[发明专利]一种螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法

说明书

本发明公开了一种螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，包括：S1.对实际螺旋锥齿轮喷丸强化进行仿真计算，建立螺旋锥齿轮喷丸离散元模型；S2.导出离散元计算结果；S3.使用软件建立螺旋锥齿轮喷丸有限元模型，利用步骤S2的计算结果设置有限元模型中的各个参数，采用导入分析方法开展弹丸冲击后的靶板表层状态计算；S4.对有限元计算结果进行提取，建立每一组弹丸冲击后的靶板表面节点z向位移矩阵；S5.利用节点z向位移矩阵判断每一位置的弹坑覆盖情况，以弹坑覆盖区域内节点与总节点数目的百分比作为覆盖率大小。本发明的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，能够预测螺旋锥齿轮喷丸覆盖率，且预测准确性高，进而能为螺旋锥齿轮的喷丸强化工艺提供指导。

技术领域

本发明涉及工件喷丸覆盖率预测领域，特别涉及一种螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法。

背景技术

螺旋锥齿轮被广泛应用于航空、汽车等领域，为提高齿轮疲劳寿命，优化齿轮服役性能，一般在加工流程的末端加入喷丸强化工序。喷丸强化是利用高速弹丸冲击齿轮表面，可诱导齿轮表面产生不均匀塑性变形，改善齿面残余应力分布，提高表层硬度和耐磨性。喷丸强化覆盖率是喷丸强化工艺中的一个重要的指标，是指弹坑覆盖面积与喷丸强化目标区域表面积的比值，作为喷丸强化工艺的关键控制参数，可根据该值确定合适的喷丸时间，使零件具备最佳的表面性能。

提高对喷丸强化覆盖率预测的准确性，可改善喷丸工艺参数优化效率，节约成本。传统的预测方式一般是通过Avrami经验公式进行计算，但是这一方法假设了弹丸冲击产生的弹坑半径相同，由于螺旋锥齿轮齿面复杂，导致弹丸间碰撞概率大大提高、弹丸实际冲击速度分散性较大，各个弹坑半径相差较大，进而与Avrami经验公式的假设相差较远，从而导致预测准确性低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，能够预测螺旋锥齿轮喷丸覆盖率，且预测准确性高，进而为螺旋锥齿轮的喷丸强化工艺提供指导。

根据本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，包括以下步骤：

S1.对实际螺旋锥齿轮喷丸强化进行仿真计算，使用软件建立螺旋锥齿轮喷丸离散元模型，模拟弹丸从喷丸机的喷嘴口到螺旋锥齿轮的齿面的过程；

S2.导出离散元计算结果；

S3.使用软件建立螺旋锥齿轮喷丸有限元模型，利用步骤S2导出的计算结果设置有限元模型中的各个参数，采用导入分析方法开展多组弹丸冲击后的靶板表层状态计算；

S4.对有限元计算结果进行提取，建立每一组弹丸冲击后的靶板表面节点z向位移矩阵；

S5.利用节点z向位移矩阵判断每一位置的弹坑覆盖情况，以弹坑覆盖区域内节点与总节点数目的百分比作为覆盖率大小。

根据本发明实施例的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，至少具有如下

有益效果：

本发明中，首先，采用离散元与有限元耦合的方法建立螺旋锥齿轮喷丸仿真模型，能够适配于螺旋锥齿轮齿面复杂所引起的弹丸间碰撞概率大、弹丸实际冲击速度分散性较大的情况，进而能够大大提高仿真计算准确性，从而能够提高螺旋锥齿轮喷丸覆盖率的判断准确性。其次，通过建立靶板表面节点z向位移矩阵，利用节点z向位移矩阵判断每一位置的弹坑覆盖情况，以弹坑覆盖区域内节点与总节点数目的百分比作为覆盖率大小，能够进一步提高螺旋锥齿轮喷丸覆盖率的判断准确性，进而能为螺旋锥齿轮的喷丸强化工艺提供指导。

根据本发明的一些实施例，步骤S2中，导出的离散元计算结果包括但不限于：弹丸与齿面发生冲击的时间、发生冲击时的弹丸绝对速度、齿面受到弹丸冲击的冲击点坐标、受冲击的齿面单元信息以及齿面单元受到弹丸冲击的总次数。

根据本发明的一些实施例，步骤S3中，建立有限元模型的参数包括但不限于：