齿轮磨削裂纹成因及其措施.docx

No.1现代硬齿面齿轮磨削的工艺要求

1.在磨齿中的磨削部位——渐开线齿形部分

???现代硬齿面齿轮在磨齿中的磨削部位只磨渐开线起始圆以上，渐开线终止圆以下的渐开线齿形部分。

2.在磨齿中的不磨削部位——齿根

???现代硬齿面齿轮在磨齿中不磨齿根具有以下好处：

(1)避免热处理后齿根硬度的降低，保持渗碳淬火及喷丸强化后在齿面、齿根形成负的压应力层，显著有效的提高了齿轮的抗弯疲劳强度和承载能力。

(2)齿根沟槽槽底狭小，散热能力差，以及过度曲线处余量大小变化大，砂轮工作条件差，在磨齿中容易产生磨削烧伤和磨削裂纹。

(3)齿根槽底磨削条件差，砂轮外圆磨粒容易脱落和磨损，从而影响磨齿质量。

(4)从抗断齿能力来看，齿根处要有一定量的根切，齿根没有一定的根切量，磨齿时不可避免的在齿根产生凸台，这将造成严重的应力集中，对抗断齿能力影响很大，发生凸台是绝对不允许的。

???总之，齿槽根部不磨削可以提高齿轮承载能力，避免磨齿损伤，提高磨齿质量，降低磨齿负荷，提高生产率。

3.使用磨前滚刀进行齿形预加工

(1)对磨前滚刀简介

???用普通的齿轮滚刀已无法满足上述工艺的要求。因此在滚齿中，必须使用有触角的磨前滚刀。磨前滚刀与普通滚刀的不同之处在于磨前滚刀的刀齿的顶部采用带触角的刀头，见下图所示。

???在齿轮齿根处有一定量的根切，目的是使被加工齿轮的齿根部位预先成型，同时将齿面大部分余量切除，在齿形齿厚处均匀留出精加工时的余量。待渗碳淬火之后，磨齿时使齿根不再磨削。

2.对磨前滚刀齿形的要求：

齿轮的留磨余量要均匀；

磨前齿轮在齿根处要一定根切；

磨后齿轮的渐开线线要足够长。

3.对磨前滚刀的改进

???早期使用的磨前滚刀存在以下问题：

齿根部位的圆弧包络成形不充分，圆滑部位欠佳，有走刀刀痕，表面粗糙度不理想。

在磨齿中渐开线起始圆附近出现凸台的情况比较严重。

???经过长期针对性的研究和分析，我们认为问题出在：

磨削余量的增大；

热处理的变形量较大；

磨前滚刀先天不足。

??由于原磨前滚刀包络线成形不充分，提出从新设计磨前滚刀的思路，并从以下几个方面入手：

加大磨前滚刀的外圆直径；

增加滚刀刀排数量；

变压力角设计；

在保证齿轮强度的前提下，适当增加挖根量。

?以上要求和国内有技术实力的刀具厂家达成了共识，共同开发并研制了适合重载齿轮加工的新型磨前滚刀。新型磨前滚刀不但彻底解决了以前存在的问题，而且加工的齿轮根部位非常圆滑，效果很好。

4.在磨齿中齿部不允许有磨削裂纹和磨削烧伤

???轮齿的折断过程通常首先形成细微的疲劳裂纹和细微的疲劳裂纹逐步扩展而成。因此，在国内、外齿轮专业标准中规定：硬齿面齿轮磨齿后不允许有磨削裂纹和磨削烧伤。

No.2硬齿面齿轮磨削裂纹的特点及产生原因

1.硬齿面齿轮磨削裂纹的特点

???磨削裂纹属于最典型的表面裂纹，其垂直深度一般不超过0.5(mm)，浅的仅有0.010～0.020(mm)，深的有时也可超过1(mm)，但并不多见。

2.硬齿面齿轮裂纹的形成原因

???关于磨削裂纹的形成原因，国内外一致认为：磨削裂纹是磨削拉应力超过材料断裂强度所致。直接影响磨削拉应力的因素有以下二个方面：

(1)热处理方面：

硬齿面齿轮磨削裂纹大都是发生在渗碳+淬火+低温回火后的零件，因此，磨削裂纹与热处理的质量密切相关，是个非常重要的因素。

残余奥氏体量过多，使局部拉应力增加。

回火不充分、回火温度过低或回火时间不足，影响马氏体中碳含量和马氏体微裂纹焊合或尺寸减小的程度，从而影响马氏体的断裂韧性，磨削时的磨削热产生较大的热应力和组织应力，而产生磨削裂纹。

渗碳淬火热处理时产生过大的变形，造成磨削余量不均匀或增大了磨齿余量。

(2)磨削工艺方面：

???磨削裂纹毕竟发生在磨削加工中，因此磨削工艺一直是个不可忽视的影响因素。

磨齿余量大，会产生过多的磨削热引起热应力、组织应力增加与磨削拉应力加在一起，增加裂纹倾向。

切削用量搭配不合理。

砂轮选择不当。

冷却油温过高或油量不充足。

No.3防止硬齿面齿轮磨齿裂纹的工艺措施

1.热处理方面的工艺措施

???对磨削裂纹越敏感的材料，在磨削中越容易形成裂纹，降低材料对磨削裂纹敏感的程度，就降低了磨削裂纹的发生机率。20CrMnTi和20Cr2Ni4A这二种材料对磨削裂纹是比较敏感的材料，而这种敏感性又因渗碳热处理工艺规范的不同而不同，因此可通过改变渗碳、淬火、回火工艺而加以适当的调控和降低。正因为如此采取以下措施：

???(1)降低渗碳件的淬火温度：用20CrMnTi加工的齿轮，在930℃中渗碳，渗碳后直接淬火，由淬火温度860℃降至830℃时，在不改变磨削条件的情况下，也可以消除较为严重的磨削裂纹。

???(2)表面碳浓度