หลายส่วนของเกียร์ลดพลังงานใหม่และเกียร์ยานยนต์โครงการนี้ต้องการการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อตหลังจากการเจียรเฟือง ซึ่งจะทำให้คุณภาพของพื้นผิวฟันลดลง และส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพ NVH ของระบบด้วย บทความนี้จะศึกษาความหยาบของพื้นผิวฟันในสภาวะต่างๆ ของกระบวนการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อต รวมถึงชิ้นส่วนต่างๆ ก่อนและหลังการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อต ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อตจะเพิ่มความหยาบของพื้นผิวฟัน ซึ่งได้รับผลกระทบจากลักษณะของชิ้นส่วน พารามิเตอร์ของกระบวนการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อต และปัจจัยอื่นๆ ภายใต้สภาวะกระบวนการผลิตแบบแบตช์ที่มีอยู่ ความหยาบของพื้นผิวฟันสูงสุดหลังจากการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อตจะสูงกว่าก่อนการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อต 3.1 เท่า มีการหารือถึงอิทธิพลของความหยาบของพื้นผิวฟันต่อประสิทธิภาพ NVH และเสนอมาตรการเพื่อปรับปรุงความหยาบหลังจากการขัดผิวด้วยเครื่องขัดแบบช็อต

ภายใต้พื้นหลังข้างต้น บทความนี้จะอภิปรายในสามประเด็นดังต่อไปนี้:

อิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการขัดผิวโลหะต่อความหยาบของพื้นผิวฟัน

ระดับการขยายความหยาบของพื้นผิวฟันด้วยการขัดด้วยผงโลหะภายใต้เงื่อนไขกระบวนการผลิตแบบแบตช์ที่มีอยู่

ผลกระทบของความหยาบของพื้นผิวฟันที่เพิ่มขึ้นต่อประสิทธิภาพ NVH และมาตรการปรับปรุงความหยาบหลังการขัดด้วยกระสุนปืน

การขัดผิวด้วยลูกเหล็กเป็นกระบวนการที่ลูกเหล็กขนาดเล็กจำนวนมากที่มีความแข็งสูงและเคลื่อนไหวด้วยความเร็วสูงกระทบกับพื้นผิวของชิ้นส่วน ภายใต้แรงกระแทกด้วยความเร็วสูงของลูกเหล็ก พื้นผิวของชิ้นส่วนจะเกิดหลุมและเกิดการเสียรูปพลาสติกขึ้น องค์กรรอบ ๆ หลุมจะต้านทานการเสียรูปนี้และก่อให้เกิดแรงกดทับที่ตกค้าง การทับซ้อนของหลุมจำนวนมากจะสร้างชั้นแรงกดทับที่ตกค้างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของชิ้นส่วน จึงทำให้ชิ้นส่วนมีความแข็งแรงต่อความล้าดีขึ้น โดยทั่วไปการขัดผิวด้วยลูกเหล็กจะแบ่งออกเป็นการขัดผิวด้วยลมอัดและการขัดผิวด้วยแรงเหวี่ยงตามวิธีการขัดผิวด้วยลูกเหล็กที่มีความเร็วสูง ดังแสดงในรูปที่ 1

การพ่นทรายด้วยอากาศอัดใช้ลมอัดเป็นพลังงานในการพ่นทรายจากปืน การพ่นทรายแบบแรงเหวี่ยงใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนใบพัดให้หมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อพ่นทราย พารามิเตอร์กระบวนการหลักของการพ่นทราย ได้แก่ ความแข็งแรงของความอิ่มตัว การครอบคลุม และคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการพ่นทราย (วัสดุ ขนาด รูปร่าง ความแข็ง) ความแข็งแรงของความอิ่มตัวเป็นพารามิเตอร์ในการกำหนดลักษณะความแข็งแรงของการพ่นทราย ซึ่งแสดงโดยความสูงของส่วนโค้ง (เช่น ระดับการโค้งงอของชิ้นทดสอบ Almen หลังจากพ่นทราย) อัตราการครอบคลุมหมายถึงอัตราส่วนของพื้นที่ที่ถูกปกคลุมโดยหลุมหลังจากพ่นทรายต่อพื้นที่ทั้งหมดของพื้นที่ที่พ่นทราย วัสดุที่ใช้พ่นทรายที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ลวดเหล็กตัด เหล็กหล่อ เซรามิก แก้ว ฯลฯ ขนาด รูปร่าง และความแข็งของวัสดุที่ใช้ในการพ่นทรายมีเกรดที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดกระบวนการทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนเพลาเกียร์ส่งกำลังแสดงอยู่ในตารางที่ 1

