淺談滲氮表面磨削加工技術(shù)

摘 要：現(xiàn)代機械工程中大量采用新科技材料以滿足強度和減重的需要，某些軸類零件采用 1Cr11Ni2W2MoV材料。這些零件在滲氮后磨削過程中容易出現(xiàn)磨削裂紋的現(xiàn)象，為了提高零件加工的合格率，在人員和設(shè)備不變的情況下，改進(jìn)工藝參數(shù)，選用白剛玉砂輪代替硬度較高的單晶剛玉砂輪，加強對零件的冷卻力度，選擇合理的切削要素。經(jīng)過現(xiàn)場多批量零件的試制生產(chǎn)，改進(jìn)后的工藝參數(shù)能有效降低零件出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，大大提高了零件的合格率。

關(guān)鍵詞：滲氮；磨削；砂輪；裂紋

中圖分類號：V260 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 概述

某些軸類零件在機構(gòu)中為了提高零件的抗磨損能力和延長使用壽命，在作用表面進(jìn)行滲氮處理，在采用1Cr11Ni2W2MoV材料時，零件在生產(chǎn)過程中總會出現(xiàn)裂紋問題，為了確保今后的零件都能夠順利的生產(chǎn)，提高零件加工的產(chǎn)品質(zhì)量，合格率爭取達(dá)到95%以上。

對此種材料的研究也是為工程機械的研制生產(chǎn)摸索一條嶄新的途徑，總結(jié)出經(jīng)驗規(guī)律，也為類似零件的生產(chǎn)制造開拓出一條新路，應(yīng)用范圍非常廣泛。

2 問題描述

用于傳動軸的材料為1Cr11Ni2W2

MoV，為了提高零件的強度和耐磨性能，在主要的工作部位采用了滲氮化學(xué)熱處理工藝方法，凡事有利就有弊，零件經(jīng)過滲氮后，在磨床上磨削的過程中極易出現(xiàn)磨削裂紋，零件的平均合率只有80.6%，造成了零件生產(chǎn)成本的升高，也制約了零件的按時合格交付。

3 工藝參數(shù)改進(jìn)

3.1 原因分析

首先滲氮后出現(xiàn)磨削裂紋的原因主要是滲氮后的表面硬度較高，通常硬度達(dá)到了HR15N≥88。其次磨削方式采用外圓縱磨與外圓橫向切入磨削結(jié)合的方式，用于磨削的砂輪為平形砂輪，磨料位氧化物系的單晶剛玉（代號SA）有較高的硬度和韌性，在磨削硬度較高的零件時，砂輪不易脫落，磨削時積聚的熱量較高，同時磨床的冷卻系統(tǒng)不能完全工作，冷卻液澆注的流量達(dá)不到預(yù)期的要求，造成零件局部熱應(yīng)力集中。磨粒磨削點的溫度可達(dá)1000℃左右，磨削區(qū)的溫度也有幾百度，零件磨削區(qū)域的熱量不易散去，容易使零件表面燒傷，并且磨削時易產(chǎn)生裂紋。

再有加工零件時對進(jìn)刀量的控制不能完全把握，進(jìn)刀量控制的忽大忽小，沒有一個確切的工藝參數(shù)，所以磨削后的零件就出現(xiàn)了裂紋，并且不可修復(fù)。

3.2 調(diào)整工藝參數(shù)之前：

活塞零件材料為1Cr11Ni2W2MoV，選用的砂輪型號為：P400X40X127；SA46L6V35。

砂輪的磨料材質(zhì)為氧化物系的單晶剛玉，硬度為中軟，砂輪的結(jié)合劑為陶瓷。在加工的時候工藝參數(shù)如下：

機床轉(zhuǎn)數(shù)：S=2000轉(zhuǎn)/分鐘（定值）

零件轉(zhuǎn)數(shù)：100轉(zhuǎn)/分鐘

進(jìn)刀參數(shù)：

粗加工：F=0.05mm/r

半精加工：F=0.03mm/s

精加工：F=0.01mm/s

每磨削5個零件后進(jìn)行磁粉探傷檢查，發(fā)現(xiàn)在活塞桿和頭部交界的端面有裂紋顯示。經(jīng)過修復(fù)之后再進(jìn)行磁粉探傷檢查，還是無法將零件修復(fù)合格，只有報廢。零件1批投料31件，有一件做為工藝試件，其余6件報廢，合格率為25÷31×100%=80.6%；零件另一批投料33件，有1件做為工藝試件，其余7件報廢，合格率為26÷33×100%=83.9%。平均合格率為82.25%。

