齒輪磨削裂紋的產生原因及防止措施

摘要：分析了磨削裂紋產生的原因，針對此原因，作者從噴丸強化工藝、磨削工藝、材料及熱處理等方面進行分析，提出了防止磨削裂紋產生的措施。

關鍵詞：磨削裂紋，磨削熱，磨削工藝，熱處理

O引言

隨著煤炭工業技術的發展，對煤礦機械中傳動齒輪的承載能力、壽命、精度、齒面粗糙度、嚙合噪音等方面提出更高的要求，因此越來越多地採用了硬齒面齒輪。對於重載大功率、高精度要求的齒輪必須有較高的芯部強度和高的表面硬度，因此通常採用滲碳淬火處理的工藝方法來提高齒輪的芯部強度和高的表面硬度，從而提高其承載能力。齒輪經過滲碳淬火後不可避免地要產生變形，且精度下降2-3級，因此對於高精度的齒輪，熱處理後常用磨齒提高其加工精度。然而，在磨削過程中常產生磨削裂紋，裂紋問題己嚴重困擾生產的順利進行，如何消除磨削裂紋是擺在工程技術人員面前的技術難題。

1磨削裂紋的產生原因

磨削裂紋是指發生在磨削麵上、深度較淺、並且深度基本一致、方向垂直於齒向、即垂直於砂輪往複運動的方向、規則排列的條狀裂紋，用肉眼便可觀察到，磨削裂紋產生的根本原因是磨削熱。齒輪在滲碳過程中，其滲層組織中容易形成網狀碳化物或過多的游離碳化物，由於這些物質硬度極高，在磨削過程中，砂輪和齒面接觸的瞬間，磨削區的溫度很高，可能出現局部過熱傾向和發生表面回火，使金相組織發生變化。不同的金相組織比容不同，馬氏體比容最大，奧氏體比容最小。如磨削淬火鋼時，表層出現回火組織，則表層金屬比容減小，體積收縮受基部金屬阻礙，表層產生殘餘拉應力。若表層產生二次淬火層，殘餘奧氏體轉變為馬氏體，比容增大，體積膨脹受阻，就形成表面壓應力，而裡層則產生殘餘拉應力。在傳統的磨削方法中，切削液並不能完全達到磨削區，即冷卻並不是很充分，在這種情況下，表面層不會產生二次回火，熱塑性變形佔主導地位，故磨削後表面產生殘餘拉應力，而正是由於這種殘餘拉應力的存在，引起微裂紋，降低其疲勞強度，大大影響了齒輪的使用性能。為此，應採取措施來控制表面產生殘餘拉應力或抵消拉應力。

2防止磨翻裂紋產生的主要措施

2.1採用噴丸強化工藝

噴丸強化工藝是表面加工工藝的一種，是利用大量高速運動的珠丸衝擊工件表面，對工件表面進行冷擠壓，使之發生冷態塑性變形，產生冷硬層並形成表面壓應力。由於表面具有殘餘壓應力，將抵消一部分拉應力，從而有效地避免了裂紋的產生。

2.2磨削工藝方面

2.2.1降低磨削熱

磨削裂紋產生的原因雖然是多方面的，但其根本原因是磨削熱，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關鍵。首先；應採用濕磨法，但由於冷卻液只能是使工件和砂輪在磨削點瞬時冷卻，同時因冷卻液對工件的磨削點起淬火作用，當冷卻不充分時，事實上是加大了磨削裂紋的產生，因此應改善冷卻條件，改進磨削液的配方，加大磨削液的流量，提高磨削液的壓力。經過多次試驗，調節流量為40-45L／min，壓力為0.8-1.2MPa，就能實現充分冷卻，使冷卻液噴到磨削區，使磨削區溫度降低，同時還可以衝去粘在砂輪上的切屑。另外，選擇合適的磨削量，對降低磨削溫度也起到重要作用，磨齒時砂輪的線速度很高，砂輪與齒輪的接觸面積又很小，產生的熱量會在接觸區域形成很高的溫度，熱應力增加，因此在磨削過程中不宜採用過高的砂輪線速度；磨齒時產生的熱量與砂輪單位時間內切除的金屬量大致成正比，因此，必要時減小磨削深度、降低進給量也能有效降低磨削熱，避免產生磨削裂紋。

