齿轮磨削裂纹的产生原因及防止措施

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磨削裂纹产生的原因及措施

磨削裂纹产生的原因及措施淬火工件磨削加工过程中，磨削部位容易产生浅、细长、肉眼几乎无法辨别的磨削裂纹，常见的磨削裂纹有三种形状：龟裂或网状裂纹、直线状和弧状。

磨削裂纹产生的原因是：1、热处理热处理过程中，淬火温度高，产生过热组织；回火不充分，存在较大的内应力和较多的残余奥氏体；渗碳件渗碳层中的网状碳化物析出严重等，造成工件在后续磨削过程中产生磨削裂纹。

2、冷却磨削过程中，工件表面瞬间温度高达820℃，冷却不充分时，磨削产生的热量会使磨削表面薄层重新奥氏体化，随后在自身基体的激冷作用下，再次淬火为马氏体，表面层产生附加的组织应力，磨削是交替重复过程，累计的拉应力超过工件表面抗拉强度时，会产生龟裂或网状裂纹。

3、磨削过程中进刀量过大磨削进刀量太大，温度剧烈升高，表层达到约300℃左右，则发生第二次收缩，产生第二种磨削裂纹；与磨削方向基本垂直的、有规则排列条状裂纹。

如果局部严重磨削烧伤出现，则产生弧形裂纹。

4、磨料选择砂轮磨料种类有刚玉、碳化硅、金刚石、氮化硼等，当选择的与工件不匹配时，会产生裂纹。

磨削裂纹的控制措施是：1、正确操作热处理时严格按工艺规程操作；建立磨削加工操作规程，严格控制磨削进刀量，磨削时冷却充分；操作正应注意工作经验的总结。

2、砂轮选择1）尽可能选用锋利的砂轮，切削速度快，磨削效率高，磨削表面不易过热。

2）正确选择砂轮结构和硬度级别，以获得自由磨削效应。

3）陶瓷和金属作粘结剂的砂轮，适用于磨削热较高的场合；树脂粘结砂轮，适用磨削热较小的场合。

脆性较大的粘结剂，磨粒容易脱落，有利于使砂轮保持锐利状态。

4）SiC磨料磨削钢和铁基耐热合金时，产生强烈的化学磨损，刚玉类磨料磨削钢时无此反应。

相反，刚玉类磨料磨削玻璃、硅酸盐类陶瓷涂层时，会产生强烈的化学反应，SiC磨料无此反应。

3、如果已产生磨削裂纹，如果未超过加工余量，可进行多次低温回火，去除磨削应力，再按正确的磨削加工方法加工，磨去裂纹深度进行挽救。

20CrMnTi渗碳齿轮磨削裂纹的分析与解决

图1 细线状裂纹
图2 网状裂纹
感谢：浙江双环传动机械股份有限公司郝丰林、袁志峰、刘生磊、刘晓龄、廖林林、王美峰、马辉、闫瑞楠、王甲，上汽集团楚大风、张亚，上海ZF钱蔚灵、宋连军，重汽覃波，中船重
图3 齿顶部金相组织
图4 节圆处金相组织
量、大小、分布情况确定，具体
说明如表1所示。

残留奥氏体等级按其含量多
少确定，马氏体等级按其针体大
小确定，具体说明如表2所示。

通过对故障齿轮进行金相、
性能分析，齿轮金相组织及热处
图5 裂纹齿轮金相
图6 导致磨削裂纹的鱼骨图分析。

如何避免渗碳淬火齿轮磨削裂纹的产生

如何避免渗碳淬火齿轮磨削裂纹的产生1 引言矿山机械上利用的重载齿轮的制造关键在于如何提高其承载能力及表面耐磨性,而采纳高精度、硬齿面、齿廓和齿形修形的齿轮是提高齿轮承载能力及表面耐磨性的有效方法。

磨齿是有可能使上述方法同时实现的重要工艺手腕。

在磨齿轮工艺中长期存在一个严峻问题-裂纹,磨削裂纹是指发生在磨削面上,深度较浅,而且深度大体一致,方向垂直于齿向,即垂直于砂轮往复运动的方向,规那么排列的条状裂纹,用肉眼即可观看到。

对渗碳淬火钢齿轮磨削裂纹的产生缘故及防治方法进行研究十分必要。

2裂纹产生的缘故及避免其产生的有效方法裂纹产生的缘故(1)齿轮热处置的质量是造成磨裂的内在因素磨削裂纹产生的全然缘故是磨削热。

齿轮在渗碳进程中,其渗层组织中容易形成网状碳化物或过量的游离碳化物。

由于各物质硬度都极高,在磨削进程中,砂轮和齿面接触的刹时,磨削区的温度很高,可能显现局部过热偏向和发生表面回火,使金相组织发生转变。

依照俄罗斯学者实验,当砂轮速度v=18mPs,磨削深度t=0.05mm时,磨削区的温度达900～1100℃,因此渗碳淬硬的齿面在磨削时,表面一薄层内的回火马氏体组织变成了较高温度(300℃以上)回火组织。

马氏体析出碳化物,残留奥氏体进一步分解为回火马氏体或回火屈氏体,在随后的冷却进程中再也不发生组织转变。

现在比容减少,硬度下降,并在表面形成了拉应力。

在回火层中,由于磨削温度较高(800℃以上),已经回火,马氏体组织被加热到临界温度以上,在随后的冷却进程中产生了淬火组织,现在比容增大,产生了压应力。

在回火层以下,受磨削热的阻碍较少(200～300℃),因此只发生残留奥氏体的转变,产生未回火的马氏体,这一转变比容增大。

磨削时,钢中残留奥氏体在200～300℃温度下,组织转变成二次淬火组织,体积膨胀,形成较大的内应力。

总之在磨削时,工件内部产生的热应力和相变压力,再加上砂轮磨削工件时所造成的撕裂应力,这三者合成的最大应力和齿长的方向一致,由于那个力的作用,在齿轮上形成了与那个合应力相反的内应力,若是渗碳层的强度和金属的组织应力能抗击磨削时产生的合应力,那么可不能产生裂纹,反之,齿轮材料在磨削进程中将受到破坏,而产生垂直于合应力方向的裂纹,显现了磨裂。

螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述

２０１９年３月第４７卷第５期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｒ２０１９Ｖｏｌ４７Ｎｏ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１９０５０３５本文引用格式：张荣，韦尧兵，剡昌锋，等．螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述［Ｊ］．机床与液压，２０１９，４７（５）：１５６－１６２．ＺＨＡＮＧＲｏｎｇ，ＷＥＩＹａｏｂｉｎｇ，ＹＡＮＣｈａｎｇｆｅｎｇ，ｅｔａｌ．ＲｅｖｉｅｗｏｆＣａｕｓｅｓａｎｄＰｒｅｖｅｎｔｉｖｅＭｅａｓｕｒｅｓｏｆＧｒｉｎｄｉｎｇＣｒａｃｋｓｆｏｒＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｓ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１９，４７（５）：１５６－１６２．收稿日期：２０１７－１０－１７基金项目：青海省重点技术创新项目作者简介：张荣（１９８８），男，硕士研究生，研究方向为齿轮系统动力学㊂Ｅ－ｍａｉｌ：２９５８７１３９３＠ｑｑｃｏｍ㊂通信作者：剡昌锋（１９７４），男，博士，研究员，博士生导师㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈａｎｇｆ＿ｙａｎ＠１６３ｃｏｍ㊂螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述张荣１，韦尧兵１，剡昌锋１，高刚刚１，赵晓峰２，苟卫东２（１兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州７３００５０；２青海华鼎装备制造有限公司，青海西宁８１００１６）摘要：通过对螺旋锥齿轮在实际工况下的重要作用和结构特性分析，总结了目前国内外对齿轮表面磨削裂纹产生原因分析和预防措施改进的研究现状㊂通过分析得出：螺旋锥齿轮表面产生磨削裂纹的主要原因分为热处理工艺过程导致的内因和磨削加工工艺过程导致的外因㊂基于对螺旋锥齿轮表面产生磨削裂纹内因和外因的分析，得出螺旋锥齿轮分别在热处理和磨削加工工艺等过程中避免表面裂纹产生的预防措施㊂关键词：螺旋锥齿轮；裂纹；热处理；磨削；预防措施中图分类号：ＴＨ１３２４２１ＲｅｖｉｅｗｏｆＣａｕｓｅｓａｎｄＰｒｅｖｅｎｔｉｖｅＭｅａｓｕｒｅｓｏｆＧｒｉｎｄｉｎｇＣｒａｃｋｓｆｏｒＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｓＺＨＡＮＧＲｏｎｇ１，ＷＥＩＹａｏｂｉｎｇ１，ＹＡＮＣｈａｎｇｆｅｎｇ１，ＧＡＯＧａｎｇｇａｎｇ１，ＺＨＡＯＸｉａｏｆｅｎｇ２，ＧＯＵＷｅｉｄｏｎｇ２（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２ＱｉｎｇｈａｉＨｕａｄｉｎｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＸｉｎｉｎｇＱｉｎｇｈａｉ８１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｃｒａｃｋｓｏｎｇｅａｒｓｕｒｆａｃｅｓａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗａｓｇｉｖｅｎｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｐｉ⁃ｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒｓ．Ｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｃａｕｓｅｓｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｃｒａｃｋｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒｓａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｉｎｔｅｒｎａｌｃａｕｓｅｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｃａｕｓｅｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｃｒａｃｋｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｐｉ⁃ｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒｓ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒａｖｏｉｄｉｎｇｔｈｅｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒｓ；Ｃｒａｃｋ；Ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ｇｒｉｎｄｉｎｇ；Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓ０㊀前言螺旋锥齿轮副因其具有重合度大㊁传动平稳㊁承载能力高等优点，所以被广泛应用于各种机器设备的交错轴传动中，如汽车㊁工程机械㊁断纸面刀辊专用加工设备和旋翼推进的直升机等军用设备中，如图１所示㊂图１㊀螺旋锥齿轮副螺旋锥齿轮的表面质量直接影响到这些设备的工作效率㊁运动精度和寿命［１－２］㊂但由于螺旋锥齿轮的齿面几何形状和啮合过程非常复杂，使得其对制造和安装误差极为敏感㊂螺旋锥齿轮的加工刀具设计㊁机床参数设置㊁加载变形和装配误差等激励都会对其啮合㊁承载及振动性能造成影响，使得在设计和精密加工中其质量和性能的控制都十分困难［３－７］㊂磨削加工是提高零件精度㊁表面粗糙度和加工效率的最有效方法之一，常见磨削加工过程如图２所示㊂但在螺旋锥齿轮的磨削过程中，由于受各方面因素的影响，经常会在螺旋锥齿轮表面产生磨削裂纹［７］㊂螺旋锥齿轮磨削裂纹分布形式一般有３种：长条状裂纹［如图３（ａ）所示］㊁网状裂纹［如图３（ｂ）所示］㊁点状分布的裂纹［如图３（ｃ）所示］㊂其中最常见的是与磨削方向垂直的条状裂纹，深度为０１０２ｍｍ（如图４所示）㊂图２㊀螺旋锥齿轮磨削过程图３㊀螺旋锥齿轮磨削裂纹分布形式图４㊀与磨削方向垂直的长条状齿轮磨削裂纹螺旋锥齿轮齿面裂纹不仅改变了某一时刻齿轮的重合度和轮齿间的载荷分配关系，也改变了最大接触应力出现的位置，同时加剧了接触应力的波动，而且表面裂纹会导致应力集中㊂随着啮合过程的进行，接触应力与集中应力交替成为最大应力㊂当最大集中应力出现在齿宽中部的齿根裂纹边缘处时，随着裂纹的扩展，会在齿轮表面形成点蚀㊁胶合等，造成齿轮失效；当最大集中应力出现在轮齿小端端面的齿根裂纹尖端处时，裂纹更易扩展，破坏性更大［８］㊂因此，国内外各机械加工企业和科研院所对螺旋锥齿轮表面磨削裂纹的产生原因和预防措施进行了大量的研究㊂ＦＡＮ等［９］对齿轮裂纹的智能检测方法进行了研究，并给出了基于裂纹齿轮振动信号的支持向量机算法㊂ＫＧＴＫＨＡＧＡＰＳＯＥＶ等［１０］通过实验的方法研究发现造成齿轮表面磨削裂纹的主要原因是磨削力过大和磨削余量不均匀，通过减小表面碳势和内部残余应力的方法可以降低齿轮表面磨削裂纹产生的概率㊂陆建修等［１１］经检测研究发现，以２０ＣｒＭｎＭｏ为材料的齿轮磨削裂纹主要是由磨削过程中过高的磨削热引起的㊂明兴祖等［１２］研究了２０ＣｒＭｎＴｉ齿轮的加工参数与齿轮表面质量的关系，发现当加工螺旋锥齿轮小轮凹面时，磨削深度ａｐ＝２０μｍ㊁砂轮速度ｖｓ＝３５２ｍ／ｓ㊁齿轮进给速度ｖｗ＝００７３ｍ／ｓ时，残余奥氏体含量Ａｒ＝１５６％，针状马氏体晶粒级别为２级，平均疲劳寿命可达６０ˑ１０４次，且螺旋锥齿轮表面组织性能最优，极大地提高了螺旋锥齿轮抗疲劳性能和耐磨性㊂徐敏等人［１３］通过对１２ＣｒＮｉ３Ａ齿轮表面裂纹的形成原因分析后得出：在严格控制热处理后的磨削余量的前提下，使用大气孔陶瓷氧化铝砂轮，采用较小的磨削深度㊁高速快冲程的方法磨削，可有效修整砂轮，改进冷却方式，可减少和避免１２ＣｒＮｉ３Ａ类材料的磨齿烧伤㊂马晓峰［１４］研究发现１８ＣｒＮｉ４ＭｏＡ齿轮的表面磨削裂纹主要是由磨齿余量过大造成的，并基于此提出了详细的改进措施㊂张士平等［１５］在生产实际中对中等模数硬齿面Ｓ１７Ｃｒ２Ｎｉ２Ｍｏ渗碳钢齿轮磨削裂纹进行了分析研究，提出采用高速快冲程加工方法，瞬间完成磨削加工过程，通过回火处理后，再进行磨齿㊁喷丸处理消除应力等措施，可以极大地减小裂纹产生的概率㊂１　螺旋锥齿轮表面磨削裂纹产生原因当螺旋锥齿轮在磨削过程中，表面所受磨削拉应力大于材料的断裂强度时，螺旋锥齿轮表面就会产生磨削裂纹［１６］㊂为了达到轮齿表面硬而芯部韧的性能要求，硬齿面螺旋锥齿轮都要经过热处理工艺过程［１７－２０］，磨削裂纹都是在齿轮经过渗碳㊁淬火和低温回火后产生的，所以热处理质量优劣与螺旋锥齿轮表面裂纹的产生有必然的联系［２１］㊂螺旋锥齿轮表面裂纹都是在磨削过程中显现出来的，故不良的磨削工艺也是导致裂纹产生的一个重要因素㊂其中，热处理工艺是产生裂纹的内因，磨削工艺是产生裂纹的外因［２２］㊂１１㊀螺旋锥齿轮产生表面磨削裂纹的热处理因素热处理工艺在机械零件制造过程中占有很大的比重，其工艺参数的差异直接影响到零件最终的质量［２３］㊂螺旋锥齿轮热处理工艺主要有渗碳㊁淬火㊁回火等㊂在此过程中，碳势的分布㊁淬火时间的长短㊁回火时间长短和回火温度高低［２３］㊁淬火和淬火过程中零件的摆放位置和方式以及夹具引起的零件变形，都会影响到齿轮零件的最终质量㊂热处理过程中可能使螺旋锥齿轮表面产生裂纹的重要因素有：（１）过量残余奥氏体导致过大的组织应力螺旋锥齿轮无裂纹处的金相组织主要为回火马氏体＋淬火马氏体＋少量残余奥氏体，而有裂纹处金相组织为回火马氏体＋较大量残余奥氏体（体积分数一般大于２０％），所以残余奥氏体的含量过大是造成螺旋锥齿轮表面磨削裂纹的一个主要因素㊂因为螺旋锥㊃７５１㊃第５期张荣等：螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述㊀㊀㊀齿轮淬火时，在马氏体形成过程中，由于马氏体的体积增大，包围了与之相邻的过冷奥氏体，导致这部分奥氏体不能转变，使齿轮表面组织中存在较多的残余奥氏体㊂在磨削热和磨削力产生的冷作硬化的共同作用下，残余奥氏体发生分解，导致镶边，形成较大的组织应力，引起螺旋锥齿轮的畸变和表面裂纹［２４－２５］㊂（２）碳势过高导致材料脆性增加当碳势过高，渗碳层碳化物的颗粒过大㊁分布不均匀，碳化物最大长度超过００２ｍｍ［２６］，甚至渗碳组织形成网状碳化物或过多的游离碳化物时，由于碳化物导热率很低，且韧性极低，将会导致材质的脆性增加㊂在磨削过程中，在螺旋锥齿轮表面（尤其是在凹面），过高的磨削区温度会使螺旋锥齿轮局部表面发生回火，比体积减小，硬度下降，产生表面拉应力，使螺旋锥齿轮表面产生裂纹的可能性增加，这种现象在砂轮硬度太大时更容易发生［２７－２８］㊂（３）过多粗大针状马氏体引起晶界微裂纹螺旋锥齿轮在热处理时若渗碳层中粗大针状马氏体存在较多，甚至超过５级时，将会使齿轮的抗弯曲断裂性能显著降低，若在后期热处理过程中没有进行充分的二次回火消除这些马氏体组织，则会使马氏体晶界微裂纹扩展形成宏观裂纹［２９－３１］㊂（４）热处理引起变形在热处理过程中，当螺旋锥齿轮由膨胀状态迅速冷却到冷缩状态时所产生的热应力大于螺旋锥齿轮材料的弹性极限时，将引起螺旋锥齿轮产生变形㊂另外，螺旋锥齿轮加热时由于自身质量也会使其产生热处理变形，这些热处理变形会使磨削余量不均匀或增大磨齿余量，导致在螺旋锥齿轮磨削过程中产生过量的磨削热，使螺旋锥齿轮产生表面裂纹［３２］㊂对于齿轮材料成份未严格控制的齿轮而言，过量残余奥氏体是导致螺旋锥齿轮表面产生磨削裂纹的最主要的原因㊂当待加工螺旋锥齿轮材料内部残余奥氏体含量符合要求时，最可能引起螺旋锥齿轮表面磨削裂纹的原因是待加工螺旋锥齿轮材料碳势过高或材料中有过多粗大针状马氏体㊂热处理引起的齿轮变形是导致螺旋锥齿轮表面产生裂纹的可能原因之一㊂１２㊀螺旋锥齿轮产生表面磨削裂纹的磨削加工因素砂轮对螺旋锥齿轮表面进行磨削加工是由用结合剂粘结的具有不同切削角的磨粒进行的㊂在高的切削速度下，由于磨粒微刃对被加工表面的切削㊁刻划㊁摩擦㊁抛光作用，使金属在短时间内经历挤压㊁滑移㊁挤裂㊁切离４个阶段，从而使磨粒与工件的摩擦做功及金属的塑性变形能量全部转化为热量，这就是磨削热产生的过程［３３］㊂由于螺旋锥齿轮的结构特性，使得磨削热的散发更加困难，磨削区局部高温作用和随后的冷却效应会导致螺旋锥齿轮表面出现不能恢复和不均匀的组织变化，即当磨削热使螺旋锥齿轮表面温度达到金相变化温度时，螺旋锥齿轮表层淬火马氏体向回火索氏体转化，其表面体积收缩和冷却不良都会形成二次淬火马氏体，使得螺旋锥齿轮表面的组织体积膨胀，当组织内应力超过工件材料强度极限时，造成螺旋锥齿轮表面磨削裂纹和磨削烧伤［３４］㊂螺旋锥齿轮表面产生磨削裂纹的磨削因素具体分为以下几个方面：（１）磨齿余量过大产生过高磨削温度当磨齿余量过大时，将会产生过多的磨削热，使螺旋锥齿轮表面磨削区温度急剧升高，极易形成二次淬火裂纹和烧伤裂纹㊂（２）磨削用量选择不合理引起磨削烧伤当磨削用量选择不合理时，会使磨削过程中螺旋锥齿轮表面产生过量的磨削热㊂横向和纵向进给量增大时，螺旋锥齿轮表面的烧伤程度和裂纹产生的可能性将会增大，但当砂轮转速增大时，烧伤程度和裂纹产生的可能性就会减小㊂（３）不合理的砂轮导致磨削温度过高㊁散热效率降低砂轮是螺旋锥齿轮磨削过程中的磨具，所以砂轮选择的合理性会直接反映在螺旋锥齿轮表面精度㊁粗糙度和磨削区温度等方面㊂选择不合理的砂轮不但会影响螺旋锥齿轮表面磨削质量和磨削效率，而且会使砂轮在磨削过程中产生过量的磨削热，造成磨削烧伤㊂（４）磨削液使用不当导致散热困难在磨削加工过程中，由于被切除的金属层较薄，仅有不到１０％的热量被磨屑带走，大约有６０％９０％的热量传入到工件，产生了大量的磨削热，磨削区温度可达４００１０００ħ左右㊂为了加快磨削热的散发，在螺旋锥齿轮磨削过程中都会使用磨削液㊂磨削液的种类㊁供给方式和磨削液的流量都会对磨削热的散发产生很大的影响㊂综上所述，螺旋锥齿轮表面产生磨削裂纹主要是由磨削产热高和散热难引起的，其中由于螺旋锥齿轮的特殊结构造成的散热难占主要因素㊂２　