9310钢螺旋锥齿轮喷丸强化残余应力场计算仿真研究

喷丸加工诱导零件表面产生残余压应力场以提高零件疲劳寿命，是螺旋锥齿轮的关键强化工艺。为准确计算喷丸后齿面残余应力场，基于离散元与有限元耦合的方法提出一种螺旋锥齿轮喷丸工艺计算仿真模型。模型计算结果与试验结果误差在10%以内，表明模型可准确预测齿面残余应力分布。基于该模型，以AISI 9310材料螺旋锥齿轮为研究对象，探讨了喷丸工艺参数与残余应力场特征参数的关联规律。研究发现，本文所用工艺参数加工：（1）喷丸工艺主要影响轮齿表层50μm内的残余应力场；（2）喷丸覆盖率为200%时，弹丸直径和速度的改变，对表面残余压应力影响较小；（3）当弹丸速度和直径提高时，靶板表层最大残余压应力值和最大残余压应力深度都得到明显提高，其中最大残余压应力值可提高到–1251.5 MPa，最大残余压应力深度可提高到40μm。本文建立的残余应力计算模型为螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数优选提供了计算工具与方法，把依赖试错迭代的工艺方法上升到可计算、可预测的层面。