ส่วนทดสอบคือเฟืองเพลาตัวกลาง 1/6 ของโครงการไฮบริด โครงสร้างเฟืองแสดงไว้ในรูปที่ 2 หลังจากการเจียร โครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวฟันคือเกรด 2 ความแข็งของพื้นผิวคือ 710HV30 และความลึกของชั้นการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพคือ 0.65 มม. ทั้งหมดนี้เป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิค ความหยาบของพื้นผิวฟันก่อนการขัดด้วยลูกปืนแสดงไว้ในตารางที่ 3 และความแม่นยำของโปรไฟล์ฟันแสดงไว้ในตารางที่ 4 จะเห็นได้ว่าความหยาบของพื้นผิวฟันก่อนการขัดด้วยลูกปืนนั้นดี และส่วนโค้งของโปรไฟล์ฟันก็เรียบ

แผนการทดสอบและพารามิเตอร์การทดสอบ

เครื่องยิงลูกเหล็กอัดอากาศใช้ในการทดสอบ เนื่องจากเงื่อนไขการทดสอบ จึงไม่สามารถตรวจสอบผลกระทบของคุณสมบัติของวัสดุยิงลูกเหล็ก (วัสดุ ขนาด ความแข็ง) ได้ ดังนั้น คุณสมบัติของวัสดุยิงลูกเหล็กจึงคงที่ในการทดสอบ มีเพียงการตรวจสอบผลกระทบของความแข็งแรงของความอิ่มตัวและการครอบคลุมต่อความหยาบของพื้นผิวฟันหลังการพ่นลูกเหล็กเท่านั้น ดูตารางที่ 2 สำหรับรูปแบบการทดสอบ กระบวนการกำหนดพารามิเตอร์การทดสอบที่เฉพาะเจาะจงมีดังนี้: วาดเส้นโค้งความอิ่มตัว (รูปที่ 3) ผ่านการทดสอบคูปอง Almen เพื่อกำหนดจุดอิ่มตัว เพื่อล็อกแรงดันอากาศอัด การไหลของลูกเหล็ก ความเร็วการเคลื่อนที่ของหัวฉีด ระยะห่างของหัวฉีดจากชิ้นส่วน และพารามิเตอร์อุปกรณ์อื่นๆ

ผลการทดสอบ

ข้อมูลความหยาบของพื้นผิวฟันหลังการพ่นทรายจะแสดงอยู่ในตารางที่ 3 และความแม่นยำของโปรไฟล์ฟันจะแสดงอยู่ในตารางที่ 4 จะเห็นได้ว่าภายใต้เงื่อนไขการพ่นทรายทั้งสี่แบบ ความหยาบของพื้นผิวฟันจะเพิ่มขึ้นและเส้นโค้งของโปรไฟล์ฟันจะเว้าและนูนขึ้นหลังจากการพ่นทราย อัตราส่วนของความหยาบหลังจากการพ่นทรายต่อความหยาบก่อนการพ่นทรายจะถูกใช้เพื่อกำหนดลักษณะการขยายความหยาบ (ตารางที่ 3) จะเห็นได้ว่าการขยายความหยาบจะแตกต่างกันภายใต้เงื่อนไขกระบวนการทั้งสี่แบบ

