De nombreuses parties deles nouveaux réducteurs d'énergieetengrenages automobilesLe projet nécessite un grenaillage de précontrainte après la rectification des engrenages, ce qui détériore la qualité de la surface des dents et affecte même les performances NVH du système. Cet article étudie la rugosité de la surface des dents dans différentes conditions de grenaillage et sur différentes pièces avant et après le grenaillage. Les résultats montrent que le grenaillage augmente la rugosité de la surface des dents, laquelle est influencée par les caractéristiques des pièces, les paramètres du procédé et d'autres facteurs. Dans les conditions actuelles du procédé de production par lots, la rugosité maximale de la surface des dents après grenaillage est 3,1 fois supérieure à celle avant grenaillage. L'influence de la rugosité de la surface des dents sur les performances NVH est analysée et des mesures pour améliorer la rugosité après grenaillage sont proposées.

Dans le contexte ci-dessus, cet article aborde les trois aspects suivants :

Influence des paramètres du processus de grenaillage sur la rugosité de la surface des dents ;

Le degré d'amplification du grenaillage sur la rugosité de la surface des dents dans les conditions existantes du processus de production par lots ;

Impact de l'augmentation de la rugosité de la surface des dents sur les performances NVH et mesures pour améliorer la rugosité après grenaillage.

Le grenaillage de précontrainte consiste à projeter de nombreux petits projectiles très durs et à grande vitesse sur la surface des pièces. Sous l'impact à grande vitesse, la surface de la pièce subit des piqûres et une déformation plastique. Les structures autour des piqûres résistent à cette déformation et génèrent des contraintes de compression résiduelles. Le chevauchement de ces piqûres forme une couche uniforme de contraintes de compression résiduelles à la surface de la pièce, améliorant ainsi sa résistance à la fatigue. Selon la méthode permettant d'obtenir une vitesse élevée par grenaillage, le grenaillage de précontrainte est généralement divisé en grenaillage à air comprimé et grenaillage centrifuge, comme illustré à la figure 1.

Le grenaillage de précontrainte à air comprimé utilise l'air comprimé comme source d'énergie pour projeter la grenaille depuis le pistolet ; le grenaillage centrifuge utilise un moteur pour entraîner la turbine en rotation à grande vitesse afin de projeter la grenaille. Les principaux paramètres du procédé de grenaillage comprennent la résistance à la saturation, le pouvoir couvrant et les propriétés du milieu de grenaillage (matériau, taille, forme, dureté). La résistance à la saturation est un paramètre caractérisant la résistance au grenaillage, exprimée par la hauteur de l'arc (c'est-à-dire le degré de flexion de l'éprouvette Almen après grenaillage) ; le pouvoir couvrant désigne le rapport entre la surface couverte par la piqûre après grenaillage et la surface totale de la zone grenaillée ; les milieux de grenaillage couramment utilisés comprennent les grenailles de coupe au fil d'acier, les grenailles en acier moulé, les grenailles en céramique, les grenailles en verre, etc. La taille, la forme et la dureté des milieux de grenaillage sont de différentes qualités. Les exigences générales du procédé pour les pièces d'arbres de transmission sont présentées dans le tableau 1.

La pièce testée est l'engrenage d'arbre intermédiaire 1/6 d'un projet hybride. La structure de l'engrenage est illustrée à la figure 2. Après rectification, la microstructure de la surface des dents est de grade 2, la dureté de surface est de 710HV30 et la profondeur effective de la couche de durcissement est de 0,65 mm, ce qui est conforme aux exigences techniques. La rugosité de la surface des dents avant grenaillage est indiquée dans le tableau 3, et la précision du profil des dents dans le tableau 4. On constate que la rugosité de la surface des dents avant grenaillage est bonne et que la courbe du profil des dents est régulière.

Plan de test et paramètres de test

Une grenailleuse à air comprimé est utilisée pour l'essai. En raison des conditions d'essai, il est impossible de vérifier l'impact des propriétés du produit de grenaillage (matériau, taille, dureté). Par conséquent, les propriétés du produit de grenaillage restent constantes pendant l'essai. Seul l'impact de la résistance à la saturation et du recouvrement sur la rugosité de la surface de la dent après grenaillage est vérifié. Voir le tableau 2 pour le schéma d'essai. La procédure spécifique de détermination des paramètres d'essai est la suivante : tracer la courbe de saturation (figure 3) par essai de coupon Almen afin de déterminer le point de saturation, afin de verrouiller la pression d'air comprimé, le débit de la grenaille d'acier, la vitesse de déplacement de la buse, la distance de la buse par rapport aux pièces et d'autres paramètres de l'équipement.

résultat du test

Les données de rugosité de surface des dents après grenaillage sont présentées dans le tableau 3, et la précision du profil des dents dans le tableau 4. On constate que dans les quatre conditions de grenaillage, la rugosité de surface des dents augmente et la courbe du profil des dents devient concave et convexe après le grenaillage. Le rapport entre la rugosité après et avant projection est utilisé pour caractériser l'amplification de la rugosité (tableau 3). On constate que l'amplification de la rugosité diffère selon les quatre conditions de traitement.

