硬齒面齒輪、齒軸磨削燒傷裂紋產(chǎn)生的原因及解決方法

于永江

摘 要：硬齒面減速機(jī)傳動(dòng)因其傳動(dòng)的扭矩大、精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、硬度高（一般HRC56～63）＼使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用在礦山、港口、化工機(jī)械、鋼廠(chǎng)軋機(jī)和水泥機(jī)械行業(yè)上，盡管硬齒面減速機(jī)較軟齒面減速機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺陷，那就是存在易產(chǎn)生磨削燒傷和裂紋，燒傷和裂紋導(dǎo)致齒輪過(guò)早的磨損及失效，必須重視并想辦法予以解決。

關(guān)鍵詞：燒傷裂紋產(chǎn)生的原因；磨削燒傷和裂紋的危害；解決磨削燒傷和裂紋的方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、燒傷裂紋產(chǎn)生的原因

1 殘余奧氏體的影響

殘余奧氏體由于砂輪磨削時(shí)產(chǎn)生的熱和壓力較高（一般磨削區(qū)溫度在正常條件下為400℃～500℃，但在不正常的磨削條件下可達(dá)近1000℃或更高）促使殘余奧氏體繼續(xù)產(chǎn)生馬氏體使組織應(yīng)力不平衡，從而產(chǎn)生磨削裂紋，殘余奧氏體量應(yīng)控制在30%以下。

2 滲碳層濃度

滲碳層濃度過(guò)高時(shí)，在滲碳層組織中容易形成網(wǎng)狀碳化物或過(guò)多的游離碳化合物，由于這種物質(zhì)硬度極硬，在磨削過(guò)程中可能出現(xiàn)局部過(guò)熱傾向易發(fā)生表面燒傷，碳濃度應(yīng)控制在0.75%～ 0.95%，碳濃度過(guò)高易產(chǎn)生磨削燒傷和裂紋。

3 碳化物分布和形態(tài)

碳化物分布應(yīng)均勻，碳化物形態(tài)應(yīng)為球狀、粒狀或細(xì)點(diǎn)狀分布為好，不允許有網(wǎng)狀或角狀碳化物，否則易在磨削中產(chǎn)生裂紋。

4 脫碳

工件在熱處理過(guò)程中，因環(huán)境保護(hù)不當(dāng)，齒輪表面含碳量降低，這樣在齒面上就產(chǎn)生一層薄的脫碳層，這層軟的脫碳層會(huì)引起砂輪過(guò)載和過(guò)熱，易產(chǎn)生燒傷。

5 回火

在保證零件硬度的前提下，回火溫度盡可能高一些，回火時(shí)間盡可能長(zhǎng)一些，這樣可以提高滲碳淬硬表面的塑性，而且使殘余應(yīng)力得以平衡或降低，改善表面應(yīng)力的分布狀況，這樣可以降低出現(xiàn)磨齒裂紋的機(jī)率，提高磨齒效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

6 熱處理變形

應(yīng)盡量減少熱處理變形，這樣可減少磨齒余量，若熱處理變形過(guò)大，并且操作者不是在齒圈徑向跳動(dòng)最大處開(kāi)始磨削，則每次磨削在這些點(diǎn)上去除的磨削余量將是不均勻不正常的，從而易導(dǎo)致燒傷和裂紋的產(chǎn)生。

7 砂輪和冷卻液

磨削淬硬齒面齒輪時(shí)應(yīng)選用較軟的砂輪，磨削軟齒面齒輪時(shí)應(yīng)選用較硬的砂輪，冷卻液供應(yīng)要充分，冷卻液必須噴到磨削區(qū)域，流量約為40L/min～ 60L/min，并具有一定的壓力。砂輪選擇不當(dāng)和冷卻液供應(yīng)不充分也易燒傷和磨削裂紋的原因。

二、磨削燒傷和裂紋的危害

磨削燒傷是工件表面由于瞬間磨削熱對(duì)它氧化的結(jié)果，它的危害是表面顏色改變，使工件淬火的硬度下降，使嚙合的齒輪過(guò)早磨損，縮短齒輪的使用壽命。

磨削裂紋有如下幾種類(lèi)型：

沿齒高方向的裂紋如圖1所示。

網(wǎng)狀的裂紋如圖2所示。

磨削裂紋在齒輪嚙合過(guò)程中，經(jīng)過(guò)往復(fù)載荷的推壓，輕微的磨削裂紋易造成齒面表皮的脫落，如圖3所示。

嚴(yán)重的磨削裂紋沿齒長(zhǎng)方向的裂紋會(huì)導(dǎo)致齒面嚴(yán)重磨損，滲碳淬火的硬化層剝落后齒的硬度降低，承受的應(yīng)力也大大的降低，再經(jīng)過(guò)多次往復(fù)的沖擊，超過(guò)極限了，導(dǎo)致疲勞斷裂，造成減速器的損壞。

