浅析磨齿工艺常见齿形质量问题及其解决方法

梅军炎　陈晓东

（江西省核工业地质局二六四大队，江西 赣州，341000）

浅析磨齿工艺常见齿形质量问题及其解决方法

梅军炎陈晓东

（江西省核工业地质局二六四大队，江西 赣州，341000）

磨齿是齿轮加工的一种重要方法，是目前齿形加工中精度最高的一种方法，但是在磨齿工艺加工齿轮也存在着很多问题。本文介绍了常见的磨齿方法以及常见常见齿形质量问题及其解决方法。

磨齿；齿轮；齿形质量；措施

1　背景

齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按规定的速比传递运动和动力。磨齿是齿轮加工的一种重要方法， 它既可磨削未淬硬齿轮，也可磨削淬硬的齿轮，对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力，是目前齿形加工中精度最高的一种方法，因此， 齿轮制造中， 磨齿是一种广泛使用的加工方法。

2　常见磨齿方法

2.1锥面砂轮磨齿

利用假想齿条与齿轮的强制啮合关系进行展成加工，由于齿轮有一定的宽度，为了磨出全部齿面，砂轮还必须沿齿轮轴向作往复运动。轴向往复运动和展成运动结合起来使磨粒在齿面上的磨削轨迹。

2.2双片蝶形砂轮磨齿

两片蝶形砂轮磨齿构成假想齿条的两个侧面。磨齿时砂轮只在原位回转；工件作相应的正反转动和往复移动，形成展成运动。为了磨出工件全齿宽，工件还必须沿其轴线方向作慢速进给运动。当一个齿槽的两侧面磨完后，工件快速退出砂轮，经分度后再进入下一个齿槽位置的齿面加工。

3　磨齿工艺常见问题及其解决方法

磨齿是齿轮加工的一种重要方法，但是在磨齿工艺加工齿轮也存在着很多问题，下面介绍几个常见问题及措施。

3.1磨齿裂纹问题

（1）磨齿裂纹的产生及特征。磨齿工艺加工齿轮时，如果在磨削时冷却不充分，会使表面层产生附加的组织应力，再加上磨削所形成的热量使零件表面的温度升高极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致齿面出现削裂纹，严重影响齿轮的使用寿命。

（2）磨齿裂纹的解决措施。第一，降低磨削热。磨齿裂纹的产生是因为磨削热所致，所以降低磨削热是解决磨削裂纹的关键。磨齿时采用以下工艺措施，可以有效地防止磨齿裂纹的产生。①使用低粘度的冷却油，提高冷却能力。同时加大冷却液的流量，在最大程度上将磨削热带走，减少热量传入工件； ②选用硬度较软、粒度较粗的砂轮来磨削，可以降低磨削热；③提高砂轮冲程速度，减少砂轮与工件的接触时间，从而降低了齿面的磨削温度。第二，热处理工艺措施。产生磨齿裂纹的根本原因在于淬火件的马氏体组织是一种膨胀状态，有应力存在，要减少和消除这种应力，应进行去应力回火即淬火后应马上进行回火处理。

图3　无托板夹头　

图4　增加托板夹头

3.2齿形中凹问题

（1）齿形中凹产生。砂轮与齿轮的啮合是一对空间齿轮的啮合过程，在磨削直齿轮时，可以看作近似于齿条与齿轮啮合。对于标准参数的齿轮，与标准齿条啮合时，其重合度在1～2之间。当重合度不是整数时，表明啮合过程中啮合齿面的对数在变化。啮合齿面的对数的变化会在齿面的法向方向产生一个交变力，这个交变力就是产生中凹齿形的主要原因。齿形曲线大都呈现为中凹形状或S形状曲线。

（2）防止中凹齿形产生的措施。①减小磨削力。上述分析表明:磨削力中的交变分量是产生中凹齿形的主要因素，而交变分量与总磨削力的比值基本保持不变。减小磨削力，可以减小交变分量的数值，从而减小工件系统的变形，减小齿形中凹的量。②提高工件系统刚性。提高工件系统的刚性，可以减小变形，从而减小齿形中凹的量。第一，增大夹头直径。磨齿机大多采用弹簧夹头实现工件芯轴的夹紧与放松。弹簧夹头刚性较弱，增大夹头直径，不仅可以提高夹头的刚性，还可以增加工件心轴的直径，提高心轴刚性。第二，提高心轴的回转刚性。常用的芯轴加工方便，重量轻，操作工的劳动强度小，但是芯轴的回转刚性低，容易产生中凹齿形。因此，要尽量加大心轴的直径，特别是工件至夹头部分的直径。第三，增加工件托盘。某些大型齿轮常采用腹板式结构或轮辐式结构。这种齿轮在磨齿时若采用图3方式装夹，也会出现中凹齿形。这是由于齿轮自身的回转刚性低，直径大，在交变磨削力的作用下，会产生较大的变形。这种情况下，要增加工件托盘，提高工件系统的回转刚性，如图4所示。

3.3磨齿精度误差问题

（1）磨齿精度误差。在齿轮设计时，要对设计出的齿轮在计算机上进行齿面接触分析，在严格按照设计参数进行加工时，齿面接触区可以达到理想的要求。但实际加工的过程中，由于磨齿加工误差、操作人员调整误差、温度误差以及热处理变形误差的影响，实际加工出的齿面接触区往往达不到预期要求，出现斜率误差超差，左右齿面的齿形不对称等问题。

（2）提高磨齿精度的措施。①合理选择砂轮。砂轮材料选用白刚玉，硬度以软、中软为宜。粒度则根据所用砂轮外形和表面粗糙度要求而定，展成速度较快的砂轮，为保证齿面较低的粗糙度，粒度不宜较粗。此外，为保证磨齿精度，砂轮必须经过精确平衡。②提高机床精度。主要是提高工件主轴的回转精度，如采用高精度轴承，提高分度盘的齿距精度，并减少其安装误差等。③采用合理的工艺措施。主要有：按工艺规程进行操作；齿轮进行反复的定性处理和回火处理；提高工艺基准的精度，减少孔和轴的配合间隙对工件的偏心影响；隔离振动源，防止外来干扰；精细修整砂轮，所用的金刚石必须锋利等。

（References）

［1］郭宝安，谢瑛.磨齿产生中凹齿形的机理与防止措施［J］.制造技术与机床，2008（11）:95-98.

［2］李启光.凸轮磨削轮廓误差机理及精度提高方法研究［D］.北京：机械科学研究总院，2014.