成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷的研究與防止對(duì)策

張金鑫

摘 要：成型砂輪磨齒工藝是齒輪精加工的常用工藝之一，技術(shù)成熟，效率高，并且操作簡(jiǎn)單。成型砂輪磨齒工藝在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)因?yàn)闊崽幚碣|(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)，影響加工質(zhì)量。為此，本文簡(jiǎn)單介紹了成型砂輪磨齒工藝原理，并對(duì)磨削燒傷缺陷的產(chǎn)生機(jī)理和防止對(duì)策進(jìn)行了深入研究與分析，希望可以提高成型砂輪磨齒工藝的應(yīng)用效果，減少磨削燒傷缺陷發(fā)生，提高加工經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：成型砂輪磨齒;磨削燒傷缺陷;原理;產(chǎn)生機(jī)理;防止對(duì)策

引言：磨削燒傷缺陷是成型砂輪磨齒工藝中比較常見(jiàn)的一種加工質(zhì)量問(wèn)題，產(chǎn)生機(jī)理比較復(fù)雜，但與磨削熱量有直接關(guān)系，會(huì)導(dǎo)致齒輪表面的加工精度和質(zhì)量出現(xiàn)一定偏差，使用性能不達(dá)標(biāo)，致使齒輪成為殘次品，無(wú)法進(jìn)行銷(xiāo)售使用。所以，在應(yīng)用成型砂輪磨齒工藝的過(guò)程中，我們需要深入了解磨削燒傷缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，并利用現(xiàn)有的技術(shù)工藝和設(shè)備等制定科學(xué)的防止對(duì)策，降低磨削燒傷缺陷的概率，提高加工效率與質(zhì)量。

一、成型砂輪磨齒工藝原理

目前，成型砂輪磨齒工藝的應(yīng)用十分廣泛，技術(shù)成熟，數(shù)控成型砂輪磨齒機(jī)型號(hào)類(lèi)型也比較多，在應(yīng)用過(guò)程中具有很多加工優(yōu)勢(shì)，例如設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、加工容易、適用范圍廣以及磨削效率高等[1]。成型砂輪磨齒加工原理是將砂輪軸截面加工為與齒輪槽相對(duì)的截面，進(jìn)而對(duì)待加工部件進(jìn)行磨削處理。成型砂輪磨齒工藝的實(shí)際應(yīng)用范圍很廣，可以滿(mǎn)足不同形狀齒輪的加工要求，特別是在磨削一些對(duì)齒形有具體要求的加工件或者對(duì)齒向有鼓形要求的齒輪。

二、成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷產(chǎn)生機(jī)理

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷主要是齒輪材料在瞬間高溫的作用下，在材料微觀金相組織上發(fā)生的局部燒傷變化，表現(xiàn)為燒傷部位出現(xiàn)氧化變色，并且這種燒傷缺陷是不可逆的變化。成型砂輪磨齒工藝中常見(jiàn)的磨削燒傷缺陷有斑狀燒傷、全面燒傷以及條狀燒傷三種，差異在于外觀形狀不同，其中條狀燒傷是比較常見(jiàn)的類(lèi)型。

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷主要有兩種形式，一種為回火燒傷，一種為淬火燒傷。其中，成型砂輪磨齒工藝應(yīng)用過(guò)程中，如果淬火鋼磨削區(qū)域的溫度超過(guò)回火溫度，由比相變溫度低時(shí)，齒輪表層的馬氏體組織硬度就會(huì)發(fā)生改變，形成硬度較低的回火屈氏體或者回火索氏體等，均屬于軟化組織，進(jìn)而形成了回火燒傷。而淬火燒傷是發(fā)生在齒輪加工溫度比相變溫度高時(shí)，齒輪局部會(huì)形成奧氏體組織，其表面覆有微米級(jí)薄層，在加工中，由于磨削液急速冷卻，會(huì)轉(zhuǎn)化為二次淬火馬氏體，其硬度比回火馬氏體要高。同時(shí)，齒輪的次表層會(huì)形成硬度較低的回火索氏體或者屈氏體，因?yàn)檫@種硬度差的存在，所以導(dǎo)致了淬火燒傷缺陷[2]。另外，在成型砂輪磨齒工藝應(yīng)用過(guò)程中，滲碳濃度、碳化物分布和形態(tài)、脫碳以及熱處理表型、砂輪和冷卻液使用等都可能造成磨削燒傷缺陷，需要綜合考慮加工工藝，做出有效預(yù)防。

三、成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷的防止對(duì)策

（一）選好成型砂輪磨齒工藝應(yīng)用準(zhǔn)備

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷不是單一因素所致的，而是一個(gè)復(fù)雜的氧化過(guò)程，其危害是齒輪表面顏色變化，硬度下降，會(huì)導(dǎo)致齒輪過(guò)早磨損，縮短使用壽命。因此需要在加工齒輪前做好成型砂輪磨齒工藝的應(yīng)用準(zhǔn)備，結(jié)合工藝和加工質(zhì)量要求合理選擇磨削用量，控制砂輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速保持在30-50m/s之間，同時(shí)需要控制殘余奧氏體量在30%范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)加工溫度和冷卻速度，進(jìn)而使得其表面硬度提高，提高其耐磨強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度等[3]。滲碳層濃度需要控制在0.75%-0.95%之間，在進(jìn)行熱處理時(shí)需要平穩(wěn)擺放齒輪，并且在處理薄壁齒輪圈時(shí)進(jìn)行內(nèi)圈支撐，減少變形。