3.3 調(diào)整工藝參數(shù)后：

零件加工表面產(chǎn)生燒傷和裂紋主要是由于磨削時產(chǎn)生的高溫而引起的，因些，要消除燒傷和裂紋，需要減少磨削熱量和改善磨削區(qū)域的散熱條件。首先磨粒本身的硬度要高、脆性要好，保持磨粒對工件產(chǎn)生切削作用而不是和工件發(fā)生摩擦作用，避免磨削熱量的大量產(chǎn)生，這是避免工件燒傷的重要措施。白剛玉砂輪的硬度雖然沒有單晶砂輪的高，但脆性較單晶砂輪的要好，適合磨削淬火鋼，活塞桿表面經(jīng)過滲氮淬火后硬度較高，用白剛玉砂輪更適合。而且砂輪硬度過高，也就是結(jié)合劑的比例多，而結(jié)合劑本身沒有切削能力，只與工件產(chǎn)生摩擦作用，使工件產(chǎn)生大量的摩擦熱。

基于以上考慮，更換了白剛玉砂輪，硬度為軟，砂輪的結(jié)合劑為陶瓷，牌號為：P400X40X127；WA60J6V35。

這種牌號的砂輪硬度較單晶剛玉砂輪低，脆性高，磨粒率60適中，粒度較之前的砂輪粗在315—250微米之間，磨具硬度選擇較軟一個等級，磨粒容易脫落，但能較好的保持磨粒的鋒利程度。因此選擇了這種牌號的砂輪，并且要求在磨削時冷卻足夠充分，每磨削3個零件就要打磨一次砂輪，并且降低零件的轉(zhuǎn)數(shù)，具體參數(shù)如下：

零件轉(zhuǎn)數(shù)：50轉(zhuǎn)/分鐘

進(jìn)刀參數(shù)：

粗加工：F=0.03mm/r

半精加工：F=0.01mm/s

精加工：F=0.005mm/s

這時再進(jìn)行磁粉探傷抽檢，發(fā)現(xiàn)不再有裂紋顯示。經(jīng)過實踐的驗證，改進(jìn)后的砂輪規(guī)格和磨削加工參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的要求，果斷將以上加工參數(shù)和砂輪規(guī)格進(jìn)行固化。通過跟產(chǎn)零件兩批：一批投料30件，入庫29件，合格率為29÷30×100%=96.7%；另一批投料22件，入庫22件，合格率為22÷22×100%=100%，平均合格率為98.35%。

結(jié)語

通過以上的試驗我們發(fā)現(xiàn)通過改變砂輪材質(zhì)的軟硬和固化磨床加工參數(shù)能有效的減少滲氮后磨削裂紋的產(chǎn)生，由此可見，在人員設(shè)備沒有變化的情況下，產(chǎn)生裂紋的主要原因是砂輪型號和進(jìn)給量的選擇，零件滲氮后變硬，原先磨削的時候使用單晶剛玉砂輪，磨加工后的零件極易產(chǎn)生裂紋，且原先的進(jìn)給量較大，零件轉(zhuǎn)數(shù)較高，磨削區(qū)域熱量不能有效散出，容易產(chǎn)生裂紋，因此控制好砂輪參數(shù)和進(jìn)給量能有效的減少滲氮磨削裂紋的產(chǎn)生，提高了零件加工的合格率。

參考文獻(xiàn)

[1]第一機械工業(yè)部、磨料磨具磨削研究所、第二砂輪廠，磨具選擇[Z].

[2]金屬切削手冊（第二版）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社出版.