為滿足高速重載、高精傳動的要求，當(dāng)前齒輪大多采用滲碳淬火的硬齒面熱處理技術(shù)，因此磨齒成為齒輪精加工必不可少的環(huán)節(jié)。但在實際生產(chǎn)過程中，齒輪表面出現(xiàn)磨削燒傷的現(xiàn)象時有發(fā)生，齒輪一旦出現(xiàn)磨削燒傷將大大降低其使用性能和壽命，甚至造成整臺設(shè)備無法正常工作。為解決缺陷嚴(yán)重造成零件報廢、磨齒作為最終精加工工序生產(chǎn)周期長、出現(xiàn)批量缺陷影響交貨期、客戶滿意度降低的問題，本文根據(jù)實際生產(chǎn)情況，結(jié)合磨削燒傷檢測方法對造成齒輪磨削燒傷的原因進(jìn)行了具體分析。

　　1 問題描述

　　公司最近生產(chǎn)的一批齒輪磨齒后出現(xiàn)兩種情況：①齒面出現(xiàn)肉眼可見的長條形磨削燒傷現(xiàn)象(如圖1所示)，次日燒傷部位開裂，數(shù)量為兩件;②采用無損燒傷檢測法(磁彈法) 檢測時，突然出現(xiàn)數(shù)值超過許用標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象，對超過許用標(biāo)準(zhǔn)值的齒輪依據(jù)GB17879《齒輪磨削后表面回火的浸蝕檢驗》及ISO14104《Gears-Surface temper etch inspection after grinding，chemical method》進(jìn)行檢測并對照，表面整體發(fā)灰，從顏色上判斷屬于正常現(xiàn)象(如圖2所示)，未出現(xiàn)深淺不一的灰黑色燒傷，需做進(jìn)一步研究。

　　2 因果分析

　　磨削燒傷是由于在磨齒過程中砂輪與齒面磨削接觸產(chǎn)生大量的磨削熱造成齒面組織發(fā)生變化的現(xiàn)象， 因此在分析磨削燒傷的成因時重點關(guān)注磨削熱的產(chǎn)生和磨削熱的傳遞兩個方向。根據(jù)經(jīng)典工業(yè)工程理論， 從人、機、料、法、環(huán)、測六個方面采用頭腦風(fēng)暴法繪制 齒面磨削燒傷因果分析圖，如圖3所示。

　　3 磨削燒傷要因分析

　　根據(jù)因果分析圖對造成齒面磨削燒傷的21種可能原因進(jìn)行列表，采用無記名打分的形式(結(jié)合個人實際經(jīng)驗，認(rèn)為其是引起磨削燒傷主要原因的，在其原因后打?qū)?確定要因，由QC小組11人進(jìn)行打分，經(jīng)過整理匯總出影響磨削燒傷主要原因的排列圖，如圖4所示。根據(jù)圖4，采用排除法對各項原因逐項進(jìn)行分析：(1)機床冷卻介質(zhì)。對機床冷卻介質(zhì)取樣委托第三方進(jìn)行檢測，樣本1為產(chǎn)生燒傷機床的取樣，樣本2為未產(chǎn)生燒傷機床的取樣。檢測結(jié)果見表1。

　　表1 潤滑介質(zhì)取樣檢測結(jié)果

　　兩個樣本與原油標(biāo)準(zhǔn)相比產(chǎn)生了一定的變化，但通過兩個樣本對比分析，兩者無明顯差異，基本可排除冷卻介質(zhì)的影響。

　　(2)冷卻位置及角度。通過現(xiàn)場檢查，冷卻噴嘴位置及角度在出現(xiàn)磨削燒傷前后未發(fā)生變化，基本可排除冷卻位置及角度的影響。

　　(3)組織均勻性。對磁彈法檢測存在燒傷而酸蝕法檢測燒傷不明顯的齒輪進(jìn)行取樣分析，并從同一齒輪上的不同位置進(jìn)行取樣，取樣位置如圖5所示，產(chǎn)生磨削燒傷的齒樣S見圖6，未參與磨削的滲碳淬火原始齒樣H見圖7。

