隨著工藝裝備技術(shù)的不斷提升，齒輪行業(yè)中出現(xiàn)了數(shù)量較多的磨齒機(jī)，磨削燒傷就是一個難免會遇到的問題，個別廠家在經(jīng)過長期的調(diào)試之后還是存在問題，對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的威脅。但是目前市場上較多的手段就是簡單的消極降低磨削參數(shù)，一味地對磨削參數(shù)進(jìn)行降低也會對齒輪磨削的質(zhì)量造成影響，這對于整個生產(chǎn)的效益的提升是極為不利的。文章就針對目前齒輪磨損過程中的失效情況進(jìn)行了分析，從齒輪開裂形式和形成原因?qū)X輪的損傷成因以及后期的改善措施進(jìn)行了簡單的分析。

齒輪是目前工業(yè)裝備中的主要零件之一，相對于常用的滲碳淬火齒輪而言，經(jīng)過滲碳淬火處理后，齒輪的接觸應(yīng)力得到很大限度的提升，一般是原有的3 倍左右，允許彎曲應(yīng)力相當(dāng)于原有的1.5 倍左右，對于齒輪的的耐用性能和壽命將會起到極為關(guān)鍵的作用。但此工藝還是存在著一些不足和常見的問題，最常見的就是表面的磨傷，使用的質(zhì)量會受到嚴(yán)重的損失。嚴(yán)重的磨削燒傷甚至?xí)沟靡?span>些零件無法再繼續(xù)使用。

進(jìn)行加工的過程中，磨粒起切削、刻劃和滑擦作用。一般都是負(fù)角度在向前進(jìn)行運(yùn)作，同時在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況之下，表面會產(chǎn)生極高的溫度差異（一般為650℃~1500℃），表面的組織結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生較大的變化，工件某些部位直接會產(chǎn)生變色問題（即氧化膜的顏色———黃、褐、紫、青等色），這種情況就是磨削燒傷。在外表方面也存在著一些差異，磨削表面有斑狀燒傷、全面燒傷、線條狀燒傷。在這些燒傷中，線條狀的燒傷是最為常見的問題。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17879-1999《齒輪磨削后表面回火的浸蝕檢驗(yàn)》中所提到的酸洗法，將零件放入配制好的酸溶液中，酸洗后觀察表面的情況，從而判斷磨傷的程度。最主要的特征就是表面存在一個富氧層，再用酸對其進(jìn)行水洗之后會產(chǎn)生亮點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)燒傷的程度。未出現(xiàn)回火的零件，在對其進(jìn)行酸洗之后會產(chǎn)生灰色部位；局部回火區(qū)域在酸洗之后會產(chǎn)生深灰或黑色。一般而言，如果水洗后的顏色越深，那么就表明了回火燒傷的實(shí)際程度就越嚴(yán)重，對零件的損害也越嚴(yán)重；同時在磨削的過程中，如果溫度得到了較大程度的提升，那么將導(dǎo)致再硬化，再硬化區(qū)域是一塊白色或淺顏色的未回火馬氏體，周圍是黑色回火面，這是較為嚴(yán)重的一種燒傷。

一般而言，淬火鋼組織為馬氏體，它的硬度和強(qiáng)度是比較大的。齒輪在進(jìn)行加工的過程中，一旦表面的溫度超過了350℃，同時保證要低于Ac3（727℃），馬氏體就會進(jìn)行一個轉(zhuǎn)化的過程，成為我們所說的回火屈氏體，或者是索氏體，我們將此種燒傷稱之為回火燒傷。如果此時，表面的溫度已經(jīng)超過了Ac3，那么馬氏體就會直接生成奧氏體，如果不加入磨削液冷卻，那么表面就會產(chǎn)生退火，表面的硬度就會大大減少，我們將此種問題稱之為退火燒傷；如果在表面溫度超過Ac3 的情況下，馬氏體一方面會直接轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，此時向其中加入磨削液進(jìn)行冷卻，在表面就會直接形成二次淬火馬氏體，它的硬度一般是高于回火馬氏體，但是厚度往往是很薄的，在下面的物質(zhì)一般是溫度比較低的二次淬火馬氏體，我們將此種燒傷比作淬火燒傷。

