成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷的研究與防止對策

張金鑫

摘 要：成型砂輪磨齒工藝是齒輪精加工的常用工藝之一，技術成熟，效率高，并且操作簡單。成型砂輪磨齒工藝在應用過程中會因為熱處理質量問題而導致磨削燒傷缺陷的出現，影響加工質量。為此，本文簡單介紹了成型砂輪磨齒工藝原理，并對磨削燒傷缺陷的產生機理和防止對策進行了深入研究與分析，希望可以提高成型砂輪磨齒工藝的應用效果，減少磨削燒傷缺陷發生，提高加工經濟效益。

關鍵詞：成型砂輪磨齒;磨削燒傷缺陷;原理;產生機理;防止對策

引言：磨削燒傷缺陷是成型砂輪磨齒工藝中比較常見的一種加工質量問題，產生機理比較復雜，但與磨削熱量有直接關系，會導致齒輪表面的加工精度和質量出現一定偏差，使用性能不達標，致使齒輪成為殘次品，無法進行銷售使用。所以，在應用成型砂輪磨齒工藝的過程中，我們需要深入了解磨削燒傷缺陷的產生機理，并利用現有的技術工藝和設備等制定科學的防止對策，降低磨削燒傷缺陷的概率，提高加工效率與質量。

一、成型砂輪磨齒工藝原理

目前，成型砂輪磨齒工藝的應用十分廣泛，技術成熟，數控成型砂輪磨齒機型號類型也比較多，在應用過程中具有很多加工優勢，例如設備運行穩定、加工容易、適用范圍廣以及磨削效率高等[1]。成型砂輪磨齒加工原理是將砂輪軸截面加工為與齒輪槽相對的截面，進而對待加工部件進行磨削處理。成型砂輪磨齒工藝的實際應用范圍很廣，可以滿足不同形狀齒輪的加工要求，特別是在磨削一些對齒形有具體要求的加工件或者對齒向有鼓形要求的齒輪。

二、成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷產生機理

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷主要是齒輪材料在瞬間高溫的作用下，在材料微觀金相組織上發生的局部燒傷變化，表現為燒傷部位出現氧化變色，并且這種燒傷缺陷是不可逆的變化。成型砂輪磨齒工藝中常見的磨削燒傷缺陷有斑狀燒傷、全面燒傷以及條狀燒傷三種，差異在于外觀形狀不同，其中條狀燒傷是比較常見的類型。

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷主要有兩種形式，一種為回火燒傷，一種為淬火燒傷。其中，成型砂輪磨齒工藝應用過程中，如果淬火鋼磨削區域的溫度超過回火溫度，由比相變溫度低時，齒輪表層的馬氏體組織硬度就會發生改變，形成硬度較低的回火屈氏體或者回火索氏體等，均屬于軟化組織，進而形成了回火燒傷。而淬火燒傷是發生在齒輪加工溫度比相變溫度高時，齒輪局部會形成奧氏體組織，其表面覆有微米級薄層，在加工中，由于磨削液急速冷卻，會轉化為二次淬火馬氏體，其硬度比回火馬氏體要高。同時，齒輪的次表層會形成硬度較低的回火索氏體或者屈氏體，因為這種硬度差的存在，所以導致了淬火燒傷缺陷[2]。另外，在成型砂輪磨齒工藝應用過程中，滲碳濃度、碳化物分布和形態、脫碳以及熱處理表型、砂輪和冷卻液使用等都可能造成磨削燒傷缺陷，需要綜合考慮加工工藝，做出有效預防。

三、成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷的防止對策

（一）選好成型砂輪磨齒工藝應用準備

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷不是單一因素所致的，而是一個復雜的氧化過程，其危害是齒輪表面顏色變化，硬度下降，會導致齒輪過早磨損，縮短使用壽命。因此需要在加工齒輪前做好成型砂輪磨齒工藝的應用準備，結合工藝和加工質量要求合理選擇磨削用量，控制砂輪轉速，轉速保持在30-50m/s之間，同時需要控制殘余奧氏體量在30%范圍內，調節加工溫度和冷卻速度，進而使得其表面硬度提高，提高其耐磨強度和疲勞強度等[3]。滲碳層濃度需要控制在0.75%-0.95%之間，在進行熱處理時需要平穩擺放齒輪，并且在處理薄壁齒輪圈時進行內圈支撐，減少變形。

