成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷的研究与防止对策

张金鑫

摘 要：成型砂轮磨齿工艺是齿轮精加工的常用工艺之一，技术成熟，效率高，并且操作简单。成型砂轮磨齿工艺在应用过程中会因为热处理质量问题而导致磨削烧伤缺陷的出现，影响加工质量。为此，本文简单介绍了成型砂轮磨齿工艺原理，并对磨削烧伤缺陷的产生机理和防止对策进行了深入研究与分析，希望可以提高成型砂轮磨齿工艺的应用效果，减少磨削烧伤缺陷发生，提高加工经济效益。

关键词：成型砂轮磨齿;磨削烧伤缺陷;原理;产生机理;防止对策

引言：磨削烧伤缺陷是成型砂轮磨齿工艺中比较常见的一种加工质量问题，产生机理比较复杂，但与磨削热量有直接关系，会导致齿轮表面的加工精度和质量出现一定偏差，使用性能不达标，致使齿轮成为残次品，无法进行销售使用。所以，在应用成型砂轮磨齿工艺的过程中，我们需要深入了解磨削烧伤缺陷的产生机理，并利用现有的技术工艺和设备等制定科学的防止对策，降低磨削烧伤缺陷的概率，提高加工效率与质量。

一、成型砂轮磨齿工艺原理

目前，成型砂轮磨齿工艺的应用十分广泛，技术成熟，数控成型砂轮磨齿机型号类型也比较多，在应用过程中具有很多加工优势，例如设备运行稳定、加工容易、适用范围广以及磨削效率高等[1]。成型砂轮磨齿加工原理是将砂轮轴截面加工为与齿轮槽相对的截面，进而对待加工部件进行磨削处理。成型砂轮磨齿工艺的实际应用范围很广，可以满足不同形状齿轮的加工要求，特别是在磨削一些对齿形有具体要求的加工件或者对齿向有鼓形要求的齿轮。

二、成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷产生机理

成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷主要是齿轮材料在瞬间高温的作用下，在材料微观金相组织上发生的局部烧伤变化，表现为烧伤部位出现氧化变色，并且这种烧伤缺陷是不可逆的变化。成型砂轮磨齿工艺中常见的磨削烧伤缺陷有斑状烧伤、全面烧伤以及条状烧伤三种，差异在于外观形状不同，其中条状烧伤是比较常见的类型。

成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷主要有两种形式，一种为回火烧伤，一种为淬火烧伤。其中，成型砂轮磨齿工艺应用过程中，如果淬火钢磨削区域的温度超过回火温度，由比相变温度低时，齿轮表层的马氏体组织硬度就会发生改变，形成硬度较低的回火屈氏体或者回火索氏体等，均属于软化组织，进而形成了回火烧伤。而淬火烧伤是发生在齿轮加工温度比相变温度高时，齿轮局部会形成奥氏体组织，其表面覆有微米级薄层，在加工中，由于磨削液急速冷却，会转化为二次淬火马氏体，其硬度比回火马氏体要高。同时，齿轮的次表层会形成硬度较低的回火索氏体或者屈氏体，因为这种硬度差的存在，所以导致了淬火烧伤缺陷[2]。另外，在成型砂轮磨齿工艺应用过程中，渗碳浓度、碳化物分布和形态、脱碳以及热处理表型、砂轮和冷却液使用等都可能造成磨削烧伤缺陷，需要综合考虑加工工艺，做出有效预防。

三、成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷的防止对策

（一）选好成型砂轮磨齿工艺应用准备

成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷不是单一因素所致的，而是一个复杂的氧化过程，其危害是齿轮表面颜色变化，硬度下降，会导致齿轮过早磨损，缩短使用寿命。因此需要在加工齿轮前做好成型砂轮磨齿工艺的应用准备，结合工艺和加工质量要求合理选择磨削用量，控制砂轮转速，转速保持在30-50m/s之间，同时需要控制残余奥氏体量在30%范围内，调节加工温度和冷却速度，进而使得其表面硬度提高，提高其耐磨强度和疲劳强度等[3]。渗碳层浓度需要控制在0.75%-0.95%之间，在进行热处理时需要平稳摆放齿轮，并且在处理薄壁齿轮圈时进行内圈支撑，减少变形。