防止螺旋锥齿轮齿面裂纹的措施２１㊀在热处理过程中应采取的预防措施在热处理过程中，通过调整渗碳㊁淬火㊁回火等工艺措施，可以降低螺旋锥齿轮材料对磨削裂纹的敏感度，进而降低磨削裂纹产生的可能性［３５－３９］㊂根据热处理过程中对螺旋锥齿轮磨削裂纹原因的分析，提出如下相应的预防措施：㊃８５１㊃机床与液压第４７卷（１）降低碳势和残余奥氏体等级为了有效地改善显微组织状态，使螺旋锥齿轮获得良好的表面强度和应力分布［４０－４１］，根据螺旋锥齿轮材质要求，严格控制渗碳工艺参数，保证碳化物和残余奥氏体都在３级以下，且使碳势不超过０９％㊂（２）降低螺旋锥齿轮表面脆性适当降低淬火温度，并增加预热或应力退火工艺，进行合理的预备热处理，减少残余奥氏体的含量，使螺旋锥齿轮表面脆性降低，以减小芯部微裂纹向表面扩张而形成宏观裂纹的可能性［４２－４４］㊂大轮的安装螺孔㊁小轮螺纹㊁卡簧槽等部位均应进行防渗处理㊂（３）充分回火和二次回火为了降低马氏体的脆性，提高螺旋锥齿轮表面塑性，降低残余应力［４５］，应对螺旋锥齿轮进行６５０ħ左右且时间不低于２ｈ的回火，及２２０ħ左右且时间不低于４ｈ的二次回火㊂（４）设计专用的工装夹具，规划合理的齿轮热处理摆放位置和方式根据螺旋锥齿轮在热处理过程中的变形特点，设计出专用的螺旋锥齿轮热处理工装夹具，并规划出螺旋锥齿轮热处理摆放的合理位置和方式，保证螺旋锥齿轮在热处理过程中和冷却过程中各向受力均匀，使螺旋锥齿轮的热变形量最小化㊁变形各向均匀化㊂２２㊀在磨削加工过程中应采取的预防措施螺旋锥齿轮在磨削过程中会产生大量的磨削热，使磨削区局部受到极大的热应力和热变形，造成螺旋锥齿轮表面磨削裂纹和表面烧伤，所以降低磨削热的产生量和加速磨削热的散发速率是解决磨削裂纹的关键［４６－４７］㊂具体措施如下：（１）严格控制公法线余量为了防止在磨削过程中产生过大的磨削力和磨削热［４８－４９］，在磨削工序中，分粗磨和精磨两道工序；采用齿轮磨削余量分布快速识别技术，严格控制粗磨时的公法线余量，去除人为预留的０２０５ｍｍ的磨削余量㊂（２）选择合理的磨削参数在磨削过程中，通过适当减小磨削进给量，适当增大砂轮转速，选择合适磨削参数，有效控制磨削区磨削热和磨削力的大小，可以防止齿轮齿面裂纹的出现［５０－５２］㊂磨削深度是影响磨削过程的主要因素，随着砂轮切削深度的增加，磨粒在进给方向的切削深度也会增大，导致残余应力快速增加，在粗磨时可以选择磨削深度为００５０１０ｍｍ，精磨时可以选择磨削深度为００２００３ｍｍ㊂磨削进给量的改变也会导致材料去除率变化，影响磨削残余应力，但是其影响程度比磨削深度的影响小，一般选７１１ｍ／ｍｉｎ㊂在一定范围内，随着砂轮转速的增大，齿轮表面产生的残余应力随之增大，在实际加工中一般为２５３５ｍ／ｓ㊂（３）选择合理的砂轮磨削砂轮的主要特性包括磨料㊁粒度㊁硬度㊁结合剂和组织等［５３－５５］㊂磨料是磨削砂轮可以进行磨削加工最基本的元素，其选择原则与被加工螺旋锥齿轮材料的性能息息相关㊂加工抗拉强度较高的螺旋锥齿轮时，一般优先选用韧性较大的刚玉类磨料；加工抗拉强度较低的螺旋锥齿轮时，选用脆性较大而硬度较高的碳化硅类磨料㊂为了减小磨料的化学磨损，在选用磨料时，还要考虑到待加工齿轮表面材料与磨料之间的化学反应㊂选择合适的磨削砂轮粒度可以提升磨削效率和螺旋锥齿轮表面粗糙度㊂基于螺旋锥齿轮特殊的表面特性和较小的磨削深度，一般考虑选用粒度较细的磨削砂轮，但此时产生的磨削热将会比较大；当加工余量较大时，可以适当选用较粗的磨削砂轮㊂选择合理的磨削硬度是获得良好磨削效果的关键㊂选择的砂轮硬度应能保证砂轮在磨削过程中有适当的自锐性，避免产生过大的磨损和过高的磨削温度㊂当待加工齿轮硬度较大时，优先选用硬度较小的砂轮；反之，优先选用硬度较大的砂轮㊂砂轮结合剂的性能直接影响着磨粒能够承受的磨削力的大小和砂轮的最高回转强度㊂砂轮结合剂的选择与磨削方法㊁磨削速度和螺旋锥齿轮表面质量要求有关㊂每种结合剂都有其自身的优点和缺点，其选择标准应该与具体的磨削要求相结合㊂砂轮组织对砂轮的磨削性能有很大的影响㊂当砂轮组织疏松时，磨削效率较高，但砂轮磨损较快，寿命较短；砂轮组织太紧密时，难以容纳切屑，容易产生过高的磨削热㊂（４）提高磨削液的冷却效果磨削液在机械零件的生产加工过程中起到润滑㊁冷却㊁渗透和清洗作用，有效地使用磨削液可使磨削区的局部温度降低１００１５０ħ，并使切削力减少１０％３０％，同时使砂轮使用寿命延长４５倍［５６－５８］㊂磨削液对螺旋锥齿轮表面裂纹等加工质量的影响因素主要有如下两个方面：即磨削液的化学成分和磨削液的供给方式［５９］㊂磨削液主要分为水基磨削液和油基磨削液㊂水基磨削液的冷却效果较好，但会使磨削区的热胀冷缩现象加剧，进而会产生较大的内应力；油基磨削液有较好的附着性，能隔绝空气，防止磨削区产生氧化和水解等不良的化学反应㊂所以在螺旋锥齿轮的磨削过程中，必须根据磨削条件和螺旋锥齿轮材料选用合适的化学成分配制磨削液，一般建议选用轻矿物油作为磨削液㊂磨削液对螺旋锥齿轮磨削效果的影响不仅和磨削液自身特性有关，也和磨削液的供给㊃９５１㊃第５期张荣等：螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述㊀㊀㊀方法有关㊂由于螺旋锥齿轮的齿面有凹面和凸面之分，在磨削过程中，磨削液难以进入凹面磨削区，容易造成齿面烧伤和磨削裂纹，所以使用最常用的浇注法外，应该更多考虑使用压力冷却㊁砂轮内冷却和喷雾冷却等磨削液供给方法㊂另外，必须减小磨削深度㊁加大磨削液流量，使磨削液带走尽可能多的磨削热㊂３㊀结论文中对国内外齿轮磨削裂纹产生的原因和预防措施进行了总结，针对螺旋锥齿轮的特性，得出了螺旋锥齿轮磨削裂纹产生的根本原因㊂基于对螺旋锥齿轮表面磨削裂纹产生原因的分析，提出了在热处理过程中和磨削加工过程中应采取的预防螺旋锥齿轮表面磨削裂纹产生的具体措施㊂参考文献：［１］ＢＥＬ㊅ＳＡＫＡ，ＦＬＡ㊅ＳＫＥＲＪ．ＶｉｂｒａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧｅａｒｓｗｉｔｈＦａｔｉｇｕｅＣｒａｃｋｉｎＴｏｏｔｈＲｏｏｔ［Ｊ］．ＫｅｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉ⁃ａｌｓ，２００６，３２４／３２５：８３５－８３８．［２］严宏志，黄国兵，黎超，等．螺旋锥齿轮齿面粗糙度对其乏油润滑寿命的影响［Ｊ］．润滑与密封，２０１６，４１（８）：１－５．ＹＡＮＨＺ，ＨＵＡＮＧＧＢ，ＬＩＣ，ｅｔａｌ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｏｎＳｔａｒｖｅｄＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＬｉｆｅ［Ｊ］．ＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，４１（８）：１－５．［３］北京齿轮厂．螺旋锥齿轮［Ｍ］．北京：科学技术出版社，１９７４．［４］胡赤兵，熊海洋，李南，等．基于Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ平台齿轮数控加工程序自动生成的实现［Ｊ］．甘肃科学学报，２００４，１６（２）：９６－９９．ＨＵＣＢ，ＸＩＯＮＧＨＹ，ＬＩＮ，ｅｔａｌ．ＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡｕｔｏ⁃ｍａｔｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮＣＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＧｅａｒＭａｃｈｉｎｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＰｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００４，１６（２）：９６－９９．［５］吴序堂．齿轮啮合原理［Ｍ］．２版．西安：西安交通大学出版社，２００９．［６］阎树田，于晓晨，王璐璐．基于Ｐｒｏ／Ｅ双圆弧齿轮参数化设计研究及有限元分析［Ｊ］．甘肃科学学报，２０１２，２４（２）：８９－９２．ＹＡＮＳＴ，ＹＵＸＣ，ＷＡＮＧＬＬ．ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＤｏｕｂｌｅＣｉｒ⁃ｃｕｌａｒＡｒｃＧｅａｒＢａｓｅｄｏｎＰｒｏ／ＥａｎｄＩｔｓＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＦＥＭＡｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１２，２４（２）：８９－９２．［７］李强，闫洪波．对数螺旋锥齿轮啮合理论［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２０１２．［８］ＴＩＩＴＴＯＫＭ，ＰＲＯＲＪ．ＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＴｒｅａｔＤｅｆｅｃｔｓａｎｄＧｒｉｎｄｉｎｇＢｕｒｎｓｂｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＢａｒｋｈａｕｓｅｎＮｏｉｓｅ［Ｊ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９１，２４（１）：４３．［９］ＦＡＮＱ，ＩＫＥＪＯＫ，ＮＡＧＡＭＵＲＡＫ，ｅｔａｌ．ＧｅａｒＤａｍａｇｅＤｉ⁃ａｇｎｏｓｉｓａｎｄＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａ⁃ｃｈｉｎｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｅｓｉｇｎＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２０１４，８（３）：ＪＡＭＤＳＭ００２１．［１０］ＴＫＨＡＧＡＰＳＯＥＶＫＧ，ＳＵＲＺＨＩＮＳＫＩＩＧＫ．ＣｒａｃｋｉｎｇｉｎｔｈｅＣａｒｂｕｒｉｚｅｄＣａｓｅｏｆＧｅａｒｓＤｕｒｉｎｇｔｈｅｉｒＧｒｉｎｄｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９６９，５（３）：２２４－２２６．［１１］陆建修，邸可新．渗碳淬火齿轮磨削裂纹的失效分析［Ｊ］．热处理，２０１６，３１（４）：５６－６０．ＬＵＪＸ，ＤＩＫＸ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＧｒｉｎｄｉｎｇＣｒａｃｋｓａｔＳｕｒｆａｃｅｏｆＣａｒｂｕｒｉｚｅｄａｎｄＨａｒｄｅｎｅｄＧｅａｒ［Ｊ］．ＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ，２０１６，３１（４）：５６－６０．［１２］明兴祖，李飞，张然，等．螺旋锥齿轮磨削表层金相组织的试验研究［Ｊ］．中国机械工程，２０１４，２５（２）：１７４－１７９．ＭＩＮＧＸＺ，ＬＩＦ，ＺＨＡＮＧＲ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＮＣＧｒｉｎｄｉｎｇＳｕｒｆａｃｅＭｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，２５（２）：１７４－１７９．［１３］徐敏，冯育敏，杜改梅，等．小模数硬齿面齿轮磨削烧伤分析与预防［Ｊ］．机械传动，２０１４（７）：１２７－１３０．ＸＵＭ，ＦＥＮＧＹＭ，ＤＵＧＭ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｅｖｅｎ⁃ｔｉｏｎｏｎＧｒｉｎｄｉｎｇＢｕｒｎｏｆＳｍａｌｌＭｏｄｕｌｕｓＨａｒｄｅｎｅｄＧｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０１４（７）：１２７－１３０．［１４］马晓峰．渗碳齿轮齿面磨削裂纹的工艺分析与研究［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１４（７）：７４８－７５０．［１５］张士平，赵红，冯维伦，等．硬齿面磨削裂纹的工艺研究［Ｊ］．机械传动，２００８，３２（４）：１０３－１０４．［１６］姚继洪．齿轮的热处理和淬火［Ｊ］．热处理技术与装备，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磨削烧伤裂纹的产生及控制

