在磨削加工中，因磨削力和熱引起的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能變化的金屬表面層稱為變質(zhì)層。磨削力和磨削熱是造成磨削燒傷、產(chǎn)生磨削裂紋和決定變質(zhì)層深度的關(guān)鍵。以降低某機(jī)硬齒面齒輪齒面缺陷研究為目的，系統(tǒng)探討了齒面缺陷產(chǎn)生機(jī)理，分析影響齒面缺陷的因素，調(diào)整工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，提出了降低硬齒輪齒面磨削缺陷的控制、改進(jìn)措施。

　　一、齒面磨削缺陷機(jī)理分析

　　磨削燒傷產(chǎn)生的機(jī)理分析

　　磨削過程中冷卻不充分、磨削參數(shù)不當(dāng)?shù)仍?，齒面磨削時砂輪與零件齒面切削區(qū)的瞬間溫度達(dá)到 400 ～ 1300℃，導(dǎo)致齒面表層局部組織發(fā)生相變，使零件齒面硬度急劇降低，在齒面產(chǎn)生氧化變色的現(xiàn)象稱為磨削燒傷。

　　齒面磨削裂紋產(chǎn)生的機(jī)理分析

　　齒面磨削時，零件齒面的磨削溫度可達(dá) 820 ～ 840℃。零件材料組織為馬氏體和殘余奧氏體。殘余奧氏體在磨削時受磨削熱的影響發(fā)生分解，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體并集于表面，引起零件局部膨脹，脆性較大，加大了零件表面應(yīng)力，導(dǎo)致形成了磨削裂紋。

　　二、某機(jī)齒輪齒面磨削后缺陷驗收要求

　　無缺陷

　　無缺陷的表面呈現(xiàn)均勻、無光澤的中等灰色外觀。

　　脫碳

　　齒輪硝酸腐蝕后所有脫碳部位發(fā)亮。

　　(1)白斑。邊界十分清楚、明顯的斑點。這種斑點并非滲碳中的污染所致，而是熱處理過程中的污染造成的。

　　(2)滲碳軟點。此類缺陷顯示為淺灰色或白色區(qū)域，通常呈現(xiàn)圓形，是在滲碳中因污染造成局部未滲入碳所致。

　　(3)微量脫碳。此類缺陷表現(xiàn)為亮區(qū)，摻和在正常灰色腐蝕表面，無特定性狀的淺灰色區(qū)域，無明顯的界限。這一般是由于零件變形或裝夾的錯誤引起的。

　　(4)磨削疵病。此疵病表現(xiàn)為磨削軟化和磨削再硬化，是磨削過程中產(chǎn)生的局部過熱引起的。

　　①磨削軟化。此種缺陷與正常的灰色腐蝕表面相比較，呈較暗的灰色或黑色區(qū)域或斑點。

　　②磨削再硬化。此種缺陷顯示為很淺的灰色或具有清晰分解線的白色條紋或斑，并且通常有軟化區(qū)域包圍著。

　?、勰チ蟿澓?。此種缺陷表現(xiàn)為顏色很淺的條紋，長度一般比磨料再硬化大得多，是磨輪與工件之間掉下的細(xì)沙粒啃劃擦造成的。

　　(5)磨削裂紋。

　?、賳蝹€顯示。相鄰顯示的周向間距大于其中較大顯示的長度，其軸向間距大于較大顯示長度的 3 倍時，這些顯示被認(rèn)為是單個顯示。

　?、陂g斷顯示。在一條線上主鏈狀分布的顯示，其軸向間距小于單個顯示所規(guī)定的軸向間距。

　　目前，磁粉檢測是最常用的磨削裂紋檢查方法。

　　三、降低齒面磨削燒傷、裂紋的主要工藝措施

　　降低零件表面的碳濃度

　　滲碳過程中，如果碳的氣氛控制弱，會使零件表面的碳濃度大大提高。高的碳濃度會使零件金相組織中出現(xiàn)碳化物，造成殘余奧氏體析出。零件表面在磨削加工時會受到擠壓，殘余的奧氏體組織向馬氏體轉(zhuǎn)化，零件表面受到磨削高溫后產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生磨削缺陷。