三、解決磨削燒傷和裂紋的方法

齒輪上有磨削燒傷和裂紋在輪齒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受負(fù)荷的影響降低齒輪的疲勞強(qiáng)度，導(dǎo)致齒面過(guò)早的磨損，當(dāng)沿齒高和齒長(zhǎng)方向同時(shí)出現(xiàn)時(shí)形成網(wǎng)狀裂紋，它會(huì)導(dǎo)致齒面剝落，造成齒輪過(guò)早的失效，必須解決磨削燒傷和裂紋的出現(xiàn)，方法有如下幾種。

1 采用合理的磨削用量

盡可能選用小些徑向進(jìn)給量和選擇適當(dāng)?shù)纳拜嗈D(zhuǎn)速，一般砂輪線(xiàn)速度常在30m/s～35m/s左右，高速磨削時(shí)選用立方氮化硼砂輪。

2 殘余奧氏體量應(yīng)控制在30%以?xún)?nèi)

為了控制殘余奧氏體量選擇合理的加熱溫度和冷卻速度及保溫時(shí)間。避免殘余奧氏體量過(guò)多，使表面硬度，耐磨性及疲勞強(qiáng)度降低。

3 滲碳層濃度控制在0.75%～0.95%

滲碳層零件表面層含碳量過(guò)低，淬火低溫回火后得到含碳量較低的回火馬氏體，硬度低，耐磨性差；表面層含碳量過(guò)高，滲碳層出現(xiàn)大量塊狀或網(wǎng)狀滲碳體，而引起脆性增強(qiáng)，磨齒時(shí)易產(chǎn)生裂紋，使用中易造成齒面剝落。

4 減少熱處理變形

熱處理時(shí)工件擺放應(yīng)平穩(wěn)，壁薄的齒圈熱處理時(shí)要在內(nèi)圈放置支撐的工藝工裝以減少變形。

5 磨齒前按齒圈外圓精確找正，以使齒面余量分布均勻。

6 砂輪的選擇

滲碳鋼硬度高，砂粒易磨鈍，為了避免砂粒磨鈍而產(chǎn)生大量磨削熱，砂輪硬度宜選擇軟些，以便于磨鈍的砂粒及時(shí)脫落；磨削軟齒面齒輪時(shí)應(yīng)選用較硬的砂輪。磨齒時(shí)宜選擇組織較松的砂粒，組織較松的砂粒氣孔較多，其中可以容納切屑，又可將冷卻液和空氣帶入磨削區(qū)域，從而使磨削區(qū)域的溫度降低。

7 砂輪的平衡和修整

嚴(yán)格控制砂輪傳動(dòng)系統(tǒng)心軸的間隙，砂輪傳動(dòng)帶的松緊要調(diào)整合適，以保證砂輪工作時(shí)處于良好的平衡狀態(tài)；砂輪磨鈍時(shí)要及時(shí)修整打磨以保持其鋒利。

8 冷卻液

磨削過(guò)程中，冷卻的控制是一個(gè)重要的因素，冷卻液必須噴到磨削區(qū)域，冷卻液的流量約為40L/min～60L/min，壓力一般為0.2MPa～0.4MPa。以保證充分冷卻，盛冷卻液的容積要足夠大，以免摻入過(guò)多的氣泡和泡沫，并要配備有效的過(guò)濾裝置，以清除冷卻液中的切屑、磨粒等雜物。

9 二次回火

在選擇了正確的磨削用量，冷卻液也充分的情況下磨削時(shí)，齒面剛見(jiàn)亮，還有磨削余量時(shí)暫停磨削，用肉眼觀(guān)察齒面，若發(fā)現(xiàn)有磨削裂紋產(chǎn)生，應(yīng)立刻停止磨削，把工件送去熱處理進(jìn)行二次回火后，再重新找正工件進(jìn)行磨削也可消除磨削裂紋。

10 拋丸處理

齒輪在滲碳、淬火、回火后進(jìn)行拋丸不但可除去齒面的氧化皮，還可去除齒面的殘余應(yīng)力減少裂紋的產(chǎn)生。

結(jié)論

（1）以上解決磨削燒傷裂紋的方法在實(shí)際工作中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，工作中解決了不少實(shí)際問(wèn)題，是有效可行的。

（2）產(chǎn)生磨削燒傷和裂紋的因素較多，對(duì)不同的燒傷裂紋產(chǎn)生原因要進(jìn)行全面的綜合分析，找出原因后采取正確的解決方法。

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