中间轴磨齿磨糊磨裂分析

中间轴磨齿磨糊磨裂分析

严锋辉 王林

[陕西法士特齿轮有限责任公司 陕西宝鸡 722409]

摘要：针对中间轴磨齿过程中产生磨糊磨裂现象。从磨前毛坯状态、磨削余量、修整参数、磨削参数、冷却系统等方面进行分析。总结磨糊磨裂影响因素，提出成型磨磨齿磨糊磨裂改善的方法

关键词：磨削余量、磨削参数、磨削原理

我公司生产的某型号中间轴在成型磨磨齿加工过程中出现齿根部烧伤现象，采用酸洗试验方法进行检测，酸洗后如图1所示，判定为不合格产品。从图1可以看出烧伤部位为齿形根部SAP点以上且在单个齿的齿宽方向断续产生。齿轮类零件烧伤会使齿根部表层的耐磨性、耐腐蚀性和接触疲劳降低，大大降低使用寿命，严重时会出现裂纹，从而产生严重的质量问题。

图1磨削烧伤位置图

图1 酸洗后磨糊磨裂

1磨糊磨裂产生的原因

磨削过程中会产生大量的磨削热，一部分被冷却液带走，另一部分被传导入加工齿轮的浅表面层内，并快速使齿轮的表层温度升高。在磨削热大量产生时会在齿面浅层形成回火层，在磨削特别异常时，冷却液激冷后形成二次淬火层，因此便形成了磨齿烧伤。成型磨齿工作时砂轮与工件接触面较大，磨削时产生的热量较多，机床冷却流量小于蜗杆磨齿，部分热量易被工件吸收，造成磨糊磨裂现象。针对磨糊磨裂产生的原因，本文从毛坯状态、磨削过程参数、冷却系统方面进行分析优化。

2试验过程与改善

针对图2参数零件进行试验，此零件特点是大模数、大螺旋角、大齿全高及齿宽较长。在磨削过程中易产生磨糊磨裂现象。其中磨齿余量、首次磨削切削量、砂轮对中性、机床冷却、修整参数及切削参数影响较大。

图2 齿部参数

2.1磨齿余量

成型磨齿在具有适应范围广，加工精度高，齿形齿向修形方便等优点，近些年被大量采用。特别在大中型模数齿轮、长轴齿轮、少齿数齿轮的磨削加工中成型磨齿优势更为明显。

测量此零件滚齿、热处理后及磨齿跨球距可以得出此零件磨前齿厚留量单边0.09，此零件有齿根根切要求，故此零件采用由齿顶至齿根在齿厚方向等余量的方式，在磨削齿轮过程中砂轮做一定量径向进给时，齿轮齿面上各点得到的法向进给量也会不同，从齿顶到齿根随着压力角的减小而减小。要想磨掉齿形根部的毛坯余量，相对齿形顶部相同的毛坯余量则需要更大的径向进给量，由此造成在磨齿时会出现砂轮尖部过早的与工件齿形根部接触，并且伴随着整个磨削过程中砂轮尖部一直在磨削。砂轮越是参加磨削少的部位，却越能被良好的修磨，砂轮越是修整不良的地方却一直在磨削工件。

当砂轮远离工件时，砂轮会和齿轮上压力角较小的位置先接触，所以在前期磨削过程中工件分度圆以上部分并未参与磨削。而分度圆下端特别是滚刀过渡圆弧上端位置刀量去除较大。随着径向进给相对于齿轮下端量值减小而上端量值增大，这样在相同的径向进给量前提下就形成了不同的金属去除量。

基于上述原因，减小修整间隔次数来保证零件合格，在生产过程中过程中多次试验，试验结果如图3所示。试验中发现磨糊磨裂发生阶段为粗磨阶段，确定第三种方法，即粗磨间隔五齿。

图3修整间隔齿数

2.2首次磨削量

在加工过程中，磨糊磨裂产生的主要阶段在粗磨阶段，所以首次粗磨磨削量非常重要。为防止首次切削量过大，需扩大公法线，即留有一定的安全距离。

经过热处理后齿轮根部会出现变形情况，齿根圆最大最小相差0.07，齿向差值0.08。如果按照理论计算热前热后留量的输入砂轮退刀量会导致粗磨进刀量过大，有磨糊磨裂的风险。现场经过采集数据进行验证，总结出以下计算方法：

磨前公法线=滚齿公法线+fhβ（最大值）+Fp+0.25

其中0.25为预留安全行程

2.3砂轮对中性

现有机床利用探针对刀，通过AE系统采集齿顶和齿根，计算出平均值。此种方法对中有一定的偏差性。砂轮如果对偏，会导致齿槽两侧的余量不均，易造成磨削烧伤。

现场首先通过精测磨齿齿形齿根情况，如图4所示。根据精测结果可以看出，左侧根切为0，右侧根切为0.04，说明出现齿根磨偏现象。根据上述情况调整C轴偏转0.02，保证首次磨削余量均匀。

图4齿根偏磨

2.4冷却系统

磨削过程中产生大量的热量，大部分需被冷却液带走。首先我们需检查机床，保证冷却系统的压力和流量在合理的范围内且冷却液需保证清洁、无残渣等异物。对冷却系统进行了调整，首先将冷却系统的流量增大到最大值130L/min,压力调整至最大值18bar，其次延长冷却喷嘴的长度保证在不干涉的前提下尽可能靠近砂轮。

在磨削过程中，对于砂轮修整参数的设置很关键。砂轮修整参数主要涉及修整速度、修整速比、进刀量。为了不产生磨糊磨裂，砂轮应尽可能修粗。修整速度越快，砂轮越粗。修整速比采用逆修，速比越大，越不易产生磨糊。同时仍需保证零件粗糙度。经过现场试验，我们采用图5所示修整参数。

图5砂轮修整参数

磨削过程中磨削参数的合理设置，可保证加工质量和加工效率。磨削参数主要涉及走刀速度、进刀量、磨削次数和砂轮线速度。切削参数进行试验，粗磨第一刀目的主要是消除整个齿宽方向的偏差。故第一刀进刀量0

.025，冲程速度800，防止首次磨削产生磨糊磨裂。对于粗磨剩余阶段，尽可能采用大走刀速度，减小砂轮停留时间，保证良好的冷却效果。整个磨削余量为0.5，粗磨阶段去量0.29，半精磨阶段去量0.16，精磨阶段保证齿形精度，去量0.05 。粗磨后三刀和半精磨采用大进给量和大冲程提升加工效率，精磨阶段采用小进给和小冲程，保证齿形精度。通过参数设置加工效率从单件65min降低至36min。磨削参数如图6所示.

图6磨削参数

经过上述一系列措施可以保证齿部精度及磨糊磨裂合格，同时加工效率也有了极大的提升。

3结论

通过以上分析针对中间轴长齿圈磨齿加工过程中出现磨糊磨裂现象，从磨削留量方式、首次磨削余量、砂轮对中性、冷却系统、修整参数和磨削参数等方面进行分析并加以改善，可以有效磨齿加工合格并提升加工效率。

参考文献

[1] 王树人.齿轮啮合理论简明教程.天津：天津大学出版社，2005；

[2] 任敬心.磨削原理.陕西：西北工业大学出版社， 1998；

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