חלקים רבים שלגלגלי ההילוכים החדשים להפחתת אנרגיהוגלגלי שיניים לרכבהפרויקט דורש השחזה באמצעות כדור אש (Jet Peening) לאחר שיוף גלגלי שיניים, דבר שיפגע באיכות פני השטח של השן ואף ישפיע על ביצועי ה-NVH של המערכת. מאמר זה בוחן את חספוס פני השטח של השן בתנאי תהליך השחזה באמצעות כדור אש שונים ובחלקים שונים לפני ואחרי השחזה באמצעות כדור אש. התוצאות מראות כי השחזה באמצעות כדור אש יגביר את חספוס פני השטח של השן, המושפע ממאפייני החלקים, פרמטרי תהליך השחזה באמצעות כדור אש וגורמים אחרים; בתנאי תהליך הייצור הקיימים, חספוס פני השטח המרבי של השן לאחר השחזה באמצעות כדור אש הוא פי 3.1 מזה שלפני השחזה באמצעות כדור אש. נדונה השפעת חספוס פני השטח של השן על ביצועי ה-NVH, ומוצעים אמצעים לשיפור החספוס לאחר השחזה באמצעות כדור אש.

על רקע האמור לעיל, מאמר זה דן משלושת ההיבטים הבאים:

השפעת פרמטרי תהליך הצללת השיניים על חספוס פני השטח של השן;

מידת ההגברה של יריעת לחיצה על חספוס פני השטח של השן בתנאי תהליך ייצור אצווה קיימים;

השפעת חספוס מוגבר של פני השטח של השן על ביצועי NVH ואמצעים לשיפור החספוס לאחר הסרת שיער בשיטת Shot Peening.

ניקוי כדורי (Shot Peening) מתייחס לתהליך שבו מספר רב של קליעים קטנים בעלי קשיות גבוהה ותנועה במהירות גבוהה פוגעים בפני השטח של החלקים. תחת השפעת הקליע במהירות גבוהה, פני השטח של החלק ייצרו בורות ותתרחש דפורמציה פלסטית. הארגונים סביב הבורות יתנגדו לעיוות זה וייצרו מאמץ דחיסה שיורי. חפיפה של בורות רבים תיצור שכבת מאמץ דחיסה שיורית אחידה על פני החלק, ובכך תשפר את חוזק העייפות של החלק. על פי שיטת השגת מהירות גבוהה באמצעות ניקוי כדורי, ניקוי כדורי מחולק בדרך כלל לניקוי כדורי באוויר דחוס ולניקוי כדורי צנטריפוגלי, כפי שמוצג באיור 1.

התזת כדורים באוויר דחוס משתמשת באוויר דחוס ככוח להתזת כדורים מהאקדח; התזת כדורים צנטריפוגלית משתמשת במנוע כדי להניע את האימפלר להסתובב במהירות גבוהה כדי לזרוק את כדורים. פרמטרי התהליך המרכזיים של התזת כדורים כוללים חוזק רוויה, כיסוי ותכונות מדיום התזת כדורים (חומר, גודל, צורה, קשיות). חוזק רוויה הוא פרמטר לאפיון חוזק התזת כדורים, המתבטא בגובה הקשת (כלומר, דרגת הכיפוף של חתיכת הבדיקה של אלמן לאחר התזת כדורים); שיעור הכיסוי מתייחס ליחס בין השטח המכוסה על ידי הבור לאחר התזת כדורים לשטח הכולל של השטח שעבר התזת כדורים; מדיות התזת כדורים נפוצות כוללות כדורי חיתוך תיל פלדה, כדורי פלדה יצוקה, כדורי קרמיקה, כדורי זכוכית וכו'. הגודל, הצורה והקשיות של מדיום התזת כדורים שונים. דרישות התהליך הכלליות לחלקי ציר גלגלי שיניים מוצגות בטבלה 1.

חלק הבדיקה הוא גלגל השיניים הביניים 1/6 של פרויקט היברידי. מבנה גלגל השיניים מוצג באיור 2. לאחר השחזה, המיקרו-מבנה של פני השן הוא דרגה 2, קשיות פני השטח היא 710HV30, ועומק שכבת ההקשיה האפקטיבי הוא 0.65 מ"מ, הכל במסגרת הדרישות הטכניות. חספוס פני השטח של השן לפני ליטוש כדורי מוצג בטבלה 3, ודיוק פרופיל השן מוצג בטבלה 4. ניתן לראות כי חספוס פני השטח של השן לפני ליטוש כדורי טוב, ועקומת פרופיל השן חלקה.