由于燒傷問題的存在，齒輪表面的馬氏體回火會降低硬度。一個鋼化層會產(chǎn)生大面積燒傷，降低硬度HRC 的數(shù)值保持在（45~55），導(dǎo)致耐磨性顯著降低?；蚴贡砻娲慊饍纱?，造成表面組織非常脆，會導(dǎo)致齒輪在剝離過程中出現(xiàn)上述的現(xiàn)象。磨削燒傷也會削弱齒輪表面的壓應(yīng)力，甚至引起拉應(yīng)力。尤其是二次淬火燒傷后，由于磨削熱引起的塑性變形，形成一層硬脆變質(zhì)層，這對零件強(qiáng)度的提高是有很大的好處的，但隨后，一方面會產(chǎn)生嚴(yán)重淬火回火燒傷，在高壓的條件下，會突然將硬度降低至（150~200）。從壓應(yīng)力逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，殘余應(yīng)力很快會消失，轉(zhuǎn)化為736MPa重度燒傷表面的拉應(yīng)力，中度燒傷為（373~392）MPa；輕微燒傷維持在49MPa。但拉應(yīng)力過渡層中的變化很容易產(chǎn)生微裂紋，而且也不易觀察，在循環(huán)荷載作用下，疲勞強(qiáng)度和齒面使用壽命就會受到極為關(guān)鍵的影響，導(dǎo)致過早的磨損和點(diǎn)蝕，甚至造成齒輪早期失效。此外，由于殘余拉應(yīng)力，磨削裂紋常沿?zé)齻吘壈l(fā)生，避免燒傷是防止磨削裂紋的前提。在進(jìn)行齒端面的磨削加工時，在齒輪的齒廓、齒底與端面相交邊緣處容易產(chǎn)生微裂紋。裂紋有兩種存在形式，一是裂紋在端面處產(chǎn)生并向齒根內(nèi)部延伸，另一種只存在于齒端面而未向齒部擴(kuò)展。滾齒后齒廓及齒底與端面形成了尖邊，尖邊在熱處理前未進(jìn)行打鈍處理，淬火后在尖邊位置產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域，磨削時尖邊處應(yīng)力釋放產(chǎn)生裂紋。

對于滲碳淬火齒輪而言，磨削熱的產(chǎn)生以及釋放是影響燒傷強(qiáng)度的最主要的原因。其中，砂輪和磨削參數(shù)對于磨削熱的產(chǎn)生起到了極為關(guān)鍵的作用，切削液及滲層碳濃度對于磨削熱的釋放有著決定作用。

3.1 砂輪

砂輪的硬度如果太高，在磨削的過程中顆粒就不能進(jìn)行及時的脫落，直接導(dǎo)致了磨削力過高，而且溫度過高，很容易就會產(chǎn)生齒面燒傷。砂輪粒度號太大（磨粒太小），就會導(dǎo)致堵塞比較嚴(yán)重，產(chǎn)生磨削熱使得燒傷極其嚴(yán)重。如果不對砂輪進(jìn)行及時修整，就會導(dǎo)致砂輪太鈍，也十分容易產(chǎn)生表面的磨傷。

3.2 磨削條件

特別是砂輪進(jìn)給量和磨齒余量過大，瞬時摩擦?xí)a(chǎn)生極高的熱量，導(dǎo)致齒面磨削燒傷。此外，需要注意的是，在磨齒加工開始時，可能會出現(xiàn)齒輪表面與砂輪不接觸的現(xiàn)象，砂輪略高于齒面圓弧的高度，這里是最容易產(chǎn)生磨削燒傷，也是磨削燒傷檢測的一個重要領(lǐng)域。

