淺談滲氮表面磨削加工技術

摘 要：現代機械工程中大量采用新科技材料以滿足強度和減重的需要，某些軸類零件采用 1Cr11Ni2W2MoV材料。這些零件在滲氮后磨削過程中容易出現磨削裂紋的現象，為了提高零件加工的合格率，在人員和設備不變的情況下，改進工藝參數，選用白剛玉砂輪代替硬度較高的單晶剛玉砂輪，加強對零件的冷卻力度，選擇合理的切削要素。經過現場多批量零件的試制生產，改進后的工藝參數能有效降低零件出現裂紋的現象，大大提高了零件的合格率。

關鍵詞：滲氮；磨削；砂輪；裂紋

中圖分類號：V260 文獻標識碼：A

1 概述

某些軸類零件在機構中為了提高零件的抗磨損能力和延長使用壽命，在作用表面進行滲氮處理，在采用1Cr11Ni2W2MoV材料時，零件在生產過程中總會出現裂紋問題，為了確保今后的零件都能夠順利的生產，提高零件加工的產品質量，合格率爭取達到95%以上。

對此種材料的研究也是為工程機械的研制生產摸索一條嶄新的途徑，總結出經驗規律，也為類似零件的生產制造開拓出一條新路，應用范圍非常廣泛。

2 問題描述

用于傳動軸的材料為1Cr11Ni2W2

MoV，為了提高零件的強度和耐磨性能，在主要的工作部位采用了滲氮化學熱處理工藝方法，凡事有利就有弊，零件經過滲氮后，在磨床上磨削的過程中極易出現磨削裂紋，零件的平均合率只有80.6%，造成了零件生產成本的升高，也制約了零件的按時合格交付。

3 工藝參數改進

3.1 原因分析

首先滲氮后出現磨削裂紋的原因主要是滲氮后的表面硬度較高，通常硬度達到了HR15N≥88。其次磨削方式采用外圓縱磨與外圓橫向切入磨削結合的方式，用于磨削的砂輪為平形砂輪，磨料位氧化物系的單晶剛玉（代號SA）有較高的硬度和韌性，在磨削硬度較高的零件時，砂輪不易脫落，磨削時積聚的熱量較高，同時磨床的冷卻系統不能完全工作，冷卻液澆注的流量達不到預期的要求，造成零件局部熱應力集中。磨粒磨削點的溫度可達1000℃左右，磨削區的溫度也有幾百度，零件磨削區域的熱量不易散去，容易使零件表面燒傷，并且磨削時易產生裂紋。

再有加工零件時對進刀量的控制不能完全把握，進刀量控制的忽大忽小，沒有一個確切的工藝參數，所以磨削后的零件就出現了裂紋，并且不可修復。

3.2 調整工藝參數之前：

活塞零件材料為1Cr11Ni2W2MoV，選用的砂輪型號為：P400X40X127；SA46L6V35。

砂輪的磨料材質為氧化物系的單晶剛玉，硬度為中軟，砂輪的結合劑為陶瓷。在加工的時候工藝參數如下：

機床轉數：S=2000轉/分鐘（定值）

零件轉數：100轉/分鐘

進刀參數：

粗加工：F=0.05mm/r

半精加工：F=0.03mm/s

精加工：F=0.01mm/s

每磨削5個零件后進行磁粉探傷檢查，發現在活塞桿和頭部交界的端面有裂紋顯示。經過修復之后再進行磁粉探傷檢查，還是無法將零件修復合格，只有報廢。零件1批投料31件，有一件做為工藝試件，其余6件報廢，合格率為25÷31×100%=80.6%；零件另一批投料33件，有1件做為工藝試件，其余7件報廢，合格率為26÷33×100%=83.9%。平均合格率為82.25%。

3.3 調整工藝參數后：

零件加工表面產生燒傷和裂紋主要是由于磨削時產生的高溫而引起的，因些，要消除燒傷和裂紋，需要減少磨削熱量和改善磨削區域的散熱條件。首先磨粒本身的硬度要高、脆性要好，保持磨粒對工件產生切削作用而不是和工件發生摩擦作用，避免磨削熱量的大量產生，這是避免工件燒傷的重要措施。白剛玉砂輪的硬度雖然沒有單晶砂輪的高，但脆性較單晶砂輪的要好，適合磨削淬火鋼，活塞桿表面經過滲氮淬火后硬度較高，用白剛玉砂輪更適合。而且砂輪硬度過高，也就是結合劑的比例多，而結合劑本身沒有切削能力，只與工件產生摩擦作用，使工件產生大量的摩擦熱。

基于以上考慮，更換了白剛玉砂輪，硬度為軟，砂輪的結合劑為陶瓷，牌號為：P400X40X127；WA60J6V35。

這種牌號的砂輪硬度較單晶剛玉砂輪低，脆性高，磨粒率60適中，粒度較之前的砂輪粗在315—250微米之間，磨具硬度選擇較軟一個等級，磨粒容易脫落，但能較好的保持磨粒的鋒利程度。因此選擇了這種牌號的砂輪，并且要求在磨削時冷卻足夠充分，每磨削3個零件就要打磨一次砂輪，并且降低零件的轉數，具體參數如下：

零件轉數：50轉/分鐘

進刀參數：

粗加工：F=0.03mm/r

半精加工：F=0.01mm/s

精加工：F=0.005mm/s

這時再進行磁粉探傷抽檢，發現不再有裂紋顯示。經過實踐的驗證，改進后的砂輪規格和磨削加工參數已經達到了預期的要求，果斷將以上加工參數和砂輪規格進行固化。通過跟產零件兩批：一批投料30件，入庫29件，合格率為29÷30×100%=96.7%；另一批投料22件，入庫22件，合格率為22÷22×100%=100%，平均合格率為98.35%。

結語

通過以上的試驗我們發現通過改變砂輪材質的軟硬和固化磨床加工參數能有效的減少滲氮后磨削裂紋的產生，由此可見，在人員設備沒有變化的情況下，產生裂紋的主要原因是砂輪型號和進給量的選擇，零件滲氮后變硬，原先磨削的時候使用單晶剛玉砂輪，磨加工后的零件極易產生裂紋，且原先的進給量較大，零件轉數較高，磨削區域熱量不能有效散出，容易產生裂紋，因此控制好砂輪參數和進給量能有效的減少滲氮磨削裂紋的產生，提高了零件加工的合格率。

參考文獻

[1]第一機械工業部、磨料磨具磨削研究所、第二砂輪廠，磨具選擇[Z].

[2]金屬切削手冊（第二版）[M].上海：上海科學技術出版社出版.