防止硬齿面齿轮磨齿裂纹的工艺措施

1.热处理方面的工艺措施

对磨削裂纹越敏感的材料，在磨削中越容易形成裂纹，降低材料对磨削裂纹敏感的程度，就降低了磨削裂纹的发生机率。20CrMnTi和20Cr2Ni4A这二种材料对磨削裂纹是比较敏感的材料，而这种敏感性又因渗碳热处理工艺规范的不同而不同，因此可通过改变渗碳、淬火、回火工艺而加以适当的调控和降低。正因为如此采取以下措施：

1. 降低渗碳件的淬火温度：用20CrMnTi加工的齿轮，在930℃中渗碳，渗碳后直接淬火，由淬火温度860℃降至830℃时，在不改变磨削条件的情况下，也可以消除较为严重的磨削裂纹。

2. 表面碳浓度要适当，碳浓度应控制在0.7%～0.9%范围之内。碳浓度分布梯度要平缓，以保障良好的表面强度和应力分布。

   重载齿轮的碳含量应控制在下限，这样就有利于控制碳化物的大小和形状。碳含量控制在上限时，会增强形成残余奥氏体的趋向，并有增加碳化物，表层氧化与降低齿根强度的趋向。据有关资料表明，美国对重载齿轮表面碳浓度已控制在0.65%左右。

3. 回火越不充分，磨削裂纹敏感性就越高。因此，必须进行充分回火，以提高渗碳淬硬表面的塑性,使残余应力得以平衡或降低,改善表面应力的分布状况。从而降低出现磨削裂纹的机率。

4. 控制残余奥氏的数量，防止齿轮在磨削时产生组织转变，而产生较大的组织应力，严格控制残余奥氏体在25%之内，对重要的齿轮应控制在20%以内。

5. 主要控制碳化物的大小、数量、形态和分布，以获得弥散分布细颗粒碳化物，从而提高材料的断裂强度，减少脆性。

6. 控制马氏体的级别，要获得隐晶状、细针状的马氏体，避免产生粗大针状马氏体，从而减少裂纹源，以提高材料的断裂强度。马氏体的级别3级。

7. 采取必要的工艺措施控制热处理的变形，以减小磨齿余量。

2.机加工方面的工艺措施

根据有关文献表明，砂轮与齿面接触区的平均温度一般为：500-800℃，磨粒磨削点的温度可达1000℃，且80%以上的热将传入齿轮。由于磨齿时产生的大量磨削热，使齿面磨削区域局部受到很大的热应力和热胀冷缩变形，磨削热得不到有效控制时，齿面就容易产生磨削裂纹和磨削烧伤，因此，机加工方面工艺措施的重点将放在如何减小和控制磨削热的方面。

1. 降低粗滚齿时的齿面粗糙度，应控制在Ra3.2～Ra6.3。

2. 严格控制粗滚齿时的公法线余量，不允许随意加大磨齿余量。

3. 热处理后严格按照工艺要求的位置和允许的范围找正，以便尽可能减小热变形的误差。

4. 在磨齿前必须采取硬齿面的滚切技术对齿面进行刮齿加工，使磨齿余量均匀，以限度减小磨齿余量，也就是尽可能减小磨削热。

5. 合理选择、搭配切削用量，选择的原则为较高的砂轮转速，较快的冲程，适当的进给。

   德国推荐NILES-ZSTZ630C3（相当于国产Y7163A），当齿面的硬度在HRC58～62时：粗磨0.03～0.06；精磨0～0.01。

   据国外资料表明以及我公司的体会：对齿面粗磨阶段，是磨削裂纹形成的关键时刻，绝大部分磨削裂纹产生于这个阶段。在这一阶段，要特别加以注意。

6. 选择砂轮是磨齿加工中一个重要的环节：砂轮选用是否恰当，对磨齿精度和效率有很大影响。对砂轮的硬度、粒度、组织选择的不当，就非常容易出现齿面烧伤和磨削裂纹。因此，应从以下几个方面加以选择：

• 磨料：（代号PA）红色铬刚玉，铬刚玉的硬度与白刚玉（代号WA）接近，而韧性比白刚玉好，用铬刚玉磨削韧性大的钢材时。效率比白刚玉高，砂轮的耐用度以及磨削表面粗糙度也要好，因此优选（代号PA）。

• 结合剂：把砂粒粘结在一起，形成砂轮的材料。目前，磨齿机上用的砂轮结合剂，基本上都是陶瓷粘合剂（代号V）；陶瓷粘合剂性能稳定，耐水耐热不变质，能适应各种冷却液磨削，而价格又低。

• 硬度：砂轮越硬，其多孔性越差，在磨削过程中，砂轮粒间的孔隙很快被磨粒堵塞，加上硬度高的砂轮自锐性差，磨钝的砂粒又不易脱落，造成砂轮与工件表面间的挤光现象，影响热量散发，使磨削热增加，很容易产生烧伤和裂纹。

  较软的砂轮磨损很快，不禁用，将直接影响磨齿精度。

  因此，选择砂轮硬度的原则：加工软材料时，要选较硬的砂轮；加工硬材料时，要选较软的砂轮。磨削硬的低碳合金钢时，应该选用（K～J）的砂轮。（新-老型号对照：K-中软1、J-软3）

• 组织：优先选用具有一般多孔结构的砂轮，砂轮组织分区5级用的Z多。

• 粒度：粒度越小在单位面积内同时参加磨削的磨粒就越多，相应的切削力和磨削热就越大，容易磨裂，在保证齿面磨削精度的情况下，常用的粒度号为：46#～60#，对于齿轮模数较小时，就应该选粒度号大一些的砂轮，当齿轮模数较大时，就应选用粒度号小一些的砂轮。（用号数表示的磨粒，数目越大，颗粒尺寸越小）

• 形状和尺寸我单位磨齿机的型号为Y7163A，用的是双锥面砂轮（代号PSX1）。尺寸为Ф350×Ф127×32。

• 砂轮修整器金刚石的锋利状况不容忽视：在这方面，我公司的教训非常深刻。由于金刚石尖部钝化，造成砂轮修整后不锋利，在磨削中导致磨削热大量增加，曾经一度是我公司在磨齿中产生磨削裂纹的主要原因。因此，一旦金刚石磨钝后，应即时修尖，恢复其锋利的工作状态，是修好砂轮的前提和保证。

• 冷却液是磨削中一个极为重要的环节，要引起足够的重视。磨齿机采用展成工作原理，所以砂轮和齿面在磨削过程是点接触，由此产生的磨削热由流过砂轮和齿面的强力冷却液带走，这种磨削方式能防止产生磨削裂纹，同时砂轮始终不被堵塞，磨削粉尘也不四处飞散，环保效果好。因此，冷却液必须充分，并直接喷在磨削区，流量选取40～45L/min，压力为0.8～1.2Mpa。要经常保持冷却液的纯净，循环中要经过过滤网，控制冷却液的温度，必要时应当使用散热器。使用中应特别注意，冷却液的流量及喷射冲刷的力度是否足够，一旦发生变化，检查冷却泵滤网是否被堵塞，对滤网要定期清洗和检查。

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