磨削燒傷裂紋的產(chǎn)生及控制

盧佳

摘 要：文章簡(jiǎn)述了磨齒的原理和方法，主要研究磨削裂紋的形態(tài)及產(chǎn)生裂紋的原因，及提出提高含碳量從標(biāo)準(zhǔn)的0.8%～0.9%提高到1%～2%。并從熱處理和冷加工方面，如工藝參數(shù)、冷卻介質(zhì)、工作環(huán)境，磨具等方面提出一系列防止磨齒裂紋的措施。

關(guān)鍵詞：磨削燒傷；裂紋；塑性變形；磨削余量；磨削用量

磨齒是齒輪精加工的一種方法，磨齒不僅能糾正齒輪預(yù)加工產(chǎn)生的各項(xiàng)誤差，而且能加工淬硬的齒輪，加工精度高。

1 磨齒的原理和方法

錐砂輪磨齒原理。在這里我們提到的都是指外齒輪，錐砂輪磨齒是按照齒輪和齒條的嚙合原理進(jìn)行的。砂輪相當(dāng)于假象齒條上的一個(gè)齒，齒輪的節(jié)圓沿齒條的節(jié)線作純滾動(dòng)。被磨齒輪裝在頭架的主軸上，沿節(jié)線一面作橫向往復(fù)移動(dòng)，一面通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使被磨齒輪隨主軸繞自身軸線作反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，被磨齒輪的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)必須保持一定的相對(duì)關(guān)系，齒輪旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，其移動(dòng)距離應(yīng)等于被磨齒輪節(jié)圓的圓周長，這樣就可以磨出要求的漸開線齒形。

在磨斜齒輪時(shí)，砂輪和齒輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于斜齒條的嚙合原理進(jìn)行的。斜齒條的傾斜角等于斜齒輪的螺旋角，砂輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)的斜線和齒輪軸線之間的夾角也應(yīng)等于這一傾斜角；砂輪錐面的角度應(yīng)等于斜齒條的法向齒形角。磨完一個(gè)齒槽后，應(yīng)進(jìn)行分度磨下一個(gè)齒槽，工件的分度運(yùn)動(dòng)是當(dāng)工件從一端展成到另一端時(shí)，進(jìn)行一次分度，也可以進(jìn)行雙行程分度，即當(dāng)工件展成一個(gè)往復(fù)后，進(jìn)行一次分度。為了磨出齒輪整個(gè)寬度上的齒面，砂輪還必須沿齒輪軸向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2 磨齒燒傷裂紋的產(chǎn)生

我們公司使用從德國引進(jìn)的數(shù)控磨齒機(jī)，這種磨齒機(jī)的生產(chǎn)效率低于其他磨齒機(jī)，可以同時(shí)磨削輪齒的兩面，砂輪剛性好，磨削用量也較大，所以難免產(chǎn)生磨削燒傷、裂紋。這兩種常見現(xiàn)象均屬于磨齒工序的表面質(zhì)量問題，它是由齒輪的材料、熱處理的方式和磨削三個(gè)方面的原因所產(chǎn)生的現(xiàn)象。從表面上看這一問題與生產(chǎn)效率相矛盾，然而沒有質(zhì)量就沒有效益，這是我們都清楚的，眾所周知的。所以它是對(duì)應(yīng)統(tǒng)一的關(guān)系。

磨齒過程中，裂紋主要是金屬晶體產(chǎn)生塑性變形。主要是由滑移和孿生兩種，由于磨削時(shí)的溫度相當(dāng)高，所以磨削點(diǎn)處的表面金屬組織產(chǎn)生相變，相變引起體積發(fā)生變化，當(dāng)體積縮小時(shí)金屬表面被下面的相變的金屬材料牽制產(chǎn)生殘余應(yīng)力。加之冷卻液的急劇冷卻，使之達(dá)到一定極限便產(chǎn)生裂紋。它主要是沿齒形方向呈條狀或網(wǎng)狀，一般垂直于磨削方向，磨削裂紋的深度有兩種，一般只有0.05%～0.10%mm和0.1%～1.0%mm兩種，前者與磨削工藝和操作有關(guān)，后者與材料，熱處理等其他方面有關(guān)，經(jīng)磨削而誘發(fā)出來的，先主要研究熱處理和冷加工中產(chǎn)生的燒傷裂紋的原因。