（二）根據成型砂輪磨齒工藝降低磨削溫度

成型砂輪磨齒工藝中磨削燒傷缺陷防止的根本對策是降低磨削溫度，減少磨削熱量。因此，在進行齒輪加工的過程中，需要在保證齒面粗糙度的基礎上，盡可能使用中硬度或者軟硬度的砂輪，并且要保證粒度勾搭，提高其自銳性，有助于磨鈍的砂粒及時脫落，減少摩擦和塑性變形產生的能量。另外磨料的粒度也是影響磨削熱量產生的主要因素，小粒度的磨料在單位面積內可以同時參加磨削的數量比較多，磨削力和熱量也比較大，容易發生磨削燒傷缺陷。所以，在進行磨削加工時，需要根據工藝需求采取相應的降溫措施，減少加工熱量的產生。

（三）合理選用成型砂輪

為了減少磨削燒傷缺陷，應該合理選用成型砂輪，要保證砂輪硬度適中，盡可能使用低硬度砂輪，但是硬度過低會影響齒輪截面精度。同時，在進行粗磨的時候，則應該良好的修正砂輪，因為粗磨的砂輪進給量比較大， 所以需要加快砂輪修正，確保砂輪鋒利，避免燒傷缺陷。目前較為先進并且應用比較廣泛的為CBN砂輪，其具有較好的熱穩定性，自身磨削溫度也比較低，砂輪硬度和強度等都與金剛石相差不大，磨削力小，可以提高磨削表面質量[4]。

（四）科學使用冷卻液

在成型砂輪磨齒工藝正常應用過程中，需要科學的使用冷卻液，將加工過程中產生的熱量盡可能帶走，同時可以減少砂輪和加工材料之間的摩擦熱量，降低加工溫度，防止磨削燒傷缺陷出現。在使用冷卻液時，要根據加工工藝的實際操作情況和加工特點，妥善控制好冷卻液的使用速度，盡可能的降低磨削溫度，減少燒傷風險。

（五）創新冷卻方式

成型砂輪磨齒工藝的具體應用需要結合工藝特點，重點考慮到砂輪的高速旋轉，因為砂輪旋轉時會產生一層氣流保護膜，使得冷卻液的使用效果大大降低，難以順利進入到磨削加工區域。所以，在對砂輪磨削進行冷卻處理的時候，需要創新冷卻方式，目前比較先進并且應用比較廣泛的冷卻方式為低溫壓縮空氣冷卻法，需要在換熱器中使用液氮將壓縮空氣冷卻到零下10度，再經由噴嘴送入到砂輪磨削區域內進行冷卻[5]。同時，在成型砂輪加工過程中，需要進行冷卻，容易在換熱器管道中結冰，為了避免結冰問題發生，應該使用空氣干燥器將空氣中的水分清除干凈，提高冷卻效果。

（六）優化加工工藝

為了提高成型砂輪磨齒工藝的加工效率與質量，需要結合工藝特點和加工要求，優化加工工藝。首先，針對砂輪磨削的工藝特點，在進行成型砂輪磨齒加工時，操作人員需要妥善調整砂輪磨削余量，保證兩側余量對稱，并在齒形跳動到最高點的時候進刀磨削。進行粗磨時，進刀量需要控制在較小范圍，并及時進行冷卻。磨削一個齒輪時需要根據砂輪具體的比切容積來計算砂輪修整次數，以此保證砂輪鋒利，獲得較好齒形和齒面粗糙度，并且防止因為修整次數過少，導致砂輪氣孔容削過多，造成磨削燒傷。在砂輪磨削過程中，齒輪工件要固定牢靠，不能發生振動，以免出現加工質量問題。

四、結論

總之，成型砂輪磨齒工藝中經常遇到磨削燒傷缺陷問題，導致齒輪報廢，浪費材料，增加加工成本，必須得到有效預防。所以，我們需要從燒傷缺陷的產生機理方面入手，分析成型砂輪磨齒工藝原理與特點，并結合工作經驗制定科學的預防策略，提高加工效率與質量，減少燒傷缺陷發生。

參考文獻：

[1]陸堰龍，滕青龍，石泱，楊虎.控制硬齒面磨削燒傷及裂紋的工藝研究[J].軌道交通裝備與技術，2019（06）：45-47.

[2]盧佳.磨削燒傷裂紋的產生及控制[J].科技創新與應用，2017， （002）：126-126.

[3]盧佳.磨削燒傷裂紋的產生及控制[J].科技創新與應用，2017（02）：126.

[4]于永江.硬齒面齒輪、齒軸磨削燒傷裂紋產生的原因及解決方法[J].中國新技術新產品，2016（06）：50-51.

[5]王龍，田欣利，王望龍，等.磨齒表面燒傷與裂紋的產生機理及預防措施[J].制造技術與機床，2017（03）：108-113.