喷丸强化技术用于提高材料和零件的疲劳强度,是延长疲劳寿命的最有效的表面工程技术之一。针对特定的齿轮材料20MnTiB,确定其最佳喷丸工艺参数,以及研究不同的喷丸工艺参数对疲劳寿命的影响,具有重要的意义。本文采用数值仿真与试验相结合的方法,对喷丸强化技术的强化过程以及喷丸效果进行了研究,主要工作如下:运用有限元软件建立了单个弹丸下的喷丸仿真模型,材料模型考虑了撞击过程中的应变硬化和应变率硬化,研究了不同的弹丸速度、弹丸直径、弹丸喷射角度对残余应力场分布和表面变形的影响,模拟结果表明:最大残余压应力随着速度的增加先增加后减小;弹丸直径只影响残余应力层深度;随着角度的增加,残余应力层深度和最大残余压应力都是增加的。运用APDL语言的随机函数和循环语句开发出随机分布的弹丸束模型,并且研究了不同的喷丸覆盖率对残余应力场分布和粗糙度的影响,结果表明:当覆盖率小于100%时,会在表面产生残余拉应力,并且残余应力场的分布是不均匀的;当喷丸覆盖率达到200%以上时,残余应力场分布和表面粗糙度数值趋于饱和。通过X射线衍射仪和粗糙度测试仪检测了不同喷丸工艺参数下的残余预应力场分布和粗糙度Ra的值,验证了喷丸数值仿真结果的正确性。最后进行了不同喷丸工艺参数下的疲劳拉伸试验,分析结果表明:随着喷丸压力的增加,疲劳拉伸寿命先增加后减小;喷丸后的试样经过机械抛光减小粗糙度后,可以显著提高疲劳寿命;喷丸后的试件疲劳拉伸寿命对于低应力循环水平的敏感性要高于高应力循环水平的敏感性;覆盖率小于100%时,疲劳寿命会显著降低。