תוכנית בדיקה ופרמטרי בדיקה

בבדיקה נעשה שימוש במכונת הדבקה מהירה באוויר דחוס. עקב תנאי הבדיקה, לא ניתן לאמת את השפעת תכונות מדיום ההדבקה המהירה (חומר, גודל, קשיות). לכן, תכונות מדיום ההדבקה המהירה קבועות בבדיקה. רק ההשפעה של חוזק הרוויה והכיסוי על חספוס פני השטח של השן לאחר ההדבקה המהירה מאומתת. ראה טבלה 2 עבור סכמת הבדיקה. תהליך הקביעה הספציפי של פרמטרי הבדיקה הוא כדלקמן: צייר את עקומת הרוויה (איור 3) באמצעות מבחן קופון אלמן כדי לקבוע את נקודת הרוויה, כך לנעול את לחץ האוויר הדחוס, זרימת ירי הפלדה, מהירות תנועת הפיה, מרחק הפיה מחלקים ופרמטרים אחרים של הציוד.

תוצאת הבדיקה

נתוני חספוס פני השטח של השן לאחר בדיקת הריסוס מוצגים בטבלה 3, ודיוק פרופיל השן מוצג בטבלה 4. ניתן לראות כי תחת ארבעת תנאי הריסוס, חספוס פני השטח של השן עולה ועקומת פרופיל השן הופכת קעורה וקמורה לאחר הריסוס. היחס בין החספוס לאחר הריסוס לחספוס לפני הריסוס משמש לאפיון הגדלת החספוס (טבלה 3). ניתן לראות כי הגדלת החספוס שונה תחת ארבעת תנאי התהליך.

מעקב אצווה אחר הגדלת חספוס פני השטח של השן על ידי ניקוי ירייה

תוצאות הבדיקה בסעיף 3 מראות כי חספוס פני השטח של השן עולה בדרגות שונות לאחר הסרת שיניים באמצעות שרף (או: יריעת שיניים) בתהליכים שונים. על מנת להבין באופן מלא את ההגברה של הסרת שיניים באמצעות שרף על חספוס פני השטח של השן ולהגדיל את מספר הדגימות, נבחרו 5 פריטים, 5 סוגים ו-44 חלקים בסך הכל, כדי לעקוב אחר החספוס לפני ואחרי הסרת שיניים באמצעות שרף בתנאי תהליך ייצור אצווה של הסרת שיניים באמצעות שרף. ראה טבלה 5 למידע פיזיקלי וכימי ומידע על תהליך הסרת השרף של חלקים במעקב לאחר שיוף גלגלי שיניים. נתוני חספוס והגדלה של משטחי השן הקדמיים והאחוריים לפני הסרת שיניים באמצעות שרף מוצגים באיור 4. איור 4 מראה שטווח חספוס פני השטח של השן לפני הסרת שיניים באמצעות שרף הוא Rz1.6 מיקרומטר - Rz4.3 מיקרומטר; לאחר הסרת השרף, החספוס עולה, וטווח ההתפלגות הוא Rz2.3 מיקרומטר - Rz6.7 מיקרומטר; ניתן להגביר את החספוס המרבי פי 3.1 לפני הסרת השרף באמצעות שרף.

גורמים המשפיעים על חספוס פני השטח של השן לאחר הסרת שיער בשיטת shot peening

ניתן לראות מעקרון תהליך ההתכה באמצעות יריעת ירי (HBPI) כי קשיות גבוהה ותנועת יריעת ירי במהירות גבוהה משאירים אינספור בורות על פני החלק, שהם מקור למאמץ דחיסה שיורי. יחד עם זאת, בורות אלה נוטים להגביר את חספוס פני השטח. מאפייני החלקים לפני ההתכה באמצעות יריעת יריעת יריעת ופרמטרי תהליך ההתכה באמצעות יריעת ...

בהתבסס על הניסיון בפועל ומחקר של חוקרים אחרים, ניתן לשער את אופני ההשפעה של גורמים שונים כפי שמוצג בטבלה 6. ניתן לראות כי החספוס לאחר עיבוד שבבי באמצעות ציפוי ירייה מושפע באופן מקיף מגורמים רבים, שהם גם הגורמים המרכזיים המשפיעים על מאמץ הדחיסה השיורי. על מנת להפחית את החספוס לאחר עיבוד שבבי באמצעות ציפוי ירייה, תוך הבטחת מאמץ הדחיסה השיורי, נדרשים מספר רב של בדיקות תהליך כדי לייעל באופן רציף את שילוב הפרמטרים.