Suivi par lots de l'agrandissement de la rugosité de la surface des dents par grenaillage

Les résultats des tests de la section 3 montrent que la rugosité de la surface des dents augmente à des degrés divers après le grenaillage avec différents procédés. Afin de bien comprendre l'amplification du grenaillage sur la rugosité de la surface des dents et d'augmenter le nombre d'échantillons, 5 articles, 5 types et 44 pièces au total, ont été sélectionnés pour suivre la rugosité avant et après le grenaillage dans les conditions du processus de grenaillage de production par lots. Voir le tableau 5 pour les informations physiques et chimiques et les informations sur le processus de grenaillage des pièces suivies après rectification d'engrenages. Les données de rugosité et de grossissement des surfaces avant et arrière des dents avant le grenaillage sont présentées à la figure 4. La figure 4 montre que la plage de rugosité de la surface des dents avant le grenaillage est de Rz1,6 μm à Rz4,3 μm. Après le grenaillage, la rugosité augmente et la plage de distribution est de Rz2,3 μm à Rz6,7 μm. La rugosité maximale peut être amplifiée jusqu'à 3,1 fois avant le grenaillage.

Facteurs influençant la rugosité de la surface des dents après grenaillage

Le principe du grenaillage de précontrainte montre que la dureté élevée et la vitesse élevée de la grenaille laissent d'innombrables piqûres à la surface de la pièce, source de contraintes de compression résiduelles. Ces piqûres augmentent également la rugosité de surface. Les caractéristiques des pièces avant grenaillage et les paramètres du procédé influencent la rugosité après grenaillage, comme indiqué dans le tableau 6. Dans la section 3 de cet article, la rugosité de la surface des dents après grenaillage augmente à des degrés divers selon les quatre conditions du procédé. Dans cet essai, deux variables, la rugosité avant grenaillage et les paramètres du procédé (force de saturation ou recouvrement), ne permettent pas de déterminer avec précision la relation entre la rugosité après grenaillage et chaque facteur d'influence. De nombreux chercheurs ont mené des recherches sur ce sujet et ont proposé un modèle théorique de prédiction de la rugosité de surface après grenaillage, basé sur la simulation par éléments finis, qui permet de prédire les valeurs de rugosité correspondantes pour différents procédés de grenaillage.

Sur la base de l'expérience et des recherches d'autres chercheurs, les modes d'influence de divers facteurs peuvent être spéculés, comme indiqué dans le tableau 6. On constate que la rugosité après grenaillage est largement influencée par de nombreux facteurs, qui sont également les principaux facteurs influant sur la contrainte de compression résiduelle. Afin de réduire la rugosité après grenaillage tout en garantissant la contrainte de compression résiduelle, de nombreux essais de procédé sont nécessaires pour optimiser en permanence la combinaison de paramètres.

Influence de la rugosité de la surface des dents sur les performances NVH du système

Les pièces d'engrenage font partie d'un système de transmission dynamique, et la rugosité de la surface des dents affecte leurs performances NVH. Les résultats expérimentaux montrent qu'à charge et vitesse identiques, plus la rugosité de la surface est importante, plus les vibrations et le bruit du système sont importants. Lorsque la charge et la vitesse augmentent, les vibrations et le bruit augmentent de manière plus marquée.

Ces dernières années, les projets de nouveaux réducteurs d'énergie ont connu une croissance rapide, témoignant d'une tendance au développement de vitesses élevées et de couples élevés. Actuellement, le couple maximal de notre nouveau réducteur d'énergie est de 354 N·m et sa vitesse maximale est de 16 000 tr/min, et sera portée à plus de 20 000 tr/min à l'avenir. Dans de telles conditions de fonctionnement, l'influence de l'augmentation de la rugosité de la surface des dents sur les performances NVH du système doit être prise en compte.

Mesures d'amélioration de la rugosité de la surface des dents après grenaillage

Le grenaillage de précontrainte après rectification d'engrenages peut améliorer la résistance à la fatigue de contact de la surface des dents et la résistance à la fatigue en flexion du pied de dent. Si ce procédé est nécessaire pour des raisons de résistance lors de la conception d'engrenages, afin de prendre en compte les performances NVH du système, la rugosité de la surface des dents après grenaillage peut être améliorée grâce aux aspects suivants :

a. Optimiser les paramètres du procédé de grenaillage et contrôler l'amplification de la rugosité de la surface des dents après le grenaillage afin de garantir la contrainte de compression résiduelle. Cela nécessite de nombreux essais et la polyvalence du procédé est limitée.

b. Le procédé de grenaillage composite est utilisé : après un grenaillage de résistance normale, un autre grenaillage est ajouté. L'augmentation de la résistance est généralement faible. Le type et la taille des grenailles peuvent être ajustés, par exemple des grenailles de céramique, de verre ou des grenailles de fil d'acier de plus petite taille.

c. Après le grenaillage, des processus tels que le polissage de la surface des dents et le rodage libre sont ajoutés.

Dans cet article, la rugosité de la surface des dents de différentes conditions de processus de grenaillage et de différentes pièces avant et après le grenaillage est étudiée, et les conclusions suivantes sont tirées sur la base de la littérature :

◆ Le grenaillage augmente la rugosité de la surface des dents, qui est affectée par les caractéristiques des pièces avant le grenaillage, les paramètres du processus de grenaillage et d'autres facteurs, et ces facteurs sont également les facteurs clés affectant la contrainte de compression résiduelle ;

◆ Dans les conditions actuelles du processus de production par lots, la rugosité maximale de la surface des dents après grenaillage est 3,1 fois supérieure à celle avant grenaillage ;

◆ L'augmentation de la rugosité de la surface des dents augmente les vibrations et le bruit du système. Plus le couple et la vitesse sont élevés, plus l'augmentation des vibrations et du bruit est marquée.

◆ La rugosité de la surface des dents après le grenaillage peut être améliorée en optimisant les paramètres du processus de grenaillage, le grenaillage composite, l'ajout d'un polissage ou d'un rodage libre après le grenaillage, etc. L'optimisation des paramètres du processus de grenaillage devrait permettre de contrôler l'amplification de la rugosité à environ 1,5 fois.