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1、精品论文链板喷丸强化处理试验研究荣长发 1，赵塞良 21河北工业大学机械学院，河北（300130）2.吉林大学链传动研究所，长春（130025）E-mail: Rongchangfa6摘要：分析了滚子链链板疲劳寿命对链条疲劳寿命的影响, 提出了对滚子链链板链板表面进行喷丸处理是提高滚子链链板链板疲劳寿命的有效方法。采用 Locati 法对滚子链链板喷丸 强化处理进行试验与分析，对滚子链链板链板进行了喷丸与未喷丸滚子的硬度测定，喷丸与未喷丸滚子的静压溃值测定，喷丸与未喷丸滚子的交变压溃值试验。通过对两种链板的喷丸 强化处理，研究喷丸工艺参数对滚子链链板疲劳寿命的影响；并根据试验结果得出，喷丸参数
2、的选择根据链板的表面状况而定，喷丸参数的选择应考虑试件的表面状况，应采用喷丸强 化，小丸粒的喷丸效果相对较好，喷丸强度值取决于喷丸时间，并与丸粒的大小及丸速有关，喷丸参数的选择应使链板覆盖率大于 85%。 关键词: 链板；喷丸；疲劳寿命中图分类号：1. 引言链板板孔处是整个链板的薄弱处，且在链板的普通冲压和热处理过程中使链板板孔周围 有严重的应力集中，容易生成疲劳裂纹，链板的疲劳断裂易发生在板孔处。因此，降低链板 表面的粗糙度和有效应力集中系数。喷丸可使链板表面层产生有益的残余应力，降低链板所 受的应力幅度，消除和改善冷热加工产生的应力及其分布，喷丸强化层内形成一高密度的位 错，表层组织细化并
3、均匀化，并且密度也有所增大，改善了表面处的不完善晶界，弥和了表 面的微细裂纹，使易产生裂纹的纹源得以抑制1，表层强烈塑变产生了冷作硬化，有效钝化 了表面应力集中的敏感性和破坏性。2. 链板的喷丸强化工艺试验试件为 16A 链板，链板材料为 40Mn, 弹丸 A 的直径为 0.4mm, 弹丸 B 的直径为 0.7mm; 抛丸速度为 60m/s2。采用 4 种喷丸时间，组成 8 组不同参数的喷丸试验，与未喷 丸组进行对比；每组若干试样。在 Instron 疲劳试验机上进行单片链板的疲劳试验。 在此次试验中采用了阶梯式逐级加载，以大幅度减少疲劳试验所用时间。根据线性损伤积累 假说，对于服从于特定疲劳
4、试验所用的试件，可以认为试件在某种载荷下的疲劳损伤等值于K ni = 1在另几种载荷下累积疲劳损伤。循环次数的关系表达式为： i =1 Ni在根据线性损伤积累假说理论进行的，采用一种有实际应用意义的试样快速估计疲劳极 限方法，即 Locati 法3进行的；Locati 法的基本思想是：借助少量（甚至只一个）试样在阶 梯增载条件下的疲劳试验数据，以及相类似材料的疲劳性能曲线，按特定方法内插求得疲劳 极限。初载荷为 P0=5.6KN, 载荷级差 P =0.6KN,各级载荷下的循环次数 ni=3105（实际值为3061222 次），循环特性系数为 0.1。九组试件所得的疲劳试验结果见图 3-1。由图
5、 3-1 可见：所有经喷丸的链板在试验中的最大循环次数均大于未经喷丸的链板；喷丸时间较短时链 板的疲劳寿命离散程度较大；两种丸粒的喷丸曲线诚大致相同的规律；两钟丸粒在时间 T3 上均出现峰值，可以认为该时间为适宜喷丸时间；在最长时间 T4 两曲线均呈下降，因- 5 -此，喷丸时间有一最佳值，即为时间 T3。载荷等级76 丸粒A丸粒B5 未喷丸4321T1T2T3 T4时间T图 1. 各喷丸参数下链板的疲劳试验结果用 Locati 法将较优参数组和未经喷丸组的试验数据分别处理，可得： 喷=123.4MPa 未=102.8Mpa 喷 未 未= 123.4 102.8102.8100%=20.04%
6、(1)式(1)表明: 喷丸后的链板疲劳极限应力提高 20.04%。 除对链板采用喷丸试验外，还把采用其他强化工艺（挤孔、过盈装配和预拉）的链节作了对比试验。试件分为四个对比组：A 组为未经任何强化工艺处理的普通组；B 组为经三种强化工艺处理，但链板未喷丸组；C 组为三种强化工艺处理，链板在一般参数下喷丸组； D 组为三种强化工艺处理，链板经较优参数下喷丸组。 试验结果如表 1 所示表 1链节疲劳试验结果组别试样号折算的疲劳极限(N)试验值平均值最大离差aAb c0.1820.1860.1940.1870.007ab Bc de0.1880.2150.2240.2460.2120.2170.02
7、9aCb c0.3570.3490.3630.3560.07aDb c0.4450.4450.4450.4450按表 1 中的试验结果的平均值计算疲劳极限的增加值，可知:采用三种强化工艺但未经喷丸的 B 组的疲劳极限对未经强化处理的 A 组增加 16%；在一般参数下喷丸的 C 组比B 组增加了 64%；经在较优参数下喷丸的 D 组比 B 组增加了 111%。对 08B 链板也进行了一组喷丸强化内链板和一组位经喷丸链板的对比试验，试验结果 如表 2 所示表 2 08B 内链板喷丸与未喷丸内链板对比试验喷丸组试件编号循环次数未喷丸组试件编号循环次数1520001311002515002245003
8、40200319100430500424700524100未喷丸组 N = 24700 由公式3：lg=2.4162-0.2401lgN 得 未 08B=64.2MN喷丸组 N = 435500 由公式3：lg=2.475-0.2401lgN 得 喷 08B=73.6MN 喷08 B 未B= 73.6 64.2 未08 B64.2100%=14.64%喷丸后的 08B 链板疲劳极限应力提高 14.64%。 从上述分析可得出下列结论:在采用其他三种强化工艺处理的基础上，再采用链板喷丸强化处理，效果是很显著的， 高于各强化处理提高链条寿命的线性叠加。采用较优参数的链板喷丸强化处理，比采用一般参数的
