提高滲碳淬火齒輪磨齒效率的方法分析

古彬宏

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心,山西 太原 030024)

1 齒輪成型磨削存在的問(wèn)題

重載齒輪箱齒輪承受的載荷很大，要求具有傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。所以，對(duì)齒輪齒部的加工精度提出了很高的要求。而要提高齒輪齒部的精度只能通過(guò)成形磨齒機(jī)的磨削來(lái)保證。成形磨齒機(jī)將砂輪按齒槽的形狀進(jìn)行修整，無(wú)需展成磨削，避免了傳統(tǒng)磨齒機(jī)因展成運(yùn)動(dòng)、角度運(yùn)動(dòng)、齒形齒向多方向誤差累計(jì)較大造成磨削精度低的缺點(diǎn)。

目前太重股份有限公司加工的齒輪類零件采用滾齒+滲碳淬火+磨齒工藝，齒輪滲碳淬火后表面具有很高的硬度，達(dá)到HRC58以上。而成形磨齒機(jī)在磨削時(shí)磨削效率較低、磨削加工時(shí)間長(zhǎng)，所以磨齒往往是滲碳淬火齒輪所有加工周期中最長(zhǎng)的機(jī)加工工序，是制約生產(chǎn)成套性的瓶頸。為保證滲碳淬火齒輪的齒形、齒向偏差、周節(jié)累計(jì)偏差、徑向跳動(dòng)等的高精度，減小滲碳淬火齒輪磨齒的磨削時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品制造的成本。

齒面磨削示意圖如圖1所示。隨著砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，將齒表面材料進(jìn)行去除、成形。提高磨齒效率主要與砂輪的合理選擇、磨削參數(shù)的正確設(shè)置有關(guān)。

圖1 齒面磨削示意圖

2 砂輪的選擇

砂輪的選擇主要考慮磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑等。

2.1 磨料

砂輪磨料的選擇主要與被磨工件材料及熱處理方法、硬度有關(guān)。砂輪需具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和一定的韌性，同時(shí)還應(yīng)具備鋒利的尖角，便于切削金屬。目前，磨料按組成成分不同主要分為以下三類：

(1) 碳化物：主要有黑碳化硅、綠碳化硅、碳化硼、立方碳化硅等，適合磨削不銹鋼、鑄鐵、黃銅和非金屬材料等。

(2) 氧化物系：主要有棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉、單晶鋼玉、微晶鋼玉等，適合磨削碳鋼、高速鋼、軸承鋼、工具鋼等。

(3) 超硬磨料：主要有天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼等，一般磨削硬度高、脆性大的材料。同時(shí)金剛石類磨料也可作為修整砂輪工具。

對(duì)于滲碳淬火的齒輪齒面磨削，建議采用剛玉、陶瓷類磨料。

2.2 粒度

粒度是指砂輪顆粒規(guī)格的大小尺寸，砂輪顆粒規(guī)格尺寸越小，粒度牌號(hào)則越??；反之，則粒度牌號(hào)越大。砂輪粒度的選擇與齒輪磨削時(shí)的加工時(shí)間、齒面粗糙度有直接關(guān)系。

2.2.1 粗粒度砂輪適用條件

在下列情況下選用較粗粒度的砂輪進(jìn)行磨削：

(1) 韌性大、硬度較低的零件。

(2) 導(dǎo)熱性差、易燒傷的材料。

(3) 進(jìn)給量較大時(shí)。

(4) 齒面粗糙度要求不高時(shí)，即在滿足粗糙度要求的前提下，盡可能選擇較粗粒度的砂輪。

(5) 齒面與磨削接觸面積大時(shí)，應(yīng)選擇較大粒度的砂輪，以防止磨削時(shí)產(chǎn)生過(guò)大熱量造成磨削燒傷。

2.2.2 細(xì)粒度砂輪適用條件

在下列情況下選用較細(xì)粒度的砂輪進(jìn)行磨削：

(1) 齒面磨削時(shí)，提高成形砂輪的保持性，保證較高的磨削齒部精度。

(2) 齒面粗糙度要求較高時(shí)。

(3) 磨削齒面模數(shù)較小的零件。

滲碳淬火的齒輪在磨削時(shí)應(yīng)該選擇粒度46～80的砂輪，可以增加砂輪與齒面磨削時(shí)的接觸面積，降低齒面的粗糙度。同時(shí)砂輪應(yīng)具有一定的容屑空間，保證排屑和散熱性能。