　　提高零件滲碳后的冷卻速度

　　通常，滲碳后在空氣中冷卻到常溫。此時必須控制冷卻速度，速度太慢會導(dǎo)致滲碳層形成網(wǎng)狀與塊狀分布碳化物，極易造成磨削缺陷。

　　適當(dāng)增加消除應(yīng)力工序

　　零件表面滲碳淬火后金相組織奧氏體將會轉(zhuǎn)化為膨脹狀態(tài)的馬氏體，然而磨削熱會加速馬氏體發(fā)生回火收縮，使零件表面形成拉應(yīng)力，造成零件表面形成磨削缺陷。只有通過去應(yīng)力回火，延長回火時間，控制馬氏體的大小，從而降低殘余奧氏體的含量，減少殘余應(yīng)力，降低磨削缺陷的產(chǎn)生。

　　選擇合理的滲碳淬火冷卻介質(zhì)

　　在零件滲碳淬火過程中，控制滲碳層的馬氏體組織十分關(guān)鍵。只有合理選擇冷卻介質(zhì)，才可以控制馬氏體轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的應(yīng)力，減少熱處理變形。

　　合理選擇砂輪

　　(1)砂輪的粒度在能夠滿足零件粗糙度要求的前提下，應(yīng)盡量選擇粗粒度砂輪;

　　(2)硬度高的零件選擇軟砂輪，硬度低的零件選擇軟砂輪;

　　(3)生產(chǎn)中盡可能選擇直徑較小的砂輪;

　　(4)使用開槽砂輪進(jìn)行間斷式磨削，可以增加散熱，充分排屑;

　　(5)加大修整砂輪頻次，提高砂輪平衡精度。

　　磨削參數(shù)的控制

　　如果在磨削用量小的時候出現(xiàn)燒傷，可以增大縱向進(jìn)給速度。如果在磨削量大的時候出現(xiàn)燒傷，應(yīng)當(dāng)減少進(jìn)給量，增多磨削次數(shù)，且逐漸減少磨削進(jìn)給量，消除前期磨削中產(chǎn)生的缺陷層，減少磨削缺陷的產(chǎn)生。

　　合理選擇磨削工藝的冷卻方法及冷卻液

　　冷卻方法的選擇:對砂輪進(jìn)行有效的冷卻和清洗，帶走磨削產(chǎn)生的熱量，并且防止砂輪堵塞，保持磨削液的清潔度，降低磨削缺陷的產(chǎn)生。

　　冷卻液的選擇:冷卻液必須具備良好的冷卻、潤滑及清洗性能。良好的冷卻性指能夠帶走加工區(qū)域的熱量，降低加工區(qū)的溫度，防止產(chǎn)生零件磨削缺陷。良好的潤滑性指能夠在磨削表面和磨粒之間形成潤滑膜，減少零件與砂輪的直接摩擦。良好的清洗性能指能夠及時沖洗掉加工產(chǎn)生的磨屑，防止或緩解砂輪的堵塞。

　　控制砂輪的修整

　　砂輪修整得越粗，在砂輪斷面上形成的裂紋越多。磨削過程中，散熱越好，砂輪越不易堵塞，對避免零件表面的燒傷和裂紋有積極作用。

　　四、結(jié)語

　　齒輪齒面缺陷的研究是一個涉及多方面知識的龐大領(lǐng)域，還有許多技術(shù)問題值得進(jìn)一步深入研究。一是齒輪材料改進(jìn)。在后期發(fā)展中將逐步采用質(zhì)量輕、有吸振和自潤滑性能的復(fù)合材料或工程塑料大量代替碳鋼類材料。二是磨料磨具的研究水平不斷提升。隨著新一代復(fù)合材料的磨料磨具的出現(xiàn)，冷卻液的更新、齒面缺陷的優(yōu)化水平及加工效率將會大幅度提高。

　　參考文獻(xiàn)略.