3.3 切削液

冷卻液一方面會帶走過多的磨削熱量，另一方面可以起到潤滑的作用，減少摩擦。在冷卻的過程中，如果冷卻的速度不夠，就會導(dǎo)致熱量無法快速放出，從而導(dǎo)致表面的溫度過高，產(chǎn)生燒傷問題，冷卻過快則會導(dǎo)致表面的硬化問題。

3.4 滲層碳濃度

滲層碳濃度過高，就會在表面的組織層中產(chǎn)生大量的游離碳化物，齒加工零件材料的硬度較高，所以在磨削的時候，就會出現(xiàn)局部過熱，從而在表面發(fā)生回火的問題；另外也會在表面直接生成過多的殘余奧氏體，導(dǎo)致表面硬度過低而產(chǎn)生磨削裂紋。

3.5 零件的材料問題

零件在回火的過程中，如果質(zhì)量不夠，就會產(chǎn)生數(shù)量較多的淬火態(tài)的馬氏體。這種物質(zhì)的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度高，同時硬度較大，對磨削拉應(yīng)力的敏感程度比較高，很容易就會出現(xiàn)較多的磨削裂紋。除了上述問題以外，零件中的奧氏體數(shù)量也比較多，一般會維持在45%以上。殘余奧氏體存在十分不穩(wěn)定，很容易就產(chǎn)生淬火態(tài)的馬氏體，也會產(chǎn)生較多的磨削裂紋。網(wǎng)狀碳化物，脆性程度比較高，對磨削拉應(yīng)力敏感容易產(chǎn)生磨削裂紋。網(wǎng)狀碳化物所產(chǎn)生的裂紋外觀一般都是龜裂狀的。

可見，熱處理滲碳淬火工藝的科學(xué)性與合理性將會直接決定了后期齒輪磨削中是否會產(chǎn)生較多的裂紋現(xiàn)象。如果滲碳層的表面存在較大濃度，淬火的溫度較高情況下，會使得工件中產(chǎn)生較多的馬氏體、奧氏體以及網(wǎng)狀的碳化物，馬氏體的外表是針片狀的，片狀馬氏體中含有數(shù)量較多的細(xì)小孿晶，這會直接阻礙塑性的形變，滲層含碳量高也會直接導(dǎo)致晶格中存在較大的內(nèi)應(yīng)力，從而使?jié)B層變脆，產(chǎn)生一些較小的磨削裂紋。

要想減少表面的磨削問題，最關(guān)鍵的是從源頭減少磨削熱的產(chǎn)生，同時加快磨削熱量的散發(fā)。通過對燒傷因素的一系列分析，發(fā)現(xiàn)可以采取以下措施，來減少磨削熱對齒輪摩擦產(chǎn)生的影響。

4.1 砂輪

砂輪在選擇過程中，由于粗的砂輪硬度較軟，容易產(chǎn)生砂磨面，堵塞會產(chǎn)生較大的阻礙問題，同時研磨的過程中會產(chǎn)生數(shù)量較多的熱量；精磨過程中必須要采用硬度較高的細(xì)砂輪，磨削的表面需要保證其光滑，最后保證尺寸的合格性。金剛石的磨削硬度一般是比較大的，由于過強(qiáng)的硬度以及強(qiáng)度，磨削條件就得到了較為明顯的改善，使得表面的磨削力受到減弱，此外，如果摩擦的系數(shù)較低，在沒有潤滑劑的情況下也不會產(chǎn)生較多的摩擦，所以就不會發(fā)生過多的燒傷問題。目前，CBN 砂輪由于熱穩(wěn)定性比較好，磨削溫度低，硬度和強(qiáng)度也比較好，所以受到了較為廣泛的推廣使用。磨削力小，就可以使得表面的質(zhì)量得到很大的提升。另外，一些橡膠、樹脂也可以對磨削的條件造成較大的改善。由于某些原因，切削力在增大的過程中，會產(chǎn)生較大的彈性屈服力，從而不斷減小切削的深度，有效的減少了燒傷問題的發(fā)生。砂輪的平衡處理必須要做到位，從而在后期平衡的過程中保持較好的進(jìn)行狀態(tài)。砂輪必須要保證時刻處于鋒利的工作狀態(tài)。有許多因素會影響啥輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，末學(xué)材料的種類以及純度等等都會對其產(chǎn)生較大的影響。砂輪的金剛石支架在前期固定過程中需要重視。如果鉆石表面有0.5~0.6 毫米磨損，說明已經(jīng)鈍化，需要更換。