9、喷丸强化处理有较大的不同。 因此，喷丸工艺参数研究有实际意义。链段中的链板经喷丸处理后，其疲劳极限的离差小；因此，可以认为喷丸的工艺效果 稳定，可靠性好。3滚子喷丸的试验研究链条的滚子在与链轮啮合中也发生接触疲劳，滚子的失效也是链条寿命减少的原因之 一。经喷丸后的滚子其表面覆盖率及凹痕比同等参数的链板小。这不仅由于滚子的表面硬度 比链板高，也与滚子形状受丸粒打击情况与链板受丸粒打击情况不同。对滚子的喷丸试验研 究内容如下：喷丸与未喷丸滚子的硬度测定；喷丸与未喷丸滚子的静压溃值测定；喷丸与未喷丸滚子的交变压溃值试验。 交变压溃值试验是在高频疲劳试验机上进行的，最大压力 11501190KN,最小
10、压力为020KN,频率为 8090Hz。压头 滚子垫块图 2 交变压溃试验简图试验结果如表 2 所示。从表 2 中可以看出，喷丸前后滚子的硬度相当接近，这是因为滚子的 淬火表面较硬，喷丸对其无明显的改变。静压溃值也较接近。而交变压溃试验时喷丸滚子交 变压溃值比未喷丸滚子有较明显的提高。试样表 3滚子试验结果未喷丸喷丸未喷丸喷丸材料101020CrMnMo20CrMnMo表面硬度 HRN-15*84.587.8585.4586静压溃值 KN*2900305029303170交变压溃值 KN*1182.512413780520注：*表面硬度值为 10 个试件，20 个测点的平均值； *为 10 个
11、试件的平均值；*为 4 个试件的平均值。4喷丸工艺参数的选择喷丸参数的选择应考虑试件的表面状况，特别对于淬火、回火获得较高硬度的链板，其 表面有氧化和脱碳的缺陷，使试件的疲劳强度下降，经喷丸后的效果将非常显著。因此，喷 丸适于作为链板、滚子的最后加工工序。一组理想的喷丸工艺参数，应能使强化层控制在适 宜的深度，有较理想的表面覆盖率。但考虑高生产率、低消耗的技术经济性。过度的喷丸是 不适宜的。喷丸作用主要有丸粒质量、大小、材质、形状，设备喷丸的速度、丸量、角度和喷丸时 间决定的。喷丸工艺施检验项目是喷丸强度（阿尔门试片的变形弧度）、覆盖率及表面硬度 和作用深度。一般情况下，小丸粒的喷丸效果相对较
12、好。喷丸强度值取决于喷丸时间，并与丸粒的大 小及丸速有关。不同的丸粒与不同的喷丸时间组合可达到相同喷丸强度，但工件的疲劳极限 值还会有差异。试验证明喷丸强度指标应作为主要综合参考值喷丸时间的等同量，他只有在某些参数下，才有具体量值的作用。一般在 80%喷丸覆盖率下，工件疲劳寿命的改善程度仅为完全覆盖率（100%）时的 36%。 但是还不能根据这一结论把覆盖率简单作为喷丸要求的唯一有效指标。虽然试验中，喷丸时 间即使很短（覆盖率 20%以下），喷丸效果依然很明显。在试验中，喷丸时间最长的，其 覆盖率也没有达到 100%，然而，却出现了“喷丸过度”现象。因此达到较高覆盖率的同时则 要考虑其他参数的
13、调整匹配以达到最佳效果。喷丸参数的选择应使覆盖率大于 85%。参考文献1.王树奇.滚子链链板疲劳裂纹的问生及扩展J.吉林工业大学学报,1995,25（4） 2.刘锁.金属材料的疲劳性能与喷丸强化处理M.北京:国防工业出版社,1977 3.史文库,郑志峰.应用 Locati 法快速测定链板疲劳极限J.石油矿场机械,1990,19（2）:2527Experiment Study on Shot Peening of Chain PlateRong Changfa1, Zhao Sailiang21. Hebei University of Technology（300130）2.Jilin Uni
14、versity（130025）AbstractIt is analysed that fatigue life of chain plate affects fatigue life of roller chain.It is given that shotpeening of chain plate is efficent way to raise fatigue life of roller chain in this paper. Experiment study and analysis on shot peening of chain plate is carried out by
15、Locati method. Rigidity measure, static crushing measure and circle crushing measure of two kinds of chain plate are carried out. By studying technics parameters on shot peening of chain plate, technics parameters of shot peening of chain plate are studied. On a serious of result of the test, smalle
16、r pillet is more efficent than larger one on shot peening. Strength of shot peening depends on shot peening times. Size and speed of pillet are also concern with strength of shot peening.The choice of technics parameters of shot peening should guarantee that chain plate coverage rate is greater than 85%.Keywords: chain plate; Shot Peen; fatigue作者简介：教授，博士，中国机械工程学会机械传动分会委员，研究方向：机械传动
