企业动态 => 摆线减速机的齿轮磨削裂纹形成原因及其预防措施,现代硬齿面齿轮
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发布日期:[2021-09-22]    共阅[259]次

    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。

图片

                                                             
磨前滚刀齿形示意图

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。

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
(㎜),浅的仅有0.010~0.020(㎜),深的有时也可超过1
(㎜),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。

   

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:

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。

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。

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。

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。

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。

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级最佳。

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
容易产生磨削裂纹和磨削烧伤,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。

降低粗滚齿时的齿面粗糙度,应控制在Ra3.2~Ra6.3。

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。

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。

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,最大限度减小磨齿余量,也就是最大限度的减小磨
削热。

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。

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
最多。

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。

消除硬齿面齿轮磨削裂纹的工艺措施


对于硬齿面齿轮在磨削过程出现磨削裂纹时,应首先分析产生磨
削裂纹的原因,再根据工况进行以下处理:

1二次回火法及其作用

1、二次回火法

通过适当延长渗碳淬火件的回火时间、提高回火温度、增加回火
次数使之充分回火,以达到消除和减少磨削裂纹的目的,具体作
法如下:

对齿轮进行180℃不小于16小时的回火处理后,再进行磨齿或先刮
齿再磨齿;磨削裂纹严重时,可进行两次低温回火。

在160℃~180℃的热油中,进行时效12小时,效果更佳。

由于以上方法简单易行,效果好,常用于预防和消除磨削裂纹
上。

2、根据我厂的体会,充分回火的作用如下:

充分回火会显著降低各种钢的磨裂敏感性。

充分回火减小了微观应力。

充分回火会使显微裂纹自动焊合。

充分回火会使淬火残余应力得到更好的消除。

    

3、回火充分与否的鉴别方法

对渗碳淬火后,已加工的零件,以回火后零件加工部位的表面呈
现出的颜色加以判断。当呈现出金黄色的颜色时,表明已充分回
火;出现草黄色时,仍需再次回火。

对渗碳淬火后,未加工的零件,可用砂纸打光、打亮渗碳淬火零
件的局部某一部位的表面,直至该表面呈现出金属光泽为止,然
后通过回火后该表面呈现出的颜色加以判断。

   

4、二次回火中的注意事项

   

为了尽可能的减小零件变形,回火中可将零件在100℃的炉温中保
温1~2小时后,然后升温至180℃,按14~15小时进行回火。

对于渗碳淬火后已加工的零件,在回火中应进行适当的防护。

    

2刮齿去除法

将出现裂纹的齿面,采用硬质合金滚刀将裂纹齿面刮干净后,再
进行磨齿。这一方法主要用于:

齿厚有足够的余量。

裂纹深度较浅时,应用比较多见。

    

3磨齿去除法

我公司在磨削大行星轮时,发生了严重的磨削裂纹,以此作为典
型的磨齿去除法实例,分述于下:

1、对有严重磨削裂纹的大行星轮有关情况简介:

大行星轮技术参数:

    m=9z=66α=20°f=1齿宽=60

材料及热处理状况:

    20CrMnTi渗碳深度1.8~2.3表面硬度HRC58~62

变形情况及磨齿余量:

    渗碳淬火后,由于变形所致,公法线胀大后的实际尺寸
为:1.25(㎜)。

    磨齿余量:0.65(㎜);出现严重磨削裂纹时,磨削余量
尚有:0.7(㎜)。

磨削裂纹的现状:

    磨削裂纹最严重的一个齿的右侧齿面有14根平行裂纹,
沿齿宽与磨削方向成垂直分布;裂纹的长度接近齿高长度,几乎
每个齿的左、右齿面都有磨削裂纹,裂纹的根数多少不等,呈不
连续和无规则分布,裂纹的情况十分严重。

2、我公司采取以下措施:

将有严重磨削裂纹的齿轮放入180℃热油中,进行保温12个小时的
时效处理。

更换砂轮:原用砂轮硬度为K级更换为J级。

由于冷却泵在没有安装滤网的情况下长期使用,造成冷却油箱严
重污染,箱内磨削沉淀物沿整个箱底有6公分厚一层。因此,彻底
清洗冷却油箱,更换新油,确保冷却质量和效果。

在去除磨削裂纹的磨削中,进刀量控制为0.025(㎜)。

在去除磨削裂纹的磨削中,每磨完2圈,就必需对砂轮进行修整一
次,以便砂轮在工作中,保持锋利的工作状态。

对砂轮修整器已磨钝的金刚石进行修尖,恢复其锋利特性。

交流变频器由原设定的33HZ增至45HZ增加了滑座冲程次数。

 
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