4.2 磨削條件

砂輪產(chǎn)生熱量的過程中，大約在單位時間內(nèi)按比例產(chǎn)生熱量，可以有效避免磨削損傷，適當(dāng)降低切削深度，降低發(fā)電的功率，從而保證粗磨不大于0.03~0.04 毫米，而精磨不大于0.01~0.02 毫米。磨削余量的選擇應(yīng)根據(jù)具體情況確定，盡可能在提高生產(chǎn)率的情況下減少磨削燒傷。由于粗磨時磨削余量偏大，一次燒成，不易消除精磨中的缺陷，前幾次粗磨進(jìn)給容易被操作者忽視。因此，淬火后，根據(jù)齒輪表面找到正確的加工定位基準(zhǔn)，使齒面邊緣分布均勻，并找出齒形的最高點(diǎn)，砂輪在這個地方開始進(jìn)給磨削。

4.3 切削液

在進(jìn)行磨齒的操作過程中，冷卻控制是十分關(guān)鍵的要素。冷卻一定要完全和充分，冷卻液也一定要流到區(qū)域內(nèi)，多數(shù)情況下，流量需要控制在40~45L/min，這樣才可以實(shí)現(xiàn)完全的冷卻，壓力的大小一般控制在0.8~1.2N/mm2，將表面切屑進(jìn)行較好的沖刷。在冷卻液足夠純凈的條件下進(jìn)行工作，從而清除冷卻液中的較臟的顆粒，冷卻液的承載容器體積一定要夠大，防止其中產(chǎn)生過多的氣泡。防止冷卻液過快的改變溫度，一般控制冷卻系統(tǒng)的容積和工作間的室溫,對于溫度就可以進(jìn)行較好的控制了，但是在一些特殊儲況下，還是需要使用散熱器進(jìn)行工作的。

4.4 滲層碳濃度

隨著表面碳濃度的不斷提升，磨削性能就會被減少，所以表面碳的濃度一般是控制在0.2%-0.9%比較合適。殘余奧氏體碳的含量一般在32%以內(nèi)比較合適，碳化物需要均勻分布在表面，同時保證顆粒的平均直徑小于lμm；碳化物一般是球狀或者是顆粒狀進(jìn)行分布，禁止產(chǎn)生網(wǎng)狀或角狀碳化物。要嚴(yán)格處理表面的熱工藝技術(shù)，對于表面的碳濃度含量嚴(yán)格管理，這樣可以最大限度地減少熱表面產(chǎn)生畸形和病變。需要將磨削規(guī)范進(jìn)行較好的規(guī)定，從而選擇最合適的磨削液。在磨齒加工工藝中，冷卻是一個極為關(guān)鍵的技術(shù)，冷卻必須充分有效，冷卻液一定要達(dá)到規(guī)定的部位，壓力至少需要沖掉砂輪上的切屑，從而進(jìn)行妥善的過濾。

在進(jìn)行了以上一系列的改進(jìn)措施后，在后續(xù)的齒輪磨削加工過程中，基本沒有出現(xiàn)磨削燒傷的現(xiàn)象，對同一件齒輪進(jìn)行加工的過程中，原先的時間保持在十二小時左右，現(xiàn)在平均只需要十小時，質(zhì)量提高了17%。