（1）晶粒大小、工作環(huán)境、固溶度多磨裂的影響

由公式 （配奇霍爾關(guān)系式）可知晶粒尺寸d越小，單體體積內(nèi)晶界面積越高，凡碳化物粗大呈瓜狀、塊狀、網(wǎng)狀的容易產(chǎn)生磨齒裂紋，凡淬火馬氏體針粗大殘余奧氏體量大于30%的容易產(chǎn)生磨削裂紋，凡碳化層表面含碳，硬度低、有屈體、內(nèi)氧化黑網(wǎng)的容易產(chǎn)生裂紋而碳化物顆粒細(xì)，馬氏體針細(xì)，殘余奧氏體量少的爐次均不出現(xiàn)磨齒裂紋如：20CrMnMo、20CrNi2MoA等，由于熱處理工藝等原因又是造成碳化物呈爪狀或角狀等易產(chǎn)生磨齒裂紋，另外由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，如杭鋼減速器所有齒輪，齒軸都在滲碳淬火之前加球化退火，細(xì)化晶粒，使材料中碳化物爪狀和角狀另球狀，減少裂紋源在生產(chǎn)中產(chǎn)生良好效果，磨削裂紋大大減少。

（2） ，f溶質(zhì)原子百分?jǐn)?shù)，a為母相的點(diǎn)陣常數(shù)，b為相氏天量的模量。式中可溶質(zhì)原子的百分?jǐn)?shù)越大，母相的晶格畸變?cè)酱笤斐蓱?yīng)？滓場(chǎng)與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，提高金屬材料的強(qiáng)度，就難以產(chǎn)生裂紋。

（3）工作環(huán)境的好壞也將影響磨削裂紋，由于過渡中的體心立方金屬都具有低溫脆性，因此溫度越高時(shí)較多的位錯(cuò)線在不足從擺脫它的應(yīng)力被激活而脫錯(cuò)。并使晶體發(fā)生較均勻的熱變形，而在溫度低時(shí)，只有少數(shù)。錯(cuò)源開動(dòng)，并且由于應(yīng)力大，甚至可以達(dá)到生產(chǎn)裂紋所需的能量，形成裂紋核心，并在應(yīng)力作用下迅速擴(kuò)展而導(dǎo)致脆裂。

3 控制磨削裂紋的幾個(gè)措施

3.1 從熱處理方面控制，提高滲碳層表面碳濃度

眾所周知，當(dāng)碳原子滲入使機(jī)體晶格點(diǎn)陣產(chǎn)生強(qiáng)烈畸變，碳原子又能形成核氣團(tuán)，阻止錯(cuò)位和晶體滑移，所以碳原子滲入越多，晶體畸變?cè)酱?，?duì)提高材料的屈服強(qiáng)度越明顯。因此我們將原來滲碳表面濃度0.8%～0.9%提高到1.0%～1.2%并使20CrMnMoA材料中的Cr、Mu、Mo各合金元素又形成合金碳化物阻止奧氏體晶體長大。經(jīng)淬火回火后大都呈隱狀的產(chǎn)生。

3.2 從磨削參數(shù)的選擇方面

根據(jù)減速器中的齒輪的性質(zhì)，被磨齒輪的硬度要求，先選擇磨削工藝參數(shù)如下：磨削深度：粗磨時(shí)應(yīng)采用的磨削深度除不應(yīng)產(chǎn)生燒傷裂紋外，粗磨時(shí)形成表面破壞層深度要在精磨余量范圍之內(nèi)，具體如下：

當(dāng)模數(shù)m<6時(shí)，粗磨?。?.04～0.05mm，精磨時(shí)取0.05～0.01mm。

當(dāng)模數(shù)m=6～8時(shí)，粗磨取：0.04～0.06mm，精磨時(shí)取0.05～0.015mm。

當(dāng)模數(shù)8

當(dāng)模數(shù)m>20時(shí)粗磨?。?.07～0.09mm，精磨時(shí)取0.015～0.025mm。

另外所有齒輪最后一次磨削必須進(jìn)行無火花磨削。

3.3 磨削余量的選擇

磨削余量的大小對(duì)磨削時(shí)產(chǎn)生燒傷，裂紋有一定的影響，磨削余量大，磨削時(shí)產(chǎn)生你的熱量大，易產(chǎn)生裂紋，磨削量小，熱處理變形等其它因素使磨量必須減少磨削余量。

3.4 磨削用砂輪的選擇

由于齒輪的硬度較高，表面粗糙度要求較高，因此選用砂輪硬度應(yīng)越軟，粒度應(yīng)越細(xì)，砂輪容易冷卻不易推塞，這樣可以減少摩擦發(fā)熱，減少燒傷和裂紋。

3.5 冷卻液的選擇

由于在磨削過程中冷卻介質(zhì)起到很重要的作用，既要冷卻又要潤滑，在選擇過程中粘度要有但不能過粘。

3.6 工作環(huán)境

工作環(huán)境要盡量恒溫，不能有較大的震動(dòng)及灰塵。通過以上幾種方法可以有效避免磨削燒傷裂紋，提高了公司產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，合理選擇磨齒參數(shù)大大地提高了工件的磨削效率。

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