2.2.2選用合適的砂輪

砂輪的選用對磨削溫度有重要影響滲碳鋼硬度高，砂粒易磨鈍，為了避免砂粒磨鈍而產生的磨削熱，砂輪硬度宜軟一些，以便磨鈍的砂粒及時脫落，減少砂輪與工件的摩擦力，從而減少磨削時的能量消耗，保持砂輪的自銳性。同時也應選擇組織較松的砂輪，組織較松的砂輪氣孔多，可以容納切屑，避免砂輪堵塞，又可將磨削液或空氣帶入磨削區域，從而使磨削區域溫度降低。在保證表面粗糙度要求的前提下，宜選擇較粗粒度的砂輪，以達到較高的去除量，細粒砂輪容易被堵塞，磨削時產生較大的熱量，使工件表面層容易出現燒傷及裂紋，砂輪粒度粗一些，冷卻條件也可以改善一些，以減少工件的發熱量。

2.2.3嚴格控制磨削餘量

若磨削餘量留得過大，在高速磨削中會產生過多的磨削熱，從而導致磨齒裂紋等多種缺陷的產生，因而應儘可能減小磨齒餘量，在保證能糾正工件變形量的前提下，餘量越小越好，一方面可以降低加工成本，更重要的是可以減小出現裂紋可能性，同時還可以保證淬硬層的深度，提高齒輪的承載能力。

2.3齒輪材料及熱處理要求

2.3.1齒輪材料

（1）齒輪鋼滲層硬度及芯部淬透性

足夠的滲層表面淬硬性是保證齒輪具有高強度和高耐磨性的基礎，它與含碳量有關。滲碳鋼的淬透性是指鋼在淬火時能獲得淬硬層深度的能力，主要取決於合金元素的類型和含量。Cr，Mo，Ni等合金元素配合起來使用，可以獲得高淬透性效果。

（2）滲碳齒輪芯部的強度和韌性

適宜的芯部強度和韌性，既可以保證齒輪的整體強度和滲層的抗剝落能力，又可以具有足夠的抗衝擊能力，防止輪齒的脆裂。在淬透的情況下，主要取決於鋼的含碳量。

（3）鋼材的冶金質量

滲碳齒輪鋼冶金質量對齒輪強度和工藝性能都有很大的影響，對齒輪芯部性能產生直接影響。鋼材的純凈度是影響滲碳齒輪使用壽命的重要因素。

2.3.2熱處理要求

對滲碳淬火的工件，應嚴格控制熱處理工序。滲碳時最主要工藝因素是加熱溫度和保溫時間。加熱溫度越高，則滲碳速度就越快，且擴散層的厚度越大，但溫度過高會引起奧氏體晶粒長大，使材料變脆，故滲碳溫度控制在870"C左右；滲碳後較高合金含量的奧氏體在冷卻時不容易分解，可通過回火分解一部分，為淬火創造有利條件，所以增加滲碳後高溫回火，在680"C保溫3h，然後隨爐冷卻 由於工件滲碳淬火後的馬體組織處於膨脹狀態，有應力存在，要減少和除這種應力就進行回應力回火，回火可降低磨裂傾向。滲碳件淬火後在220℃一230℃進行低溫回火，使齒面硬度控制在HRC55～HRC60之間，使其具有良好的機械性能。

3結束語

雖然磨削熱是產生磨削裂紋的根本原因，但裂紋的形成並不是某一因素單獨造成的，而是多種因素綜合在一起相互加後產生的結果。實踐經驗證明，如果我們從磨削工藝、處理及零件材質等方面進行綜合考慮，分別加以控制，是可以有效地防止磨削裂紋產生的。

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