硬齒面齒輪、齒軸磨削燒傷裂紋產生的原因及解決方法

于永江

摘 要：硬齒面減速機傳動因其傳動的扭矩大、精度高、運轉平穩、噪聲低、硬度高（一般HRC56～63）＼使用壽命長等優點而被廣泛的應用在礦山、港口、化工機械、鋼廠軋機和水泥機械行業上，盡管硬齒面減速機較軟齒面減速機有許多優點，但也有缺陷，那就是存在易產生磨削燒傷和裂紋，燒傷和裂紋導致齒輪過早的磨損及失效，必須重視并想辦法予以解決。

關鍵詞：燒傷裂紋產生的原因；磨削燒傷和裂紋的危害；解決磨削燒傷和裂紋的方法

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A

一、燒傷裂紋產生的原因

1 殘余奧氏體的影響

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

2 滲碳層濃度

滲碳層濃度過高時，在滲碳層組織中容易形成網狀碳化物或過多的游離碳化合物，由于這種物質硬度極硬，在磨削過程中可能出現局部過熱傾向易發生表面燒傷，碳濃度應控制在0.75%～ 0.95%，碳濃度過高易產生磨削燒傷和裂紋。

3 碳化物分布和形態

碳化物分布應均勻，碳化物形態應為球狀、粒狀或細點狀分布為好，不允許有網狀或角狀碳化物，否則易在磨削中產生裂紋。

4 脫碳

工件在熱處理過程中，因環境保護不當，齒輪表面含碳量降低，這樣在齒面上就產生一層薄的脫碳層，這層軟的脫碳層會引起砂輪過載和過熱，易產生燒傷。

5 回火

在保證零件硬度的前提下，回火溫度盡可能高一些，回火時間盡可能長一些，這樣可以提高滲碳淬硬表面的塑性，而且使殘余應力得以平衡或降低，改善表面應力的分布狀況，這樣可以降低出現磨齒裂紋的機率，提高磨齒效率和產品質量。

6 熱處理變形

應盡量減少熱處理變形，這樣可減少磨齒余量，若熱處理變形過大，并且操作者不是在齒圈徑向跳動最大處開始磨削，則每次磨削在這些點上去除的磨削余量將是不均勻不正常的，從而易導致燒傷和裂紋的產生。

7 砂輪和冷卻液

磨削淬硬齒面齒輪時應選用較軟的砂輪，磨削軟齒面齒輪時應選用較硬的砂輪，冷卻液供應要充分，冷卻液必須噴到磨削區域，流量約為40L/min～ 60L/min，并具有一定的壓力。砂輪選擇不當和冷卻液供應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它氧化的結果，它的危害是表面顏色改變，使工件淬火的硬度下降，使嚙合的齒輪過早磨損，縮短齒輪的使用壽命。

磨削裂紋有如下幾種類型：

沿齒高方向的裂紋如圖1所示。

網狀的裂紋如圖2所示。

磨削裂紋在齒輪嚙合過程中，經過往復載荷的推壓，輕微的磨削裂紋易造成齒面表皮的脫落，如圖3所示。

嚴重的磨削裂紋沿齒長方向的裂紋會導致齒面嚴重磨損，滲碳淬火的硬化層剝落后齒的硬度降低，承受的應力也大大的降低，再經過多次往復的沖擊，超過極限了，導致疲勞斷裂，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轉時受負荷的影響降低齒輪的疲勞強度，導致齒面過早的磨損，當沿齒高和齒長方向同時出現時形成網狀裂紋，它會導致齒面剝落，造成齒輪過早的失效，必須解決磨削燒傷和裂紋的出現，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給量和選擇適當的砂輪轉速，一般砂輪線速度常在30m/s～35m/s左右，高速磨削時選用立方氮化硼砂輪。

2 殘余奧氏體量應控制在30%以內

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間。避免殘余奧氏體量過多，使表面硬度，耐磨性及疲勞強度降低。

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；表面層含碳量過高，滲碳層出現大量塊狀或網狀滲碳體，而引起脆性增強，磨齒時易產生裂紋，使用中易造成齒面剝落。

4 減少熱處理變形

熱處理時工件擺放應平穩，壁薄的齒圈熱處理時要在內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脫落；磨削軟齒面齒輪時應選用較硬的砂輪。磨齒時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域，從而使磨削區域的溫度降低。

7 砂輪的平衡和修整

嚴格控制砂輪傳動系統心軸的間隙，砂輪傳動帶的松緊要調整合適，以保證砂輪工作時處于良好的平衡狀態；砂輪磨鈍時要及時修整打磨以保持其鋒利。

8 冷卻液

磨削過程中，冷卻的控制是一個重要的因素，冷卻液必須噴到磨削區域，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，以免摻入過多的氣泡和泡沫，并要配備有效的過濾裝置，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，齒面剛見亮，還有磨削余量時暫停磨削，用肉眼觀察齒面，若發現有磨削裂紋產生，應立刻停止磨削，把工件送去熱處理進行二次回火后，再重新找正工件進行磨削也可消除磨削裂紋。

10 拋丸處理

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

結論

（1）以上解決磨削燒傷裂紋的方法在實際工作中總結出來的經驗，工作中解決了不少實際問題，是有效可行的。

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

參考文獻

[1]安云錚.熱處理工藝學[M].北京：機械工業出版社，1986.

[2]宋振武.東北工學院.機械制造工藝學[M].

[3]莊佩康.黎明工學院.機械制造工藝學[M].

[4]褚啟權.洛礦齒輪所.滲碳淬火齒輪加工工藝[M].