השפעת חספוס פני השטח של השן על ביצועי NVH של המערכת

חלקי גלגל השיניים נמצאים במערכת תיבת ההילוכים הדינמית, וחספוס פני השטח של השן ישפיע על ביצועי ה-NVH שלהם. תוצאות הניסוי מראות שתחת אותו עומס ומהירות, ככל שחספוס פני השטח גדול יותר, כך גדלים הרטט והרעש של המערכת; כאשר העומס והמהירות עולים, הרטט והרעש עולים בצורה ברורה יותר.

בשנים האחרונות, פרויקטים של מפחיתי אנרגיה חדשים גדלו במהירות, ומראים מגמת פיתוח של מהירות גבוהה ומומנט גדול. נכון לעכשיו, המומנט המרבי של מפחית האנרגיה החדש שלנו הוא 354 ניוטון מטר, והמהירות המרבית היא 16000 סל"ד, ומהירותה תגדל ליותר מ-20000 סל"ד בעתיד. בתנאי עבודה כאלה, יש לקחת בחשבון את השפעת העלייה בחספוס פני השטח של השן על ביצועי ה-NVH של המערכת.

אמצעי שיפור לחספוס פני השטח של השן לאחר הסרת שיער בשיטת shot peening

תהליך הלחיצה באמצעות גלגל שיניים (shot peening) לאחר שיוף גלגלי שיניים יכול לשפר את חוזק עייפות המגע של פני שטח שן גלגל השיניים ואת חוזק עייפות הכיפוף של שורש השן. אם יש להשתמש בתהליך זה מסיבות של חוזק בתהליך תכנון גלגל השיניים, על מנת להתחשב בביצועי ה-NVH של המערכת, ניתן לשפר את חספוס פני שטח שן גלגל השיניים לאחר הלחיצה באמצעות גלגל שיניים מההיבטים הבאים:

א. אופטימיזציה של פרמטרי תהליך ה-"shot peening" (הברקת כדורים), ושליטה על הגברת חספוס פני השטח של השן לאחר ה-"shot peening" על בסיס הבטחת מאמץ דחיסה שיורי. זה דורש בדיקות תהליך רבות, וגמישות התהליך אינה חזקה.

ב. תהליך הצללת כדורים מרוכבים מאומץ, כלומר, לאחר השלמת הצללת כדורים בעוצמה רגילה, מוסיפים הצללת כדורים נוספת. עוצמת תהליך הצללת כדורים המוגברת היא בדרך כלל קטנה. ניתן להתאים את סוג וגודל חומרי הצללת, כגון כדורים קרמיים, כדורים מזכוכית או כדורים חתוכים לתיל פלדה בגודל קטן יותר.

ג. לאחר ליטוש שרף (shot peening), מתווספים תהליכים כגון ליטוש פני השטח של השן והשחזה חופשית.

במאמר זה, נחקר חספוס פני השטח של השן בתנאי תהליך שונים של הסרת שיער בלחץ גבוה ובחלקים שונים לפני ואחרי הסרת שיער בלחץ גבוה, והמסקנות הבאות נגזרו על סמך הספרות:

◆ הסרת שיער בלחץ גבוה תגביר את חספוס פני השטח של השן, המושפע ממאפייני החלקים לפני הסרת השיער בלחץ גבוה, מפרמטרי תהליך הסרת השיער בלחץ גבוה וגורמים נוספים. גורמים אלה הם גם הגורמים המרכזיים המשפיעים על מאמץ הדחיסה השיורי;

◆ בתנאי תהליך הייצור הקיימים, חספוס פני השטח המרבי של השן לאחר הסרת שכבות הוא פי 3.1 מזה שלפני הסרת שכבות;

◆ העלייה בחספוס פני השטח של השן תגביר את הרטט והרעש של המערכת. ככל שמומנט ומהירות גבוהים יותר, כך העלייה ברטט וברעש ניכרת יותר;

◆ ניתן לשפר את חספוס פני השטח של השן לאחר הסרת שיער בשיטת "הדבקת שיטת ירי" על ידי אופטימיזציה של פרמטרי תהליך הדבקת השיטת ירי, ליטוש בשיטת "הדבקת שיטת ירי" מרוכבת, הוספת ליטוש או השחזה חופשית לאחר הסרת שיער בשיטת "הדבקת שיטת ירי" וכו'. אופטימיזציה של פרמטרי תהליך הדבקת השיטת ירי צפויה לשלוט בהגברת החספוס לכפי 1.5.