磨削烧伤裂纹的产生及控制文章简述了磨齿的原理和方法，主要研究磨削裂纹的形态及产生裂纹的原因，及提出提高含碳量从标准的0.8%～0.9%提高到1%～2%。

并从热处理和冷加工方面，如工艺参数、冷却介质、工作环境，磨具等方面提出一系列防止磨齿裂纹的措施。

标签：磨削烧伤；裂纹；塑性变形；磨削余量；磨削用量磨齿是齿轮精加工的一种方法，磨齿不仅能纠正齿轮预加工产生的各项误差，而且能加工淬硬的齿轮，加工精度高。

1 磨齿的原理和方法锥砂轮磨齿原理。

在这里我们提到的都是指外齿轮，锥砂轮磨齿是按照齿轮和齿条的啮合原理进行的。

砂轮相当于假象齿条上的一个齿，齿轮的节圆沿齿条的节线作纯滚动。

被磨齿轮装在头架的主轴上，沿节线一面作横向往复移动，一面通过传动机构使被磨齿轮随主轴绕自身轴线作反复转动，被磨齿轮的移动和转动必须保持一定的相对关系，齿轮旋转一转，其移动距离应等于被磨齿轮节圆的圆周长，这样就可以磨出要求的渐开线齿形。

在磨斜齿轮时，砂轮和齿轮的相对运动相当于斜齿条的啮合原理进行的。

斜齿条的倾斜角等于斜齿轮的螺旋角，砂轮往复运动的斜线和齿轮轴线之间的夹角也应等于这一倾斜角；砂轮锥面的角度应等于斜齿条的法向齿形角。

磨完一个齿槽后，应进行分度磨下一个齿槽，工件的分度运动是当工件从一端展成到另一端时，进行一次分度，也可以进行双行程分度，即当工件展成一个往复后，进行一次分度。

为了磨出齿轮整个宽度上的齿面，砂轮还必须沿齿轮轴向进行往复运动。

2 磨齿烧伤裂纹的产生我们公司使用从德国引进的数控磨齿机，这种磨齿机的生产效率低于其他磨齿机，可以同时磨削轮齿的两面，砂轮刚性好，磨削用量也较大，所以难免产生磨削烧伤、裂纹。

这两种常见现象均属于磨齿工序的表面质量问题，它是由齿轮的材料、热处理的方式和磨削三个方面的原因所产生的现象。

从表面上看这一问题与生产效率相矛盾，然而没有质量就没有效益，这是我们都清楚的，众所周知的。

所以它是对应统一的关系。

磨齿过程中，裂纹主要是金属晶体产生塑性变形。

CF250齿圈端面磨削裂纹原因分析

CF250齿圈端面磨削裂纹原因分析李加荣（江苏奔航齿轮有限公司江苏淮安223001）摘要：本文通过对CF250齿圈端面磨削裂纹的产生原因的分析，探讨了端面磨削裂纹产生与磨削工艺、磨轮材料及热处理工艺的关系，并提出了解决办法。

2009年12月12日我公司在磨CF250.37.203齿圈（如下图）内止口时有21件端面发现严重的裂纹，有个别零件甚至有剥落现象。

本批质量问题的出现，数量大，情况严重，引起了全公司上下的一致重视。

为此，我们组织相关人员对此现象进行分析。

一、产品简图如下生产工艺如下：1、热处理工艺热处理加工采用渗碳淬火工艺，具体工艺参数如下：设备：UBE600型可控气氛多用炉渗碳淬火渗碳工艺：920℃碳势Cp1.05,4小时，920℃碳势Cp0.8,0.5小时，降温至810℃保温30分钟（降温及淬火保温段碳势Cp=0.8）淬入100℃分级淬火油40分钟清洗，低温回火烘箱，CF250齿圈简图 180℃±10℃保温3小时。

T处为为磨加工面2、磨加工工艺设备：M2120砂轮型号：WA60AVPDA 125X45X50砂轮转速：6000r/min零件转速：500r/min进刀量：0.05mm冷却液种类：M-2磨削液冷却液冲击方向：距磨削点处约20mm的齿轮内表面二、相关检验结果1、产品材料：20CrMnTi具体成份如下表：从实物金相组织看，表面有少量未转变的淬火马氏体，说明回火不太充分。

3、我们还对对渗碳淬火后磨前零件进行解剖检查，未发现裂纹，其金相结果同产生裂纹的实物检查，对热前零件进行检查，也未发现原材料中有锻造缺陷。

三、检查结果分析：1、从原材料的检查结果看，材料符合要求，也未发现锻造问题；2、从对热后磨前的零件检查结果看，没有产生淬火裂纹；3、从硬度检查及金相检查结果看，所得硬度和金相组织均很优良，说明热处理渗碳淬火工艺完全符合要求，但回火不太充分，可能与所用回火烘箱密封性能差有关。

磨削裂纹的产生与防止

切深以０．０２ｍｍ为宜。，并增加对砂轮刃口的修磨次数。
发现粗磨的初始阶段是磨裂的关键时刻，绝大多数裂纹是在这阶段产生的，如初始阶段未产生裂纹，随
后即使采用更大的磨削用量，也不会形成裂纹。相反，初始阶段已发现磨裂，随后即使改用更小的切深量
（０．０１～０．０２ｍｍ），往往也难以把裂纹磨除。此时施行１６０～２００℃，８～１２ｈ低温回火，会顺利地把裂纹
火（＜Ａｃ１）烧伤区呈暗黑色（黑斑、黑烧伤），在二次淬火（＞Ａｃ１）烧伤区呈亮白色（白斑、“白烧伤”），磁粉探伤无法显示烧伤。较严重的裂纹显龟甲状（封闭网络状），其深度大致为０．０３～０．１５ｍｍ，用酸浸蚀，裂纹显
而易见。第二种磨削裂纹是典型的表面裂纹，其垂直深度一般不超过０．５ｍｍ，最浅的仅１０～２０μｍ，而深的
减少磨削热的产生）、合理选用和修整砂轮、采用良好的冷却措施、磨削分两步进行（粗磨和精磨）。充分消
除内应力后磨削。凡是砂轮太细、太钝、太硬、进刀量太大、冷却不良等，均易引起磨削裂纹，裂纹一般细而密
集。
热处理方面：材料与热处理是影响磨削裂纹的重要因素。碳素工具钢、刃具钢、模具钢、轴承钢等淬火低
温回火件、渗碳淬回火、表面淬回火、铸铁淬回火件易出现磨削裂纹。热处理涉及到的显微组织状况（马氏
磨除。
·薄鑫涛·
《热处理》２０１９年第３４卷第１期
·５１·
体、残留奥氏体、碳化物）、回火是否充分及含氢量等均对磨削裂纹有一定的影响。热处理应力大，引起的磨
削裂纹一般比较稀疏粗长。
３已形成磨削裂纹的工件处置
已经形成的磨削裂纹，有时可在随后改用更小的磨削切深的办法予以磨除。磨除前，工件先进行一次低
温回火，或１６０℃热油中时效１２ｈ，效果更佳。磨削方向与原来的垂直，尤是平行状的裂纹，更应如此。磨削