การติดตามแบบแบตช์ของการขยายความหยาบของพื้นผิวฟันโดยใช้ Shot Peening

ผลการทดสอบในส่วนที่ 3 แสดงให้เห็นว่าความหยาบของพื้นผิวฟันเพิ่มขึ้นในระดับที่แตกต่างกันหลังจากการขัดด้วยเครื่องขัดด้วยกระบวนการที่แตกต่างกัน เพื่อให้เข้าใจถึงการขยายของการขัดด้วยเครื่องขัดด้วยเครื่องขัดต่อความหยาบของพื้นผิวฟันและเพิ่มจำนวนตัวอย่าง จึงได้เลือก 5 รายการ 5 ประเภทและ 44 ชิ้นส่วนทั้งหมดเพื่อติดตามความหยาบก่อนและหลังการขัดด้วยเครื่องขัดด้วยเครื่องขัดภายใต้เงื่อนไขของกระบวนการขัดด้วยเครื่องขัดด้วยเครื่องขัดแบบผลิตเป็นชุด ดูตารางที่ 5 สำหรับข้อมูลทางกายภาพและทางเคมีและข้อมูลกระบวนการขัดด้วยเครื่องขัดด้วยเครื่องขัดของชิ้นส่วนที่ติดตามหลังจากการเจียรเฟือง รูปที่ 4 แสดงข้อมูลความหยาบและกำลังขยายของผิวฟันด้านหน้าและด้านหลังก่อนการพ่นทราย รูปที่ 4 แสดงให้เห็นว่าช่วงความหยาบของผิวฟันก่อนการพ่นทรายคือ Rz1.6 μ m-Rz4.3 μ m หลังจากทำการพ่นทราย ความหยาบจะเพิ่มขึ้น และช่วงการกระจายคือ Rz2.3 μ m-Rz6.7 μ m ความหยาบสูงสุดสามารถขยายได้ถึง 3.1 เท่าก่อนการพ่นทราย

ปัจจัยที่มีผลต่อความหยาบของผิวฟันหลังการขัดฟัน

จากหลักการของการขัดผิวด้วยลูกเหล็กจะเห็นได้ว่าความแข็งที่สูงและการขัดผิวด้วยความเร็วสูงจะทิ้งรอยหยักไว้มากมายบนพื้นผิวของชิ้นส่วน ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของแรงกดตกค้าง ในขณะเดียวกัน รอยหยักเหล่านี้ยังมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความหยาบของพื้นผิวอีกด้วย ลักษณะของชิ้นส่วนก่อนขัดผิวด้วยลูกเหล็กและพารามิเตอร์ของกระบวนการขัดผิวด้วยลูกเหล็กจะส่งผลต่อความหยาบหลังขัดผิวด้วยลูกเหล็ก ดังที่แสดงไว้ในตารางที่ 6 ในส่วนที่ 3 ของเอกสารนี้ ภายใต้เงื่อนไขกระบวนการทั้งสี่ประการ ความหยาบของพื้นผิวฟันหลังขัดผิวด้วยลูกเหล็กจะเพิ่มขึ้นในระดับที่แตกต่างกัน ในการทดสอบนี้ มีตัวแปรสองตัว ได้แก่ ความหยาบก่อนขัดผิวและพารามิเตอร์ของกระบวนการ (ความแข็งแรงของความอิ่มตัวหรือการครอบคลุม) ซึ่งไม่สามารถระบุความสัมพันธ์ระหว่างความหยาบหลังขัดผิวด้วยลูกเหล็กและปัจจัยที่มีอิทธิพลแต่ละปัจจัยได้อย่างแม่นยำ ในปัจจุบัน นักวิชาการหลายคนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้ และเสนอแบบจำลองการทำนายทางทฤษฎีของความหยาบของพื้นผิวหลังขัดผิวด้วยลูกเหล็กโดยอาศัยการจำลององค์ประกอบไฟไนต์ ซึ่งใช้ในการทำนายค่าความหยาบที่สอดคล้องกันของกระบวนการขัดผิวด้วยลูกเหล็กที่แตกต่างกัน

จากประสบการณ์จริงและการวิจัยของนักวิชาการคนอื่นๆ สามารถคาดเดาโหมดอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ได้ตามที่แสดงในตารางที่ 6 จะเห็นได้ว่าความหยาบหลังการขัดด้วยลูกปืนได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการอย่างครอบคลุม ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความเค้นอัดตกค้างด้วย เพื่อลดความหยาบหลังการขัดด้วยลูกปืนโดยยึดหลักการรับประกันความเค้นอัดตกค้าง จำเป็นต้องทดสอบกระบวนการจำนวนมากเพื่อปรับให้การรวมพารามิเตอร์เหมาะสมอย่างต่อเนื่อง