　　得到的齒樣S表層顯微組織馬氏體與殘余奧氏體見圖8，齒樣H表層顯微組織馬氏體與殘余奧氏體見圖9。

　　通過對齒樣S和齒樣H進(jìn)行微觀組織檢測發(fā)現(xiàn)：①齒樣S及齒樣H熱處理組織均勻，符合熱處理工藝要求，基本可排除組織均勻性和合理性造成磨削燒傷的影響;②齒樣S表層組織未出現(xiàn)磨削回火燒傷及二次淬火燒傷的組織，說明齒面不存在磨削燒傷，磁彈法檢測可能出現(xiàn)誤判或存在其他原因。

　　(4)齒輪表面氧化皮。經(jīng)現(xiàn)場檢查未磨削的齒輪，發(fā)現(xiàn)個別齒輪齒面存在氧化物等異物，如圖10所示。

　　根據(jù)QC小組分析，結(jié)合先前對齒輪磨削燒傷的研究并咨詢相關(guān)專家，齒面氧化物在磨削過程中極易堵塞砂輪氣孔，使得磨削熱量傳遞受阻，造成齒面磨削燒傷，齒面氧化物及表面異物極有可能是造成齒面磨 削燒傷的主要原因，需做進(jìn)一步分析。

　　(5)磨削深度。工藝中對磨削深度的要求是:粗磨≤0.035mm、半精磨≤0.015mm、精磨≤0.005mm。實際操作時的磨削深度是：粗磨0.03mm、半精磨0.015mm、精磨0.005mm。磨削深度符合工藝要求且比較保守，基本可排除磨削深度對磨削燒傷的影響。

　　(6)磨削余量分配。齒輪磨削前按20個齒進(jìn)行磨削余量分配，磨削余量分配數(shù)據(jù)如圖11所示。符合工藝要求，基本可排除余量分配對齒面磨削燒傷的影響。

　　(7)冷卻液壓力及流量。經(jīng)檢測冷卻液壓力及流量符合機床要求，基本可排除冷卻液壓力及流量對磨削燒傷的影響

　　(8)砂輪的修整策略。砂輪的修整策略關(guān)系到砂輪磨粒的鋒利程度，用于去除磨鈍的磨粒，產(chǎn)生新的磨粒，同時可將堵塞的砂輪氣孔去除，有利于減少磨削熱的產(chǎn)生和改善磨削熱的傳遞，結(jié)合第4項齒面氧化物分析，粗磨時可適當(dāng)增加砂輪修整次數(shù)，特別是對齒面存在氧化物或氧化物去除不徹底的齒輪，可能是造成齒輪磨削燒傷的原因，需做進(jìn)一步分析研究。

　　(9)砂輪的粒度和硬度。在出現(xiàn)磨削燒傷前后未發(fā)生變化，且使用同一供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，基本可排除砂輪的粒度和硬度對磨削燒傷的影響。

　　(10)零件硬度。對磁彈法檢測存在燒傷而酸蝕法檢測燒傷不明顯的磨削后的齒輪齒部進(jìn)行取樣采用顯微硬度進(jìn)行檢測，檢測數(shù)值為HRC53.2、HRC53.6、HRC53.7，硬度偏低，不滿足要求。為查明原因，對同一齒輪未磨削見亮的齒部進(jìn)行取樣采用同種檢測方法進(jìn)行檢測，檢測值為HRC57.9、HRC58.1、HRC57.1，同樣偏低。零件表面硬度不足可能是由于熱處理過程造成。酸蝕法是將試樣浸入到一定配比的酸溶液中，由于不同顯微組織對酸蝕的敏感性不同，從而呈現(xiàn)不同的顏色。磁彈法是檢測不同磨削燒傷等級齒輪的特征值與其表層顯微硬度、殘余應(yīng)力存在接近性線的一 一對應(yīng)關(guān)系。

