磨削燒傷裂紋的產生及控制

盧佳

摘 要：文章簡述了磨齒的原理和方法，主要研究磨削裂紋的形態及產生裂紋的原因，及提出提高含碳量從標準的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、冷卻介質、工作環境，磨具等方面提出一系列防止磨齒裂紋的措施。

關鍵詞：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加工產生的各項誤差，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行的。砂輪相當于假象齒條上的一個齒，齒輪的節圓沿齒條的節線作純滾動。被磨齒輪裝在頭架的主軸上，沿節線一面作橫向往復移動，一面通過傳動機構使被磨齒輪隨主軸繞自身軸線作反復轉動，被磨齒輪的移動和轉動必須保持一定的相對關系，齒輪旋轉一轉，其移動距離應等于被磨齒輪節圓的圓周長，這樣就可以磨出要求的漸開線齒形。

在磨斜齒輪時，砂輪和齒輪的相對運動相當于斜齒條的嚙合原理進行的。斜齒條的傾斜角等于斜齒輪的螺旋角，砂輪往復運動的斜線和齒輪軸線之間的夾角也應等于這一傾斜角；砂輪錐面的角度應等于斜齒條的法向齒形角。磨完一個齒槽后，應進行分度磨下一個齒槽，工件的分度運動是當工件從一端展成到另一端時，進行一次分度，也可以進行雙行程分度，即當工件展成一個往復后，進行一次分度。為了磨出齒輪整個寬度上的齒面，砂輪還必須沿齒輪軸向進行往復運動。

2 磨齒燒傷裂紋的產生

我們公司使用從德國引進的數控磨齒機，這種磨齒機的生產效率低于其他磨齒機，可以同時磨削輪齒的兩面，砂輪剛性好，磨削用量也較大，所以難免產生磨削燒傷、裂紋。這兩種常見現象均屬于磨齒工序的表面質量問題，它是由齒輪的材料、熱處理的方式和磨削三個方面的原因所產生的現象。從表面上看這一問題與生產效率相矛盾，然而沒有質量就沒有效益，這是我們都清楚的，眾所周知的。所以它是對應統一的關系。

磨齒過程中，裂紋主要是金屬晶體產生塑性變形。主要是由滑移和孿生兩種，由于磨削時的溫度相當高，所以磨削點處的表面金屬組織產生相變，相變引起體積發生變化，當體積縮小時金屬表面被下面的相變的金屬材料牽制產生殘余應力。加之冷卻液的急劇冷卻，使之達到一定極限便產生裂紋。它主要是沿齒形方向呈條狀或網狀，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，后者與材料，熱處理等其他方面有關，經磨削而誘發出來的，先主要研究熱處理和冷加工中產生的燒傷裂紋的原因。

（1）晶粒大小、工作環境、固溶度多磨裂的影響

由公式 （配奇霍爾關系式）可知晶粒尺寸d越小，單體體積內晶界面積越高，凡碳化物粗大呈瓜狀、塊狀、網狀的容易產生磨齒裂紋，凡淬火馬氏體針粗大殘余奧氏體量大于30%的容易產生磨削裂紋，凡碳化層表面含碳，硬度低、有屈體、內氧化黑網的容易產生裂紋而碳化物顆粒細，馬氏體針細，殘余奧氏體量少的爐次均不出現磨齒裂紋如：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生磨齒裂紋，另外由實際經驗可知，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，減少裂紋源在生產中產生良好效果，磨削裂紋大大減少。

（2） ，f溶質原子百分數，a為母相的點陣常數，b為相氏天量的模量。式中可溶質原子的百分數越大，母相的晶格畸變越大造成應？滓場與位錯運動的阻力，提高金屬材料的強度，就難以產生裂紋。

（3）工作環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，因此溫度越高時較多的位錯線在不足從擺脫它的應力被激活而脫錯。并使晶體發生較均勻的熱變形，而在溫度低時，只有少數。錯源開動，并且由于應力大，甚至可以達到生產裂紋所需的能量，形成裂紋核心，并在應力作用下迅速擴展而導致脆裂。

3 控制磨削裂紋的幾個措施

3.1 從熱處理方面控制，提高滲碳層表面碳濃度

眾所周知，當碳原子滲入使機體晶格點陣產生強烈畸變，碳原子又能形成核氣團，阻止錯位和晶體滑移，所以碳原子滲入越多，晶體畸變越大，對提高材料的屈服強度越明顯。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。經淬火回火后大都呈隱狀的產生。

3.2 從磨削參數的選擇方面

根據減速器中的齒輪的性質，被磨齒輪的硬度要求，先選擇磨削工藝參數如下：磨削深度：粗磨時應采用的磨削深度除不應產生燒傷裂紋外，粗磨時形成表面破壞層深度要在精磨余量范圍之內，具體如下：

當模數m<6時，粗磨取：0.04～0.05mm，精磨時取0.05～0.01mm。

當模數m=6～8時，粗磨取：0.04～0.06mm，精磨時取0.05～0.015mm。

當模數8

當模數m>20時粗磨取：0.07～0.09mm，精磨時取0.015～0.025mm。

另外所有齒輪最后一次磨削必須進行無火花磨削。

3.3 磨削余量的選擇

磨削余量的大小對磨削時產生燒傷，裂紋有一定的影響，磨削余量大，磨削時產生你的熱量大，易產生裂紋，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越軟，粒度應越細，砂輪容易冷卻不易推塞，這樣可以減少摩擦發熱，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 工作環境

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

參考文獻

[1]王先逵.機械加工工藝手冊[M].（第2版）機械工業出版社，2006.

[2]鄭光虎.精密切削與光整加工技術[M].國防工業出版社，2007.

[3]任杏華.齒輪工藝學[M].科學普及出版社，1985.