que afetam a tensão residual de compressão. Para reduzir a rugosidade após o jateamento com esferas, mantendo a tensão residual de compressão, é necessário um grande número de testes de processo para otimizar continuamente a combinação de parâmetros.

Influência da rugosidade da superfície dentária no desempenho NVH do sistema

As engrenagens fazem parte de um sistema de transmissão dinâmico, e a rugosidade da superfície dos dentes afeta seu desempenho em termos de NVH (ruído, vibração e aspereza). Os resultados experimentais mostram que, sob a mesma carga e velocidade, quanto maior a rugosidade da superfície, maior a vibração e o ruído do sistema; quando a carga e a velocidade aumentam, a vibração e o ruído aumentam ainda mais.

Nos últimos anos, os projetos de novos redutores de energia têm aumentado rapidamente, demonstrando a tendência de desenvolvimento de alta velocidade e alto torque. Atualmente, o torque máximo do nosso novo redutor de energia é de 354 N·m e a velocidade máxima é de 16.000 rpm, com previsão de aumento para mais de 20.000 rpm no futuro. Nessas condições de operação, a influência do aumento da rugosidade da superfície dos dentes no desempenho NVH (ruído, vibração e aspereza) do sistema deve ser considerada.

Medidas para melhorar a rugosidade da superfície dentária após jateamento com esferas

O processo de jateamento com esferas após a retificação de engrenagens pode melhorar a resistência à fadiga por contato da superfície do dente e a resistência à fadiga por flexão da raiz do dente. Se esse processo for necessário devido a razões de resistência no projeto de engrenagens, e considerando o desempenho NVH (ruído, vibração e aspereza) do sistema, a rugosidade da superfície do dente após o jateamento pode ser melhorada nos seguintes aspectos:

a. Otimizar os parâmetros do processo de jateamento com esferas e controlar a amplificação da rugosidade da superfície do dente após o jateamento, garantindo a tensão residual de compressão. Isso requer muitos testes de processo e a versatilidade do processo não é grande.

b. O processo de jateamento composto é adotado, ou seja, após a conclusão do jateamento de resistência normal, adiciona-se outro jateamento. O aumento de resistência proporcionado pelo processo de jateamento geralmente é pequeno. O tipo e o tamanho dos materiais das esferas podem ser ajustados, como esferas de cerâmica, esferas de vidro ou esferas de aço cortadas com granulometria menor.

c. Após o jateamento com esferas, são adicionados processos como polimento da superfície dos dentes e brunimento livre.

Neste artigo, estudou-se a rugosidade da superfície dentária em diferentes condições do processo de jateamento com esferas e em diferentes peças antes e depois do jateamento, e as seguintes conclusões foram obtidas com base na literatura:

◆ O jateamento com esferas aumentará a rugosidade da superfície do dente, que é afetada pelas características das peças antes do jateamento, pelos parâmetros do processo de jateamento e por outros fatores, sendo que esses fatores também são os principais responsáveis ​​pela tensão residual de compressão;

◆ Nas condições atuais do processo de produção em lote, a rugosidade máxima da superfície do dente após o jateamento é 3,1 vezes maior do que antes do jateamento;

◆ O aumento da rugosidade da superfície dos dentes aumentará a vibração e o ruído do sistema. Quanto maior o torque e a velocidade, mais evidente será o aumento da vibração e do ruído;

◆ A rugosidade da superfície do dente após o jateamento pode ser melhorada otimizando os parâmetros do processo de jateamento, por meio de jateamento composto, adicionando polimento ou brunimento livre após o jateamento, etc. Espera-se que a otimização dos parâmetros do processo de jateamento controle a amplificação da rugosidade em cerca de 1,5 vezes.