　　由以上描述可知：酸蝕法主要是通過顯微組織對酸蝕的敏感性來檢測，而磁彈法是通過其表層顯微硬度、殘余應(yīng)力等多種因素共同作用的結(jié)果。這樣解釋了磁彈法檢測異常而酸蝕檢測未發(fā)現(xiàn)明顯燒 傷的現(xiàn)象，同時說明測量方法的正確性和儀器檢測的準(zhǔn)確性沒有問題。由于工藝過程未發(fā)生變化，磨削流程、沖程速度、 砂輪線速度、未執(zhí)行操作規(guī)程、誤操作等其余原因也基本排除了對磨削燒傷的影響。綜上所述，齒面肉眼可見的長條形磨削燒傷現(xiàn)象是由于齒部存在氧化物和異物，同時粗磨時砂輪的修整策略未進(jìn)行調(diào)整造成的。磁彈法檢測存在燒傷而酸蝕法檢測燒傷不明顯的齒輪不屬于磨削燒傷，是由于齒面硬度低造成缺陷報警。磁彈法不僅對齒面磨削可以做出定量判斷，同時也可以反映齒部硬度和齒部應(yīng)力的分布情況。

　　4 對應(yīng)的措施

　　根據(jù)以上要因分析，特制定了對應(yīng)的措施：

　　(1)齒輪滲碳淬火后，齒面、齒根強力噴丸，去除表面氧化物，噴丸強度弧高值為0.4mm～0.5mm，表面覆蓋率為200%，具體參考TB/T2758-1996，磨齒前重點檢查，齒面以銀灰白色為宜，存在其他顏色和異物時，必須使用砂輪片打磨清理干凈才能進(jìn)行磨齒。必要時，調(diào)整粗磨時砂輪的修整策略。

　　(2)磨齒過程嚴(yán)格按磨齒工藝規(guī)則執(zhí)行，改進(jìn)工藝流程如齒輪裝夾找正、余量分配、磨削參數(shù)、磨削策略設(shè)置時，由技術(shù)、檢驗人員現(xiàn)場見證，進(jìn)行效果測量驗證并形成文件。

　　(3)進(jìn)行齒部熱處理硬度不足的原因分析，本文不再進(jìn)行詳細(xì)描述。另外，對同批次熱處理的齒輪復(fù)檢其同爐齒形試樣，硬度滿足要求方可進(jìn)行磨齒操作。通過采取上述措施，對6個齒輪磨齒后采用無損燒傷檢測儀進(jìn)行檢測，齒部磨削結(jié)果完全符合要求，未再出現(xiàn)任何磨削燒傷現(xiàn)象，效果比較滿意。

　　5 結(jié)論

　　以QC小組為依托，應(yīng)用因果分析圖及頭腦風(fēng)暴法從人、機、料、法、環(huán)、測六個方面分析了造成磨削燒傷的所有可能原因和要因，采用排除法對造成本次磨削燒傷的原因依據(jù)排列圖逐項分析，得出以下結(jié)論：

　　(1)磁彈法檢測磨削燒傷存在異常時，應(yīng)采用酸蝕法復(fù)測，若仍不能得出結(jié)論，需繼續(xù)采用金相法和顯微硬度法進(jìn)行檢測，必須確定是否屬于燒傷和屬于何種燒傷，以便于對磨削燒傷的原因進(jìn)行有針對性的分析。

　　(2)齒部硬度是影響磁彈法檢測的一個重要因素。

　　(3)齒部氧化物和異物是造成磨削燒傷的主要原因，齒輪滲碳淬火后必須進(jìn)行強力噴丸操作，將表面氧化物清除干凈，磨削前必須做重點檢查，不滿足要求不得進(jìn)行磨削操作，必要時還需調(diào)整粗磨時砂輪修整策略。