磨削裂纹产生的原因是磨削力过大

磨削裂纹产生的原因是磨削力过大、冷却不充分，工件表面温度过高，而导致工件表面烧伤或产生淬火组织，并以下参数选择有关：1.与砂轮的选择有关，渗碳淬火件宜采用硬度较的的磨轮。

可选用棕刚玉砂轮，粒度为80-100，硬度为K-M，陶瓷5-6粘结剂。

2.冷却必须充分。

3.进刀量应尽量小，一般一次磨量不宜超过0.02mm(单边)。

磨削裂纹有两类：一类是磨削热使工件温度升高至180℃左右（与回火第一阶段相对应），裂纹与磨削进给方向垂直且呈平行线状，这种裂纹叫做第一类磨削裂纹；另一类是磨削热使工件温度升高到250～300℃左右（与回火第二阶段相对应），裂纹呈网状，这种裂纹叫做第二类磨削裂纹。

检查磨削裂纹可以利用热酸蚀法，这时的显微组织为屈氏体或索氏体。

磨削热是在砂轮与钢的接触和挤压摩擦条件下产生的，因此，砂轮的种类和粒度以及钢种均对磨削热产生影响。

钢件硬度越高，硬质碳化物数量越多或导热系数越低，越易产生较多的磨削热而使工件温度升高。

含碳量高且含有铬和钼的合金钢也易产生大量的磨削热使工件温度升高。

①材料缺陷：材料本身存在严重的非金属夹杂物（如硫和磷）和碳化物偏析等内部缺陷（一般不超过2.5级）。

例如，硫在钢中以FeS的形式存在，FeS与Fe形成易溶共晶体，其中熔点为985℃，分布与晶界。

由于材料局部含硫较多，具有热脆性，当高温淬火时，由于材料热应力和组织应力的变化，则会因这种热脆性而导致开裂。

②碳和合金元素的影响。

淬火马氏体是碳在a铁中的过饱和固溶体，过高的碳量增加了马氏体组织中碳的过饱和度，增大了马氏体组织应力，降低了组织的塑性，导致淬火层脆性增加，引起工件开裂。

试验证明，含碳量不同的材质所制成的试样，经表面淬火后出现以下情况：含碳量0.54~0.46%的50MnSi和5CrMnMo。

裂纹敏感性较强，棱角、尖角几乎都有裂纹；含碳量0.45~0.46%的50钢和50Mn要好些，但也有少量裂纹，而含碳量0.38~0.45%的40Cr和42CrMo的试样，经一次淬火均未发现裂纹，仅在重复淬火时才出现裂纹。

磨齿表面烧伤与裂纹的产生机理及预防措施

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｏｆｇｅａｒｉｓｔｈｅｉｎｔｉｎｒｓｉｃｆａｃｔｏｒｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｂｕｒｎａｎｄｃｒａｃｋ，ａｎｄｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒ－ａｔｕｒｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｅｘｔｅｒｎａｌｃａｕｓｅｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｂｕｒｎａｎｄｃｒａｃｋｓ．Ｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ，ｑｕｅｎｃｈｉｎｇａｎｄｔｅｍｐｅｉｎｒｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃａｒｂｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｔｈｅｃａｒ－ｂｏｎｌａｙｅｒ，ａｎｄｔｈｅｓｉｚｅ，ｎｕｍｂｅｒａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｙｇｏｆｔｈｅｃａｒｂｉｄｅｓａｎｄｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｍｏｐｈｒｏｌｏｙ，ａｇｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅ，ａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｔｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｗｈｅｅｌ，ｔｈｅａｐ－ｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇａｌｌｏｗａｎｃｅａｎｄｇｉｎｒｄｉｎｇａｍｏｕｎｔ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇｌｉｑ — ｕｉｄａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．

齿轮齿面裂纹产生原因的分析及应对措施

分布尧表面碳浓度尧碳化物级别等咱3暂遥本案例中最终热
某型号减速机齿轮经渗碳淬火磨削后袁在整机装处理为渗碳淬火袁根据标准表面碳浓度应控制在 0.8%
配试车过程中发生异响袁经拆机检查发现代号为耀1%之间遥根据国内有关研究袁并结合笔者公司多年实
M718.1.1.16.15 的齿轮齿面产生不同程度的裂纹袁有的际经验袁碳浓度在 0.7%耀0.8%之间将得到较理想的表
4 应对措施
通过一系列检测袁可知该零件存在以下问题院淤网状碳化物级别高袁残余奥氏体含量高曰于有效硬化层深度超差曰盂心部硬度高曰榆表面碳浓度较高曰虞齿面存在一定程度的烧伤曰愚回火导致齿面硬度值降低遥
综上所述袁可得出结论院该齿轮齿面产生裂纹的原因在于渗碳过程中碳势浓度高和渗碳时间过长袁在淬火后形成网状碳化物袁淬硬层深度过深曰淬火前的
文献标志码院B 文章编号院员园园园原源怨怨愿渊圆园员8冤08原园园72原园3
Abstract院 Cracks at flank of tooth are a common quality problem in gear machining. Based on an
example袁 the causes of cracks were analyzed and tested. Through research袁 the main causes of cracks at
银图 3 检测现场
化学成分
标准质量分数
实测值
C
0.17%耀 0.23%
0.23%
回火不充分袁导致残余奥氏体含量大袁同时可能存在淬火温度和冷却速度不合理的问题曰齿轮磨削时袁在磨削热的作用下袁齿面发生残余奥氏体转变袁形成拉应力袁再加上网状碳化物割裂了连续的金属组织袁导致齿面裂纹咱6暂遥可见袁导致齿轮裂纹的主要原因为热处理质量问题袁次要原因为磨削袁所以应对措施应该考虑全面袁确保此类质量问题不再发生遥 4.1 热处理方面

如何防止渗碳淬火齿轮磨削裂纹的产生

文章编号:100320794(2003)0720058202如何防止渗碳淬火齿轮磨削裂纹的产生王　新(山西煤矿机械厂,山西太原030031)摘要:通过对20CrMnT i 热处理过程中的组织变化,表层应力的消除方法、机加工过程中的磨削参数选择、砂轮的选择、磨削液的选择等分析,提出了防止磨削裂纹产生的措施。

关键词:磨削裂纹;磨削热;喷丸;磨削条件;磨削量;砂轮组织中图号:TH132141;TG 44117文献标识码:A1　引言重载齿轮的制造关键在于如何提高其承载能力,而采用高精度、硬齿面、齿廓和齿形修形的齿轮是提高齿轮承载能力的有效措施。

磨齿是有可能使上述措施同时实现的唯一工艺手段。

然而,在磨齿轮工艺中长期存在一个严重问题———裂纹,磨削裂纹是指发生在磨削面上,深度较浅,并且深度基本一致,方向垂直于齿向,即垂直于砂轮往复运动的方向,规则排列的条状裂纹,用肉眼便可观察到。

2　裂纹产生的原因及防止其产生的有效措施磨削裂纹产生的根本原因是磨削热。

齿轮在渗碳过程中,其渗层组织中容易形成网状碳化物或过多的游离碳化物。

由于各物质硬度极高,在磨削过程中,砂轮和齿面接触的瞬间,磨削区的温度很高,可能出现局部过热倾向和发生表面回火,使金相组织发生变化。

不同的金相组织比容不同,马氏体比容最大,奥氏体比容最小。

如磨削淬火钢时,表层出现回火结构,则表层金属比容减小,体积收缩受基部金属阻碍,表层产生残余拉应力。

若表层产生二次淬火层,残余奥氏体转变为马氏体,比容增大,体积膨胀受阻,就形成表面压应力,而里层则产生残余拉应力。

由于在传统的磨削方式过程中,切削液并不能完全到达磨削区,即冷却并不是很充分,在这种情况下,表面层不会产生二次回火,热塑性变形占主导地位,故磨削后表面产生残余拉应力。

而正是这种残余拉应力的存在,引起微裂纹,降低其疲劳强度,大大影响了齿轮的使用性能。

为此,应采取措施来控制表面产生残余拉应力或抵消拉应力。

我厂在解决20CrMnT i 渗碳钢件齿轮磨削裂纹问题中,采用了喷丸强化工艺,喷丸强化工艺是表面加工工艺的一种,是利用大量高速运动的珠丸冲击工件表面,对工件表面进行冷挤压,使之发生冷态塑性变形,产生冷硬层并形成表面残余压应力。

磨削裂纹的形成与分析

磨削裂纹的形成：发动机上用的各种轴类零件如驱动轴、凸轮轴、曲轴、摇臂轴等在加工过程中需要热处理，但热处理后淬硬或经过渗碳淬火的轴类零件，在磨削过程中由于表面显微组织发生转变而形成大量的裂纹，即磨削裂纹。