（二）根据成型砂轮磨齿工艺降低磨削温度

成型砂轮磨齿工艺中磨削烧伤缺陷防止的根本对策是降低磨削温度，减少磨削热量。因此，在进行齿轮加工的过程中，需要在保证齿面粗糙度的基础上，尽可能使用中硬度或者软硬度的砂轮，并且要保证粒度勾搭，提高其自锐性，有助于磨钝的砂粒及时脱落，减少摩擦和塑性变形产生的能量。另外磨料的粒度也是影响磨削热量产生的主要因素，小粒度的磨料在单位面积内可以同时参加磨削的数量比较多，磨削力和热量也比较大，容易发生磨削烧伤缺陷。所以，在进行磨削加工时，需要根据工艺需求采取相应的降温措施，减少加工热量的产生。

（三）合理选用成型砂轮

为了减少磨削烧伤缺陷，应该合理选用成型砂轮，要保证砂轮硬度适中，尽可能使用低硬度砂轮，但是硬度过低会影响齿轮截面精度。同时，在进行粗磨的时候，则应该良好的修正砂轮，因为粗磨的砂轮进给量比较大， 所以需要加快砂轮修正，确保砂轮锋利，避免烧伤缺陷。目前较为先进并且应用比较广泛的为CBN砂轮，其具有较好的热稳定性，自身磨削温度也比较低，砂轮硬度和强度等都与金刚石相差不大，磨削力小，可以提高磨削表面质量[4]。

（四）科学使用冷却液

在成型砂轮磨齿工艺正常应用过程中，需要科学的使用冷却液，将加工过程中产生的热量尽可能带走，同时可以减少砂轮和加工材料之间的摩擦热量，降低加工温度，防止磨削烧伤缺陷出现。在使用冷却液时，要根据加工工艺的实际操作情况和加工特点，妥善控制好冷却液的使用速度，尽可能的降低磨削温度，减少烧伤风险。

（五）創新冷却方式

成型砂轮磨齿工艺的具体应用需要结合工艺特点，重点考虑到砂轮的高速旋转，因为砂轮旋转时会产生一层气流保护膜，使得冷却液的使用效果大大降低，难以顺利进入到磨削加工区域。所以，在对砂轮磨削进行冷却处理的时候，需要创新冷却方式，目前比较先进并且应用比较广泛的冷却方式为低温压缩空气冷却法，需要在换热器中使用液氮将压缩空气冷却到零下10度，再经由喷嘴送入到砂轮磨削区域内进行冷却[5]。同时，在成型砂轮加工过程中，需要进行冷却，容易在换热器管道中结冰，为了避免结冰问题发生，应该使用空气干燥器将空气中的水分清除干净，提高冷却效果。

（六）优化加工工艺

为了提高成型砂轮磨齿工艺的加工效率与质量，需要结合工艺特点和加工要求，优化加工工艺。首先，针对砂轮磨削的工艺特点，在进行成型砂轮磨齿加工时，操作人员需要妥善调整砂轮磨削余量，保证两侧余量对称，并在齿形跳动到最高点的时候进刀磨削。进行粗磨时，进刀量需要控制在较小范围，并及时进行冷却。磨削一个齿轮时需要根据砂轮具体的比切容积来计算砂轮修整次数，以此保证砂轮锋利，获得较好齿形和齿面粗糙度，并且防止因为修整次数过少，导致砂轮气孔容削过多，造成磨削烧伤。在砂轮磨削过程中，齿轮工件要固定牢靠，不能发生振动，以免出现加工质量问题。

四、结论

总之，成型砂轮磨齿工艺中经常遇到磨削烧伤缺陷问题，导致齿轮报废，浪费材料，增加加工成本，必须得到有效预防。所以，我们需要从烧伤缺陷的产生机理方面入手，分析成型砂轮磨齿工艺原理与特点，并结合工作经验制定科学的预防策略，提高加工效率与质量，减少烧伤缺陷发生。

参考文献：

[1]陆堰龙，滕青龙，石泱，杨虎.控制硬齿面磨削烧伤及裂纹的工艺研究[J].轨道交通装备与技术，2019（06）：45-47.

[2]卢佳.磨削烧伤裂纹的产生及控制[J].科技创新与应用，2017， （002）：126-126.

[3]卢佳.磨削烧伤裂纹的产生及控制[J].科技创新与应用，2017（02）：126.

[4]于永江.硬齿面齿轮、齿轴磨削烧伤裂纹产生的原因及解决方法[J].中国新技术新产品，2016（06）：50-51.

[5]王龙，田欣利，王望龙，等.磨齿表面烧伤与裂纹的产生机理及预防措施[J].制造技术与机床，2017（03）：108-113.