อิทธิพลของความหยาบผิวฟันต่อประสิทธิภาพ NVH ของระบบ

ชิ้นส่วนของเฟืองอยู่ในระบบส่งกำลังแบบไดนามิก และความหยาบของพื้นผิวฟันเฟืองจะส่งผลต่อประสิทธิภาพ NVH ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าภายใต้ภาระและความเร็วเดียวกัน ยิ่งความหยาบของพื้นผิวเฟืองเฟืองมากเท่าไร การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของระบบก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อภาระและความเร็วเพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนก็จะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงการลดพลังงานใหม่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาความเร็วสูงและแรงบิดขนาดใหญ่ ในปัจจุบัน แรงบิดสูงสุดของตัวลดพลังงานใหม่ของเราคือ 354N·m และความเร็วสูงสุดคือ 16000r/นาที ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 20000r/นาทีในอนาคต ภายใต้เงื่อนไขการทำงานดังกล่าว จำเป็นต้องพิจารณาอิทธิพลของการเพิ่มขึ้นของความหยาบของพื้นผิวฟันต่อประสิทธิภาพ NVH ของระบบ

มาตรการปรับปรุงความหยาบผิวฟันหลังการขัดด้วยเครื่องยิงทราย

กระบวนการขัดผิวด้วยลูกปืนหลังจากการเจียรเฟืองสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของความล้าจากการสัมผัสของพื้นผิวฟันเฟืองและความแข็งแรงของความล้าจากการดัดของรากฟันได้ หากจำเป็นต้องใช้กระบวนการนี้เนื่องจากเหตุผลด้านความแข็งแรงในกระบวนการออกแบบเฟือง เพื่อพิจารณาประสิทธิภาพ NVH ของระบบ ความหยาบของพื้นผิวฟันเฟืองหลังจากการขัดผิวด้วยลูกปืนสามารถปรับปรุงได้จากแง่มุมต่อไปนี้:

ก. ปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการขัดผิวให้เหมาะสมที่สุด และควบคุมการขยายของความหยาบของพื้นผิวฟันหลังขัดผิวด้วยหลักการที่ว่าต้องรักษาแรงกดที่เหลือเอาไว้ ซึ่งต้องใช้การทดสอบกระบวนการจำนวนมาก และความยืดหยุ่นของกระบวนการยังไม่แข็งแกร่ง

ข. ใช้กระบวนการยิงลูกแก้วแบบผสม กล่าวคือ หลังจากทำการยิงลูกแก้วที่มีความแข็งแรงปกติเสร็จแล้ว ก็จะทำการยิงลูกแก้วอีกครั้ง โดยปกติแล้ว ความแข็งแรงของกระบวนการยิงลูกแก้วที่เพิ่มขึ้นจะมีขนาดเล็ก สามารถปรับประเภทและขนาดของวัสดุที่ยิงได้ เช่น ลูกแก้วเซรามิก ลูกแก้วแก้ว หรือลูกแก้วตัดลวดเหล็กที่มีขนาดเล็กกว่า

c. หลังจากการขัดด้วยลูกปืนแล้ว จะมีการเพิ่มกระบวนการต่างๆ เช่น การขัดผิวฟันและการลับแบบอิสระ

ในบทความนี้ เราจะศึกษาความหยาบของพื้นผิวฟันในสภาวะต่างๆ ของกระบวนการยิงกระสุนปืน รวมถึงชิ้นส่วนต่างๆ ก่อนและหลังการยิงกระสุนปืน และได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้จากเอกสารอ้างอิง:

◆ การขัดด้วยทรายจะเพิ่มความหยาบของพื้นผิวฟัน ซึ่งได้รับผลกระทบจากลักษณะของชิ้นส่วนก่อนการขัดด้วยทราย พารามิเตอร์ของกระบวนการขัดด้วยทราย และปัจจัยอื่นๆ และปัจจัยเหล่านี้ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อแรงอัดที่เหลืออีกด้วย

◆ ภายใต้เงื่อนไขกระบวนการผลิตแบบแบตช์ที่มีอยู่ ความหยาบของพื้นผิวฟันสูงสุดหลังการขัดด้วยลูกปืนคือ 3.1 เท่าของก่อนการขัดด้วยลูกปืน

◆ ความหยาบของพื้นผิวฟันที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ระบบเกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนมากขึ้น ยิ่งแรงบิดและความเร็วสูงขึ้น การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนก็จะยิ่งเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

◆ ความหยาบของพื้นผิวฟันหลังการขัดด้วยลูกปืนสามารถปรับปรุงได้โดยการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการขัดด้วยลูกปืน การขัดด้วยลูกปืนแบบผสม การเพิ่มการขัดเงาหรือการลับฟรีหลังการขัดด้วยลูกปืน เป็นต้น คาดว่าการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการขัดด้วยลูกปืนจะควบคุมการขยายความหยาบได้ประมาณ 1.5 เท่า