下面就磨削裂纹的形成及特征加以阐述。

一、磨削裂纹的产生：（一）磨削裂纹的生成轴类零件在磨削过程中要产生大量的热量，这些热量只限于表面极薄的区域内，它足以使其表面温度达到800℃以上，而且升温极快。

如果磨削时冷却不够充分，将导致表面层的显微组织重新奥氏体化，并再次淬火成为马氏体。

因而使工件表面层产生极大的附加组织应力，同时由于表面温升极快，造成很大的热应力，当组织应力和热应力叠加超过了材料的强度极限时，被磨削的表面就会出现磨削裂纹。

（二）磨削裂纹形成的影响因素：1、组织结构所谓组织结构方面的影响因素有碳化物的形态与分布，残余奥氏体的数量以及非金属夹杂物。

显微组织中碳化物的形态、分布影响着磨削裂纹的生成，如果碳化物数量较多，颗粒较大，分布不均或集聚存在时，将明显地分割金属的基体，降低其强度。

尤其当以断续网状析出时，则会严重地削弱晶间结合力，明显地影响热传导，从而加剧磨削裂纹生成。

如果碳化物细小、分布均匀，则有利于分散磨削应力，从而减少生成磨削裂纹的机率。

零件磨削时显微组织中的残余奥氏体因受磨削热的影响必将发生分解，逐渐转变为马氏体，引起工件表面体积膨胀，而导致组织应力的产生，进而促进裂纹的形成。

因此，工件内部残余奥氏体量较高时，易于产生磨削裂纹。

2、热处理工艺经过淬火而不进行回火的轴件，对磨削裂纹的形成是非常敏感的。

因为磨削时产生的磨削热足以使表层淬火马氏体发生转变，碳化物析出，体积减少。

造成了工件表面与内部的比容差，引起较大的内应力，进而形成裂纹。

轴件有时回火不足，在磨削时也容易形成裂纹。

由此可见，对淬火后的零件必须进行充分地回火。

但是为了保证工件达到一定硬度的要求，回火温度不能任意提高。

因此必须采用合适的磨削工艺，使工件表面受热的温度不超过回火温度。

磨削裂纹产生机理与防止措施

磨削裂纹产生机理与防止措施简介：磨削加工在机械制造行业中广泛地被应用，经热处理淬火的碳素工具钢和渗碳淬火钢零件，在磨削时与磨削方向基本垂直的表面常常显现大量的较规定排列的裂纹——磨削裂纹，它不但影响零件的外观，更紧要的是还直接影响零件的质量。

一、磨削裂纹的产生机理磨削裂纹的产生是磨削热引起的，磨削时零件表面的温度可能高达820～840℃或更高。

淬火钢的组织是马氏体和肯定数量的残余奥氏体，处于膨胀状态（未经回火处理尤为关键字：刀具夹具切削铣削车削机床测量磨削加工在机械制造行业中广泛地被应用，经热处理淬火的碳素工具钢和渗碳淬火钢零件，在磨削时与磨削方向基本垂直的表面常常显现大量的较规定排列的裂纹——磨削裂纹，它不但影响零件的外观，更紧要的是还直接影响零件的质量。

一、磨削裂纹的产生机理磨削裂纹的产生是磨削热引起的，磨削时零件表面的温度可能高达820～840℃或更高。

淬火钢的组织是马氏体和肯定数量的残余奥氏体，处于膨胀状态（未经回火处理尤为严重）。

假如将其表面快速加热至100℃左右并快速冷却时，必定将产生收缩，这是第一次收缩。

这种收缩仅发生在表面，其基体仍处于膨胀状态，从而使表面层承受拉应力而产生微裂纹，这是第一种裂纹。

当温度升至300℃时，表面再次产生收缩，从而产生第二种裂纹。

马氏体的膨胀收缩随着钢中含碳量的加添而增大，故碳素工具钢和渗碳淬火钢产生磨削裂纹尤为严重。

淬火钢中的残余奥氏体，在磨削时受磨削热的影响即发生分解，渐渐变化为马氏体，这种新生的马氏体集中于表面，引起零件局部体积膨胀，加大了零件表面应力，导致磨削应力集中，连续磨削则简单加速磨削裂纹的产生；此外，新生的马氏体脆性较大，磨削也简单加速磨削裂纹的产生。

另一方面，在磨床上磨削工件时，对工件既是压力，又是拉力，助长了磨削裂纹的形成。

假如在磨削时冷却不充分，则由于磨削而产生的热量，足以使磨削表面薄层重新奥氏体化，随后再次淬火成为淬火马氏体。

因而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上升极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致磨削表面显现磨削裂纹。

齿轮裂纹产生的原因

齿轮裂纹产生的原因齿轮裂纹是指齿轮表面或内部出现的裂纹现象。

它是齿轮在运行过程中由于各种原因造成的一种常见故障现象。

齿轮裂纹产生的原因主要有以下几个方面：1. 材料问题：齿轮的材料质量是影响其使用寿命和抗裂性能的重要因素。

如果齿轮材料的强度、韧性、硬度等性能不达标，就容易在使用过程中产生裂纹。

另外，材料的组织缺陷、夹杂物等也会导致齿轮的脆性增加，从而加剧裂纹的产生。

2. 加工工艺问题：齿轮的加工工艺对其裂纹产生也有一定影响。

加工时如果存在切削温度过高、切削速度过快、切削刃磨损严重等问题，都会导致齿轮表面或内部产生应力集中，从而加剧裂纹的产生。

此外，如果加工过程中存在严重的振动、冲击等问题，也有可能引起齿轮的裂纹。

3. 轴向负载问题：齿轮在工作时承受着来自传动系统的轴向负载。

如果负载过大或不均匀，就会导致齿轮产生应力集中，从而引起裂纹的产生。

此外，如果齿轮的设计不合理，如齿轮齿数过少、齿面宽度不足等，也容易造成齿轮在工作过程中产生裂纹。

4. 使用环境问题：齿轮是在各种复杂的使用环境下工作的，如高温、高湿、腐蚀等。

这些环境因素都会对齿轮的性能产生一定的影响，进而影响齿轮的抗裂性能。

例如，高温环境下齿轮的热膨胀系数增大，容易产生应力集中，从而加剧裂纹的产生。

5. 维护保养问题：齿轮在使用过程中需要进行定期的维护保养，以确保其正常工作。

如果维护保养不到位，例如润滑不良、清洁不彻底等，都会导致齿轮的摩擦增大，从而加剧裂纹的产生。

针对以上几个原因，我们可以采取以下措施来预防和减少齿轮裂纹的产生：1. 选择合适的材料：在设计和制造齿轮时，应选择具有良好的强度、韧性和硬度的材料，并加强对材料的质量控制，以确保齿轮的耐裂性能。