2.3 硬度

砂輪的硬度是指齒輪磨齒時(shí)，砂輪高速旋轉(zhuǎn)，在機(jī)床軸向力、徑向力的作用下，砂輪表面上磨粒破碎或從結(jié)合劑中脫落的難易程度。選擇硬度偏軟砂輪的一般原則是：

(1) 加工材料硬度較低的齒輪，為增加磨削接觸面積，可使用硬度偏軟的砂輪。

(2) 磨削熱傳導(dǎo)率低和材質(zhì)對(duì)熱溫度敏感的齒面，選擇軟砂輪。

(3) 砂輪的線速度較高時(shí)，使用硬度偏軟的砂輪。

(4) 為了提高磨削效率，可選擇軟砂輪。

選擇硬度偏硬砂輪的一般原則是：

(1) 被磨削的齒表面為斷續(xù)狀態(tài)時(shí)，選擇硬度偏硬的砂輪。

(2) 為保持較好的磨削精度，選擇硬度偏硬的砂輪。

滲碳淬火齒輪磨齒時(shí)選擇硬度中等偏硬的砂輪進(jìn)行磨削。

2.4 結(jié)合劑

結(jié)合劑是把磨料粘結(jié)在一起的磨具材料，砂輪的強(qiáng)度、抗沖擊性、耐熱性等主要取決于砂輪的結(jié)合劑種類和性質(zhì)。砂輪結(jié)合劑的分類及用途見(jiàn)表1。

表1 砂輪結(jié)合劑的分類及用途

對(duì)于滲碳淬火的齒輪磨齒，應(yīng)選擇陶瓷結(jié)合劑的砂輪進(jìn)行磨削。

3 磨齒機(jī)參數(shù)優(yōu)化

3.1 磨削參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)砂輪磨削特性，合理提高磨削參數(shù)。我廠磨削參數(shù)優(yōu)化前、后的磨削效率對(duì)比如表2所示。

表2 磨削參數(shù)優(yōu)化前、后的磨削效率對(duì)比

3.2 砂輪修整參數(shù)優(yōu)化

對(duì)砂輪修整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，增大單次修整量，便于去除氣孔內(nèi)殘余的磨削碎屑，同時(shí)有利于保持砂礫的自銳性。因修整次數(shù)的減少，也極大地減少了磨削時(shí)間。某砂輪修整參數(shù)優(yōu)化見(jiàn)表3。

表3 砂輪修整參數(shù)優(yōu)化

3.3 砂輪直徑參數(shù)優(yōu)化

為防止磨削燒傷，對(duì)砂輪直徑參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即要求：

其中：Cb為磨削回火系數(shù)；ds為砂輪的外圓直徑；ap為進(jìn)給深度；vs為砂輪旋轉(zhuǎn)線速度。

3.4 監(jiān)控成形磨齒機(jī)功率

齒面磨齒時(shí)，成形磨齒機(jī)功率需在一定范圍內(nèi)，為防止磨削燒傷，磨削時(shí)功率一般不超過(guò)機(jī)床額定功率的60%，即要求：

η·pc-0.035 8(ap·f·vs)0.7≥0.

其中：η為成形磨齒機(jī)主電機(jī)到主軸間的傳動(dòng)效率，取0.95；pc為主電機(jī)額定功率的60%；f為砂輪進(jìn)給速度。

優(yōu)化磨削參數(shù)后對(duì)成形磨齒機(jī)功率進(jìn)行監(jiān)控，可避免因磨削參數(shù)設(shè)置過(guò)大造成磨削功率過(guò)高，從而引起齒面燒傷。主軸功率監(jiān)測(cè)界面如圖2所示。

圖2 主軸功率監(jiān)測(cè)界面

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)砂輪的合理選擇和磨齒機(jī)參數(shù)的優(yōu)化，最終提高了齒輪磨齒效率。如某齒輪，原磨齒時(shí)間為10小時(shí)46分鐘，參數(shù)優(yōu)化后磨齒時(shí)間為5小時(shí)54分鐘，加工效率提高了82%。

齒輪磨齒效率的提升，有力地保障了我廠按期完成生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)減少了大量的外協(xié)成本支出。