（二）根據(jù)成型砂輪磨齒工藝降低磨削溫度

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷防止的根本對(duì)策是降低磨削溫度，減少磨削熱量。因此，在進(jìn)行齒輪加工的過(guò)程中，需要在保證齒面粗糙度的基礎(chǔ)上，盡可能使用中硬度或者軟硬度的砂輪，并且要保證粒度勾搭，提高其自銳性，有助于磨鈍的砂粒及時(shí)脫落，減少摩擦和塑性變形產(chǎn)生的能量。另外磨料的粒度也是影響磨削熱量產(chǎn)生的主要因素，小粒度的磨料在單位面積內(nèi)可以同時(shí)參加磨削的數(shù)量比較多，磨削力和熱量也比較大，容易發(fā)生磨削燒傷缺陷。所以，在進(jìn)行磨削加工時(shí)，需要根據(jù)工藝需求采取相應(yīng)的降溫措施，減少加工熱量的產(chǎn)生。

（三）合理選用成型砂輪

為了減少磨削燒傷缺陷，應(yīng)該合理選用成型砂輪，要保證砂輪硬度適中，盡可能使用低硬度砂輪，但是硬度過(guò)低會(huì)影響齒輪截面精度。同時(shí)，在進(jìn)行粗磨的時(shí)候，則應(yīng)該良好的修正砂輪，因?yàn)榇帜サ纳拜嗊M(jìn)給量比較大， 所以需要加快砂輪修正，確保砂輪鋒利，避免燒傷缺陷。目前較為先進(jìn)并且應(yīng)用比較廣泛的為CBN砂輪，其具有較好的熱穩(wěn)定性，自身磨削溫度也比較低，砂輪硬度和強(qiáng)度等都與金剛石相差不大，磨削力小，可以提高磨削表面質(zhì)量[4]。

（四）科學(xué)使用冷卻液

在成型砂輪磨齒工藝正常應(yīng)用過(guò)程中，需要科學(xué)的使用冷卻液，將加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量盡可能帶走，同時(shí)可以減少砂輪和加工材料之間的摩擦熱量，降低加工溫度，防止磨削燒傷缺陷出現(xiàn)。在使用冷卻液時(shí)，要根據(jù)加工工藝的實(shí)際操作情況和加工特點(diǎn)，妥善控制好冷卻液的使用速度，盡可能的降低磨削溫度，減少燒傷風(fēng)險(xiǎn)。

（五）創(chuàng)新冷卻方式

成型砂輪磨齒工藝的具體應(yīng)用需要結(jié)合工藝特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮到砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樯拜喰D(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一層氣流保護(hù)膜，使得冷卻液的使用效果大大降低，難以順利進(jìn)入到磨削加工區(qū)域。所以，在對(duì)砂輪磨削進(jìn)行冷卻處理的時(shí)候，需要?jiǎng)?chuàng)新冷卻方式，目前比較先進(jìn)并且應(yīng)用比較廣泛的冷卻方式為低溫壓縮空氣冷卻法，需要在換熱器中使用液氮將壓縮空氣冷卻到零下10度，再經(jīng)由噴嘴送入到砂輪磨削區(qū)域內(nèi)進(jìn)行冷卻[5]。同時(shí)，在成型砂輪加工過(guò)程中，需要進(jìn)行冷卻，容易在換熱器管道中結(jié)冰，為了避免結(jié)冰問(wèn)題發(fā)生，應(yīng)該使用空氣干燥器將空氣中的水分清除干凈，提高冷卻效果。

（六）優(yōu)化加工工藝

為了提高成型砂輪磨齒工藝的加工效率與質(zhì)量，需要結(jié)合工藝特點(diǎn)和加工要求，優(yōu)化加工工藝。首先，針對(duì)砂輪磨削的工藝特點(diǎn)，在進(jìn)行成型砂輪磨齒加工時(shí)，操作人員需要妥善調(diào)整砂輪磨削余量，保證兩側(cè)余量對(duì)稱(chēng)，并在齒形跳動(dòng)到最高點(diǎn)的時(shí)候進(jìn)刀磨削。進(jìn)行粗磨時(shí)，進(jìn)刀量需要控制在較小范圍，并及時(shí)進(jìn)行冷卻。磨削一個(gè)齒輪時(shí)需要根據(jù)砂輪具體的比切容積來(lái)計(jì)算砂輪修整次數(shù)，以此保證砂輪鋒利，獲得較好齒形和齒面粗糙度，并且防止因?yàn)樾拚螖?shù)過(guò)少，導(dǎo)致砂輪氣孔容削過(guò)多，造成磨削燒傷。在砂輪磨削過(guò)程中，齒輪工件要固定牢靠，不能發(fā)生振動(dòng)，以免出現(xiàn)加工質(zhì)量問(wèn)題。

四、結(jié)論

總之，成型砂輪磨齒工藝中經(jīng)常遇到磨削燒傷缺陷問(wèn)題，導(dǎo)致齒輪報(bào)廢，浪費(fèi)材料，增加加工成本，必須得到有效預(yù)防。所以，我們需要從燒傷缺陷的產(chǎn)生機(jī)理方面入手，分析成型砂輪磨齒工藝原理與特點(diǎn)，并結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)制定科學(xué)的預(yù)防策略，提高加工效率與質(zhì)量，減少燒傷缺陷發(fā)生。

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