2. 优化加工工艺：在齿轮的加工过程中，应合理选择切削工艺参数，控制好切削温度和切削速度，避免振动和冲击等问题，以减少裂纹的产生。

3. 合理设计齿轮：在齿轮的设计过程中，应充分考虑齿轮的承载能力和受力情况，合理选择齿轮的齿数、齿面宽度等参数，以提高齿轮的抗裂性能。

浅谈齿轮齿面裂纹产生的原因及应对措施

浅谈齿轮齿面裂纹产生的原因及应对措施毛美琴摘㊀要：齿轮齿面裂纹身为齿轮加工期间常见的质量问题，会对齿轮产品质量产生较大影响㊂为了防止齿轮裂缝问题出现，降低其对实际生产方面产生的影响，文章就齿轮齿面裂纹产生原因进行分析，并提出了相应解决措施，希望能对齿轮质量生产带来一定帮助㊂关键词：齿轮；裂纹；原因；检验一㊁前言齿轮传动作为机械传动中的关键方式，优点为：传动速度与功率相对较大，寿命较长，可靠性较高，结构较为紧凑㊂缺点为：制造成本高㊁检测与制造期间离不开专业仪器㊂磨削加工可以提升零件表面粗糙性㊁零件精度㊁加工效果㊂但齿轮磨削期间，常常受到不同因素的影响，在其表面出现裂纹㊂具体而言，主要可以将裂纹分为三种：长条裂纹㊁点状裂纹㊁网状裂纹㊂这里，条状裂纹最为常见，深度一般为０．１０．２ｍｍ㊂二㊁裂纹产生的原因引起齿轮裂纹的原因较多，常见的主要分为下面几点：（１）原材料㊂原材料内化学成分会影响热处理质量与材料机械性能，且牌号不同和钢筋热处理工艺也各不相同，若合金元素与实际规定不符，则会使得材料热处理期间出现一定硬度值偏差与开裂等情况㊂此外，原材料内碳含量较高，再加上氧㊁硫㊁磷等杂质含量超过实际标准，锻造期间会有很多气孔与白点出现，这些都可能导致齿轮开裂㊂（２）热处理㊂材料热处理包含预热与终热处理两种，其中预热处理下的基体组织会影响终热效果㊂热处理期间导致齿面开裂的主要因素包括碳化物级别㊁碳势分布及表面碳浓度等㊂若热处理期间表层碳浓度较高，或者出现一定网状形态，势必会引起齿面开裂的情况出现㊂（３）磨削加工㊂齿轮磨削加工期间常常产生较多热量，若这种热量不能第一时间散发，势必会在其表层产生很大的拉应力㊂其中，磨削裂纹不容易被看到，且需要特定工具才能查看到，一般情况下，裂纹形状为龟状，且深度控制在０．１５ｍｍ，站在热处理视角分析，这种裂纹主要是在下面几种环境中出现㊂１）热应力作用：磨齿期间，引起同齿面间有较大摩擦速度，故而会有较大热量在瞬间产生，且在冷却液影响下，磨削部位很快会冷却，加上收缩受阻，如此齿面上面会出现很多拉应力，这是引起磨削裂纹产生的主要原因㊂２）组织应力作用：渗碳淬火及回火期间，渗碳层高温组织为凝聚多项成分的化合物㊂磨削期间，因产生热使得残余奥氏体高温组织转变，随之发生体积效应，然后导致裂纹变向应力出现，这些都是引发磨削裂纹的主要原因㊂３）淬火回火滞后，因回火时间较短，齿轮仍有较大残余应力，此时进入到磨齿环节中，很容易受到残余及磨削应力的影响，导致齿面磨削裂纹出现㊂４）齿削期间，因冷却液没有充分冷却，进刀量很大，没有合理选择砂轮等都可能导致磨削裂纹出现㊂三㊁裂纹防止措施（一）热处理防控１．减少碳势及残余奥氏体等级㊂为了进一步改善显微组织情况，确保齿轮表层强度与应力，应结合齿轮材料方面要求，对渗碳参数进行合理控制，确保碳化物与残留奥氏体等级小于３级，碳势低于０．９㊂２．降低螺旋锥齿轮脆性㊂减少淬火温度，同时增加预热及应力退火强度，确保预备热处理工作有序开展，同时降低残余奥氏体用量，不断降低齿轮表层脆性与芯端裂纹，防止有宏观裂纹形成㊂大小螺纹及卡槽等位置也应做好防渗处理㊂３．做好回火及二次回火工作㊂在马氏体脆性降低过程中，应提升齿轮表层塑性，减少实际残余应力㊂并对齿轮进行２ｈ以上高温加热，具体而言，回火时间可控制在６５０ħ，二次回火时间可以控制在２２０ħ㊂４．设计工装夹具，合理划定齿轮热处理位置与方式㊂结合齿轮热处理期间变形问题，可以设计专门热处理加装工具，同时对齿轮热处理摆放方式与位置进行合理规划，确保齿轮热处理及冷却期间受力均匀，齿轮热变形小且均匀㊂（二）磨削防控齿轮磨削期间将产生很多热量，这一热量将导致磨削位置出现较大热变形与应力，进而使得齿轮表面出现烧伤及裂纹情况，因此有必要采取措施降低这一热量产生，或者不断提升热量散失效率，如此方能有效解决磨削裂纹问题㊂１．加强公法线余量控制㊂为了降低磨削期间出现的大量磨削热与力，磨削期间，主要分为精磨与粗磨两种工序；借助齿轮磨削余量快速识别技术，可以对粗磨公法线余量进行合理控制，解决人为预留下来的磨削余量问题㊂２．选择最佳磨削参数㊂磨削期间，合理减少磨削量，提高砂轮转速，合理选用磨削参数，能对磨削热与力大小进行合理控制，避免齿轮齿面上出现裂纹㊂磨削深度会对磨削过程产生影响，在砂轮切削深度不断增加的当下，磨粒切削深度不断增加，因而使得残余应力不断增加，粗磨期间应将磨削深度控制在０．０５０．１０ｍｍ，精磨期间应将深度控制在０．０２０．０３ｍｍ㊂磨削进给量发生变化，材料去除率也会发生相应改变，这也会对磨削残余应力大小产生影响，但因影响程度相对较小，所以，通常情况下主要选大小为７１１ｍ／ｍｉｎ㊂与此同时，在某一范围下，当砂轮速度不断增加，齿轮表层残余应力也会逐渐增加，具体加工期间速度多为２５３５ｍ／ｓ㊂３．合理选用砂轮㊂磨削砂轮特性主要有磨料㊁硬度㊁粒度㊁组织㊁结合剂等，其中，磨料作为其中基础的磨削加工材料，选择原则和被加工齿轮材料性能密切相关㊂在拉高强度齿轮期间，常选用韧性程度大的磨料，例如刚玉类㊂相反，在低强度齿轮加工期间，可以使用脆性程度较大的磨料，例如碳化硅等㊂为了降低磨料受损，磨料选择期间，应全面考虑齿轮表层和磨料间是否会发生化学反应㊂磨削砂轮粒度的选用，能进一步提升磨削效率与齿轮粗糙性㊂受到齿轮自身特点的影响，加工期间常选用细粒度齿轮，但这一阶段中产生的磨削热较大；若加工余量较大，则应使用粗磨削砂轮㊂磨削硬度选择是否合理，也会对磨削效果产生较大的影响㊂砂轮硬度选择可以确保砂轮磨削期间有较好的自锐性，防止出现大面积磨损与较高磨削温度㊂随着齿轮加工硬度的不断加大，此时可以选用小硬度砂轮㊂相反，应使用大硬度砂轮㊂砂轮结合剂性能会对磨削力及砂轮回转强度产生较大㊀㊀㊀（下转第１４７页）由模拟结果可知，侧墙在开设轨排井的位置横向变形显著增大，最大值为１２５ｍｍ，最大值出现在顶板开孔处㊂侧墙在荷载准永久组合下的弯矩最大值为５０９０ｋＮ㊃ｍ，最大值出现在底板支座处㊂和未开设轨排井相比，位移增大了约７３．５倍，弯矩值增大了约４．６倍㊂结构板上开设轨排井后，结构板的刚度大幅削弱，对侧墙的支座约束作用减弱，侧墙的竖向计算跨度增大，现出类似悬臂结构的受力特点㊂３．靠结构板中部设轨排井位移及受力分析结构侧墙的横向变形和竖向弯矩如图５和图６所示㊂图５㊀靠结构板中部设轨排井时侧墙横向位移图图６㊀靠结构板中部设轨排井时侧墙横向位移图由模拟结果可知，侧墙在结构板中部开设轨排井时，轨排井位置的横向变形相对增大，最大值为６．６５ｍｍ，侧墙在荷载准永久组合下的弯矩最大值为１７８８ｋＮ㊃ｍ㊂和未开设轨排井相比，位移增大了约４倍，弯矩值增大了约１．６倍㊂在结构板中部开设轨排井后，结构板的刚度有削弱，根据计算分析，轨排井孔洞边缘到侧墙范围这部分的结构板，类似于孔洞环框作用，仍能对侧墙起到良好的支座约束作用㊂４．结论文章对结构开孔的处理措施进行了总结，并结合某两层地下车站，采用理论分析结合数值模拟的方法讨论了结构板开设大孔洞的受力特点，得出以下结论：（一）一般在地铁结构设计中，当洞口尺寸大于１０００ｍｍ时，洞边应设置暗梁或明梁进行处理㊂（二）结构板上未开设轨排井时，结构板刚度无削弱，对侧墙起到很好的支座作用，侧墙受力为典型的单向板模式㊂（三）在结构板中部开设轨排井后，结构板的刚度有削弱，轨排井孔洞边缘到侧墙范围这部分的结构板，类似于孔洞环框作用，仍能对侧墙起到良好的支座约束作用㊂但通常在地铁设计中，轨排井极少有条件在结构板中部开设㊂（四）结构板上靠侧墙位置开设轨排井后，结构板的刚度大幅削弱，对侧墙的支座约束作用减弱，侧墙的竖向计算跨度增大，现出类似悬臂结构的受力特点㊂（五）在地铁设计中轨排井通常靠侧墙开设，需采取加强措施进行处理，一种是采用排桩＋锚杆的支护形式来抵抗水土侧压力以及施工超载侧压力，另一种是采用主体结构扶壁柱形式来抵抗水土侧压力以及施工超载侧压力㊂参考文献：［１］占文峰，王怿超．建筑结构楼板开洞部位分析及加强措施［Ｊ］．江西科学，２００９，２７（２）：２３３－２３５．作者简介：徐小涛，徐州市城市轨道交通有限责任公司㊂（上接第１４５页）的影响㊂砂轮结合剂选择期间应同磨削速度㊁方法㊁齿轮质量等方面要求相结合㊂不同结合剂特点不同，选择标准应和磨削要求相近㊂砂轮组织会对磨削性能产生较大的影响㊂若砂轮组织出现疏松情况，且磨削效率很高，此时砂轮就会损耗的较快，寿命相对较短；若砂轮组织较为紧密，不能容纳切屑，则容易导致磨削热较高㊂４．提升磨削液冷却成效㊂机械零件加工及生产期间磨削液的使用，可以达到一定清洗㊁润滑等功效，与此同时，磨削液在生产期间的合理应用，还能降低局部温度，使其达到１００１５０ħ，同时降低１０％３０％切削力，延缓砂轮寿命至少４倍㊂磨削液在齿轮加工质量方面产生的影响，主要包含下面两方面：化学液与供给方式㊂对于磨削液而言，其主要可以分成油基磨削液与水基磨削液㊂其中，水基磨削也具有较好的冷却效果，但常常在磨削区域内出现热胀冷缩等问题，因而常使其内应力不断增加；油基磨削液附着性较强，可以隔绝空气，避免在磨削区域出现氧化即水解等反应㊂因此齿轮磨削期间，一定要结合磨削条件与齿轮材料合理配置磨削液，通常情况下，常常将轻矿物油作为其中的首选㊂磨削液在齿轮中的应用，实际效果受到磨削液自身情况与供给方法等双面影响㊂因齿轮具有凹凸两面，磨削期间，很难将磨削液送入凹面中，因而常常出现齿面烧伤与磨削裂纹情况，因此在这一区域除了使用浇筑法以外，还会使用压力冷却㊁喷雾冷却等方法㊂此外，还应缩减磨削深度，增加磨削液流量，如此方能将更多磨削热量带走㊂四㊁结语综上所述，齿轮生产加工期间，质量问题备受关注，为了确保齿轮生产质量，有必要合理防控齿轮裂纹问题，文章通过分析齿轮裂纹产生的原因，提出了相关的防控措施，具体而言，可以从热处理与磨削加工两方面入手，及时采取防控措施，减少齿轮表层出现的裂纹问题，从而不断提升齿轮生产总质量㊂参考文献：［１］张荣，韦尧兵，剡昌锋，高刚刚，赵晓峰，苟卫东．螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述［Ｊ］．机床与液压，２０１９，４７（５）：１５６－１６２．［２］薄文丽．齿轮磨削裂纹产生原因的排查和改进［Ｊ］．金属加工，２０１４（１７）：４６－４７＋４９．［３］宋丽玲．主动齿轮裂纹性质及原因分析［Ｊ］．价值工程，２０１３，３２（５）：１９－２０．［４］明兴祖，李飞，张然，等．螺旋锥齿轮磨削表层金相组织的试验研究［Ｊ］．中国机械工程，２０１４，２５（２）：１７４－１７９．作者简介：毛美琴，南京兴农齿轮制造有限公司㊂。

大型穿孔机减速机齿轮磨削裂纹分析与对策

大型穿孔机减速机齿轮磨削裂纹分析与对策
张瑞飞丁军
（中冶京诚工程技术有限公司轧钢工程技术所，京１０７北０１６）
摘要：文章针对某工程穿孔机减速机１ＣＮｉ６７ｒＭｏ渗碳淬火齿轮在磨齿过程中容易产生磨削裂纹而报废的现象，通过对其热处理过程中的组织变化和表层应力的消除方法，机加工过程中的磨削参数选择、砂轮的选择、磨削液的选择等进行分析，从磨削过程中磨削热、磨削力、齿面应力状态及磨削之前的渗碳淬火工序方面阐述裂纹产生的原因，并提出从磨削工艺上降低磨削温度、从淬火处理上改善齿轮表面应力状态等措施，
部分积存于此，使齿面具有很高的温度。对于已淬火齿轮，若磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液
３．网状碳化物，碳化物是脆性相，对磨削拉应力敏感容易产生磨削裂纹。网状碳化物造成的磨削裂
纹为龟裂状。可见，热处理渗碳淬火工艺是否合理及后继的回
的急冷作用，表层金属会出现二次淬火马氏体组织，硬度比原来的回火马氏体高，并产生拉伸残余应力；
图２齿轮的齿根裂纹缺陷图３齿轮的齿根裂纹缺陷（中部）（端部）
（零件的材料问题一）１．零件未回火或回火不足，有大量淬火态的马氏体。淬火态马氏体强度高，脆性大，对磨削拉应力敏感，容易产生磨削裂纹。
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如图１某制造厂生产的穿孔机减速机齿轮，在为
安装时发现齿根裂纹问题。齿轮的模数２，材料为４
２．零件残余奥氏体量较大，在４％５以上。残余奥氏体不稳定，极易转化为淬火马氏体，对磨削裂纹的

