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防止硬齿面齿轮磨齿裂纹的工艺措施
发布时间:2021-02-22 03:34:35来源:网络浏览:1684次

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

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. 表面碳浓度要适当,碳浓度应控制在0.7%~0.9%范围之内。碳浓度分布梯度要平缓,以保障良好的表面强度和应力分布。

    重载齿轮的碳含量应控制在下限,这样就有利于控制碳化物的大小和形状。碳含量控制在上限时,会增强形成残余奥氏体的趋向,并有增加碳化物,表层氧化与降低齿根强度的趋向。据有关资料表明,美国对重载齿轮表面碳浓度已控制在0.65%左右。

  3. 回火越不充分,磨削裂纹敏感性就越高。因此,必须进行充分回火,以提高渗碳淬硬表面的塑性,使残余应力得以平衡或降低,改善表面应力的分布状况。从而降低出现磨削裂纹的机率。

  4. 控制残余奥氏的数量,防止齿轮在磨削时产生组织转变,而产生较大的组织应力,严格控制残余奥氏体在25%之内,对重要的齿轮应控制在20%以内。

  5. 主要控制碳化物的大小、数量、形态和分布,以获得弥散分布细颗粒碳化物,从而提高材料的断裂强度,减少脆性。

  6. 控制马氏体的级别,要获得隐晶状、细针状的马氏体,避免产生粗大针状马氏体,从而减少裂纹源,以提高材料的断裂强度。马氏体的级别3级。

  7. 采取必要的工艺措施控制热处理的变形,以减小磨齿余量。

2.机加工方面的工艺措施

根据有关文献表明,砂轮与齿面接触区的平均温度一般为:500-800℃,磨粒磨削点的温度可达1000℃,且80%以上的热将传入齿轮。由于磨齿时产生的大量磨削热,使齿面磨削区域局部受到很大的热应力和热胀冷缩变形,磨削热得不到有效控制时,齿面就容易产生磨削裂纹磨削烧伤,因此,机加工方面工艺措施的重点将放在如何减小和控制磨削热的方面。

  1. 降低粗滚齿时的齿面粗糙度,应控制在Ra3.2~Ra6.3。

  2. 严格控制粗滚齿时的公法线余量,不允许随意加大磨齿余量。

  3. 热处理后严格按照工艺要求的位置和允许的范围找正,以便尽可能减小热变形的误差。

  4. 在磨齿前必须采取硬齿面的滚切技术对齿面进行刮齿加工,使磨齿余量均匀,以限度减小磨齿余量,也就是尽可能减小磨削热。

  5. 合理选择、搭配切削用量,选择的原则为较高的砂轮转速,较快的冲程,适当的进给。

    德国推荐NILES-ZSTZ630C3(相当于国产Y7163A),当齿面的硬度在HRC58~62时:粗磨0.03~0.06;精磨0~0.01。

    据国外资料表明以及我公司的体会:对齿面粗磨阶段,是磨削裂纹形成的关键时刻,绝大部分磨削裂纹产生于这个阶段。在这一阶段,要特别加以注意。

  6. 选择砂轮是磨齿加工中一个重要的环节:砂轮选用是否恰当,对磨齿精度和效率有很大影响。对砂轮的硬度、粒度、组织选择的不当,就非常容易出现齿面烧伤和磨削裂纹。因此,应从以下几个方面加以选择:

  • 磨料:(代号PA)红色铬刚玉,铬刚玉的硬度与白刚玉(代号WA)接近,而韧性比白刚玉好,用铬刚玉磨削韧性大的钢材时。效率比白刚玉高,砂轮的耐用度以及磨削表面粗糙度也要好,因此优选(代号PA)。

  • 结合剂:把砂粒粘结在一起,形成砂轮的材料。目前,磨齿机上用的砂轮结合剂,基本上都是陶瓷粘合剂(代号V);陶瓷粘合剂性能稳定,耐水耐热不变质,能适应各种冷却液磨削,而价格又低。

  • 硬度:砂轮越硬,其多孔性越差,在磨削过程中,砂轮粒间的孔隙很快被磨粒堵塞,加上硬度高的砂轮自锐性差,磨钝的砂粒又不易脱落,造成砂轮与工件表面间的挤光现象,影响热量散发,使磨削热增加,很容易产生烧伤和裂纹。

    较软的砂轮磨损很快,不禁用,将直接影响磨齿精度。

    因此,选择砂轮硬度的原则:加工软材料时,要选较硬的砂轮;加工硬材料时,要选较软的砂轮。磨削硬的低碳合金钢时,应该选用(K~J)的砂轮。(新-老型号对照:K-中软1、J-软3)

  • 组织:优先选用具有一般多孔结构的砂轮,砂轮组织分区5级用的Z多。

  • 粒度:粒度越小在单位面积内同时参加磨削的磨粒就越多,相应的切削力和磨削热就越大,容易磨裂,在保证齿面磨削精度的情况下,常用的粒度号为:46#~60#,对于齿轮模数较小时,就应该选粒度号大一些的砂轮,当齿轮模数较大时,就应选用粒度号小一些的砂轮。(用号数表示的磨粒,数目越大,颗粒尺寸越小)

  • 形状和尺寸我单位磨齿机的型号为Y7163A,用的是双锥面砂轮(代号PSX1)。尺寸为Ф350×Ф127×32。

  • 砂轮修整器金刚石的锋利状况不容忽视:在这方面,我公司的教训非常深刻。由于金刚石尖部钝化,造成砂轮修整后不锋利,在磨削中导致磨削热大量增加,曾经一度是我公司在磨齿中产生磨削裂纹的主要原因。因此,一旦金刚石磨钝后,应即时修尖,恢复其锋利的工作状态,是修好砂轮的前提和保证。

  • 冷却液是磨削中一个极为重要的环节,要引起足够的重视。磨齿机采用展成工作原理,所以砂轮和齿面在磨削过程是点接触,由此产生的磨削热由流过砂轮和齿面的强力冷却液带走,这种磨削方式能防止产生磨削裂纹,同时砂轮始终不被堵塞,磨削粉尘也不四处飞散,环保效果好。因此,冷却液必须充分,并直接喷在磨削区,流量选取40~45L/min,压力为0.8~1.2Mpa。要经常保持冷却液的纯净,循环中要经过过滤网,控制冷却液的温度,必要时应当使用散热器。使用中应特别注意,冷却液的流量及喷射冲刷的力度是否足够,一旦发生变化,检查冷却泵滤网是否被堵塞,对滤网要定期清洗和检查。

  • 降低应力集中的几个重要举措

    表面性能变化及残余应力对金属材料疲劳强度的影响

    焊接残余应力的产生与消除方法

    核电结构材料应力腐蚀开裂(SCC)及应力监测手段

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