20CrMnTi齿轮端面磨削裂纹原因分析

徐州科源液压股份有限公司生产的合金钢齿轮，表层经渗碳淬火硬化后，在磨齿轮端面时发现裂纹、剥落及烧伤痕迹。

根据齿轮渗碳层金相组织的显微分析，可以看出组织为马氏体、残余奥氏体和碳化物。

其中，残余奥氏体含量（体积分数）约在30%，碳化物级别为3级。

按照《JB/T6141.3-1992重载齿轮渗碳金相检验》标准评判，此金相组织为4级，残余奥氏体含量较高，致使磨削时组织转变量较多，表面应力较大，存在磨削裂纹潜在危险。

1显微组织观察与显微硬度测试1.1显微组织分析根据齿轮心部的显微分析，看到组织为板条状马氏体。

根据表面组织的显微分析，可以看出磨削平面表层为一较薄的亮层，次表层为颜色较暗的回火层。

再往里才过渡到低温回火处理的正常组织。

组织分布说明，零件磨削过程中，表层已被加热到奥氏体温度，因未经回火，质地坚硬，难以腐蚀，故在金相试样上呈白亮层。

白亮层为二次淬火形成的马氏体组织。

该组织的形成是由于磨削区磨削进给量非常大或冷却不足时，磨削区的温度非常高，达到了奥氏体化临界温度以上，随后冷却时形成了淬火马氏体组织。

此时，组织变化造成体积比随之变化，产生了压应力。

次表层温度虽也较高，但在相变温度下却高于低温回火温度，故在磨削过程中继续回火转变，成为回火索氏体和回火屈氏体。

该组织容易接受腐蚀，在金相试样上呈暗黑色，受磨削热的影响，温度可达到200～500℃，致使残留奥氏体转变生成马氏体。

这一转变使体积比增大，在工件内部产生相变应力，再加上砂轮磨削工件时所造成的撕裂应力，造成磨削裂纹。

1.2硬度及渗碳层深度检测切割制样，对截面试样进行硬度检测，即在垂直于磨削平面的深度上测其显微硬度。

根据测量结果，表面白亮层硬度很高；次层的低硬度与回火温度相对应；往内部的低温回火过渡时，硬度却又升高，并在一定深度范围内保持一定值；直到超过渗碳层后，硬度值逐渐下降。

金相法测得渗碳层深1.2～1.4mm ，符合技术要求。

1.3裂纹微观形貌磨削裂纹断面清洁而无氧化色，呈脆性形态的断口形貌。

传动齿轮磨削裂纹原因分析

2012年1月内蒙古科技与经济Januar y 2012　第2期总第252期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .2T o tal N o .252传动齿轮磨削裂纹原因分析X蔡　红(内蒙古第一机械集团有限公司,内蒙古包头　014030) 摘　要:本文对车辆传动齿轮开裂件进行宏观分析、硬度检测、化学成分分析、显微组织及裂纹分析,探讨裂纹形成机理,就其裂纹形成原因提出分析意见及改进措施。

解剖分析结果表明,零件在磨削过程中受到了过大的磨削力作用和磨削热作用,使表层发生塑性变形及相变,造成拉应力状态,导致裂纹源产生,形成表面磨削裂纹。

关键词:齿轮;磨削;裂纹中图分类号:T G 580.6 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)02—0140—03 齿轮是车辆传动操纵系统的关键零部件,主要承受接触应力、摩擦力、冲击应力等,用低碳合金结构钢制造,主要工艺流程为:原材料→渗碳淬火回火→磨外圆、端面→装配→使用。

生产中准备装配时发现两件齿轮在右端面(靠近长轴的齿轮端面)上有细小裂纹,造成零件失效报废,影响生产和质量。

为查明裂纹产生原因,笔者选取其中较典型的一件开裂件解剖分析,对其进行宏观观察、化学成分分析、硬度检测分析、金相组织及裂纹分析,探讨裂纹形成机理,就其开裂原因提出分析意见及改进措施。

1　实验结果1.1　宏观分析开裂件宏观形貌及裂纹位置见图1所示,该零件所发现裂纹非常细小,肉眼不易分辨,在HiroxKH -3000三维视频显微系统(美国)下观察,这些细小条状裂纹均在齿轮右端面(齿轮长轴一侧)上,裂纹宏观形貌见图2,径向分布,排列较有规则,呈细小、聚集、断续串接特征,垂直于磨削方向,裂纹长度约1mm ～7m m ,多达上百条,部分裂纹已呈网状分布。

图1　开裂齿轮宏观形貌及裂纹位置・140・X收稿日期:2011-11-25作者简介:蔡红(1968—),女,内蒙古一机集团车辆工程研究院理化室工作,高级工程师,从事金相分析、失效分析及热处理工作二十余年,本项目来源于生产实际。

磨削裂纹的产生

磨削裂纹的产生：磨削时，当工件磨削表面的热应力大于工件材料的强度时，就会产生龟裂，即磨削裂纹。

它在工件表面成不规则的网状，其深度约为0.5mm。

产生裂纹的主要原因时受热而产生的热应力，部分也由于磨削热度使磨削表面产生残余应力而致裂。

它与工件材料性质（如化学成分，脆性，热处理组织）等有关。

一般来说，工件材料含碳量越高，脆性越大，就容易产生磨削裂纹。

简单介绍在生产中消除齿轮轴端面磨削炸纹的方法：1、调砂轮头架半度，使砂轮侧面与工件表面有半度夹角，利于散热。

2、把砂轮侧面修成凹形，使砂轮外圆最宽，减小接触面，也利于散热。

3、减小磨削断面的磨量，缩短加工时间。

4、操作时，手腕用力要柔，使砂轮缓慢接触工件表面，减小瞬间产生的较大磨削热。

5、合理选用冷却液，并充分浇注到磨削面上。

6、磨削完成时，注意光刀，这样即保尺寸，又不易出裂纹。

也应注意，天气冷暖，温度高低，热胀冷缩对裂纹产生也有着重大影响。

磨床安全操作规程：1、工作时要穿工作服，女工要戴安全帽，不能戴手套，夏天不得穿凉鞋进入车间。

2、应根据工件材料，硬度及磨削要求，合理选择砂轮。

一般60粒度。

新砂轮要用木锤轻敲检查有否裂纹，有裂纹的砂轮严禁使用。

3、安装砂轮时，在砂轮与法兰盘之间要垫衬纸，砂轮安装后要做两次静平衡。

（可说原因）4、砂轮最高工作速度应符合所用机床的使用要求。

高速磨床特别要注意校核，以防发生砂轮破裂事故。

5、开机前应检查磨床的机械、液压和电气等传动系统是否正常。

砂轮、卡盘、挡铁、砂轮罩壳等是否坚固，防护装置是否齐全。

启动砂轮时，人不应正对砂轮站立。

6、砂轮应经过2~5分钟空运装试验，确定正常时才能使用。

7、干磨的磨床在修整砂轮时要带口罩并开启吸尘器。

8、修整砂轮时，金刚笔轴线向下倾斜5°~10°，也就是笔尖要低于砂轮中心1~2mm。

以防金刚石振动面扎入砂轮。

9、不得在加工中测量。

测量工件尺寸时，要将砂轮退离工件。

10、磨削带有花键‘键槽等间断工件时，背吃刀量不得过大。

产生齿轮磨削裂纹的影响因素及措施

产生齿轮磨削裂纹的影响因素及措施摘要：采掘设备中所用齿轮为重载齿轮，为了提高齿轮承载力和耐磨性，通常轮齿采取渗碳淬火的热处理方式，再经过成型磨齿加工而成。

长期以来，在齿轮加工中存在一个突出的问题——磨削裂纹。

本文对产生齿轮磨削裂纹的影响因素及措施进行分析。

关键词：齿轮磨削；裂纹；影响因素；措施1齿轮磨削裂纹的形态特征磨削裂纹特有的征状是裂纹与磨削道痕相垂直，一般情况下磨削裂纹细、密、浅。

但在某些情况下（如深层渗碳的齿轮），在成型磨齿机上磨齿时，其磨削裂纹有会呈现出粗、深、长的特点，出现的磨削裂纹可能与磨削道痕平行分布。

在产生磨削裂纹的齿面必定伴随磨削烧伤，对产生磨削裂纹的齿面经4％硝酸酒精浸蚀后，由于回火烧伤而呈深黑色，此处硬度明显降低。

更严重的经浸蚀后在齿面黑色区域中间有白色区域，白色区域为磨削过程中产生再硬化（二次硬化），此处硬度很高。

2磨削裂纹的形成对于渗碳淬火硬齿面齿轮，产生磨削裂纹的主要原因是热应力和组织应力在齿面表层上瞬时剧烈变化，造成表面组织内应力不平衡。

（1）磨齿裂纹形成的内因是齿轮的渗碳淬火质量。

齿轮在渗碳淬火过程中，在渗碳层中易形成网状和过多游离碳化物。

这些物质硬度极高，磨削过程中磨削区的温度剧增，容易出现局部过热导致表面回火，使齿轮内部金相组织发生变化。

（2）磨齿裂纹形成的外因成型磨齿产生的热应力。

磨削过程会产生的大量热量，部分被冷却液带走，部分被传入齿轮齿面的浅表层内，并使浅表层温度快速升高。

超过原始回火温度，即会导致回火烧伤。

在磨削工况发生较严重异常时（比如变形较大或磨削进给量大等），齿面温度甚至达到相变温度，经冷却液冷激而导致二次淬火，形成严重的淬火烧伤，严重时会形成磨削裂纹。

3产生齿轮磨削裂纹的影响因素3.1首次磨齿切削量成型磨齿一般采用双面磨削，加工前由于留有磨量且热处理过程会有变形，由于机床对中时所测磨削余量不准确，造成首次切削量比较大，导致磨齿过程齿面热急增，引起齿面表层回火或二次淬火。