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磨削烧伤对齿轮质量的影响产生原因消除方法抽油烟机

发布时间:2020-05-22 18:44:03

随着工艺装备技术的不断提升,齿轮行业中出现了数量较多的磨齿机,磨削烧伤就是一个难免会遇到的问题,个别厂家在经过长期的调试之后还是存在问题,对经济产生巨大的威胁。但是目前市场上较多的手段就是简单的消极降低磨削参数,一味地对磨削参数进行降低也会对齿轮磨削的质量造成影响,这对于整个生产的效益的提升是极为不利的。文章就针对目前齿轮磨损过程中的失效情况进行了分析,从齿轮开裂形式和形成原因对齿轮的损伤成因以及后期的改善措施进行了简单的分析。

齿轮是目前工业装备中的主要零件之一,相对于常用的渗碳淬火齿轮而言,经过渗碳淬火处理后,齿轮的接触应力得到很大限度的提升,一般是原有的3倍左右,允许弯曲应力相当于原有的1.5倍左右,对于齿轮的的耐用性能和寿命将会起到极为关键的作用。但此工艺还是存在着一些不足和常见的问题,最常见的就是表面的磨伤,使用的质量会受到严重的损失。严重的磨削烧伤甚至会使得一些零件无法再继续使用。

1、磨削烧伤的实质

进行加工的过程中,磨粒起切削、刻划和滑擦作用。一般都是负角度在向前进行运作,同时在高速运转的情况之下,表面会产生极高的温度差异(一般为650℃~1500℃),表面的组织结构就会产生较大的变化,工件某些部位直接会产生变色问题(即氧化膜的颜色———黄、褐、紫、青等色),这种情况就是磨削烧伤。在外表方面也存在着一些差异,磨削表面有斑状烧伤、全面烧伤、线条状烧伤。在这些烧伤中,线条状的烧伤是最为常见的问题。根据国家标准GB/T 17879-1999《齿轮磨削后表面回火的浸蚀检验》中所提到的酸洗法,将零件放入配制好的酸溶液中,酸洗后观察表面的情况,从而判断磨伤的程度。最主要的特征就是表面存在一个富氧层,再用酸对其进行水洗之后会产生亮点,可以发现烧伤的程度。未出现回火的零件,在对其进行酸洗之后会产生灰色部位;局部回火区域在酸洗之后会产生深灰或黑色。一般而言,如果水洗后的颜色越深,那么就表明了回火烧伤的实际程度就越严重,对零件的损害也越严重;同时在磨削的过程中,如果温度得到了较大程度的提升,那么将导致再硬化,再硬化区域是一块白色或浅颜色的未回火马氏体,周围是黑色回火面,这是较为严重的一种烧伤。

一般而言,淬火钢组织为马氏体,它的硬度和强度是比较大的。齿轮在进行加工的过程中,一旦表面的温度超过了350℃,同时保证要低于Ac3(727℃),马氏体就会进行一个转化的过程,成为我们所说的回火屈氏体,或者是索氏体,我们将此种烧伤称之为回火烧伤。如果此时,表面的温度已经超过了Ac3,那么马氏体就会直接生成奥氏体,如果不加入磨削液冷却,那么表面就会产生退火,表面的硬度就会大大减少,我们将此种问题称之为退火烧伤;如果在表面温度超过Ac3的情况下,马氏体一方面会直接转变为奥氏体,此时向其中加入磨削液进行冷却,在表面就会直接形成二次淬火马氏体,它的硬度一般是高于回火马氏体,但是厚度往往是很薄的,在下面的物质一般是温度比较低的二次淬火马氏体,我们将此种烧伤比作淬火烧伤。

2、磨削烧伤对齿轮质量的影响

由于烧伤问题的存在,齿轮表面的马氏体回火会降低硬度。一个钢化层会产生大面积烧伤,降低硬度HRC的数值保持在(45~55),导致耐磨性显著降低。或使表面淬火两次,造成表面组织非常脆,会导致齿轮在剥离过程中出现上述的现象。磨削烧伤也会削弱齿轮表面的压应力,甚至引起拉应力。尤其是二次淬火烧伤后,由于磨削热引起的塑性变形,形成一层硬脆变质层,这对零件强度的提高是有很大的好处的,但随后,一方面会产生严重淬火回火烧伤,在高压的条件下,会突然将硬度降低至(150~200)。从压应力逐步转变为拉应力,残余应力很快会消失,转化为736MPa重度烧伤表面的拉应力,中度烧伤为(373~392)MPa;轻微烧伤维持在49MPa。但拉应力过渡层中的变化很容易产生微裂纹,而且也不易观察,在循环荷载作用下,疲劳强度和齿面使用寿命就会受到极为关键的影响,导致过早的磨损和点蚀,甚至造成齿轮早期失效。此外,由于残余拉应力,磨削裂纹常沿烧伤边缘发生,避免烧伤是防止磨削裂纹的前提。在进行齿端面的磨削加工时,在齿轮的齿廓、齿底与端面相交边缘处容易产生微裂纹。裂纹有两种存在形式,一是裂纹在端面处产生并向齿根内部延伸,另一种只存在于齿端面而未向齿部扩展。滚齿后齿廓及齿底与端面形成了尖边,尖边在热处理前未进行打钝处理,淬火后在尖边位置产生应力集中区域,磨削时尖边处应力释放产生裂纹。

3、影响齿面磨削烧伤的主要因素

对于渗碳淬火齿轮而言,磨削热的产生以及释放是影响烧伤强度的最主要的原因。其中,砂轮和磨削参数对于磨削热的产生起到了极为关键的作用,切削液及渗层碳浓度对于磨削热的释放有着决定作用。

3.1砂轮

砂轮的硬度如果太高,在磨削的过程中颗粒就不能进行及时的脱落,直接导致了磨削力过高,而且温度过高,很容易就会产生齿面烧伤。砂轮粒度号太大(磨粒太小),就会导致堵塞比较严重,产生磨削热使得烧伤极其严重。如果不对砂轮进行及时修整,就会导致砂轮太钝,也十分容易产生表面的磨伤。

3.2磨削条件

特别是砂轮进给量和磨齿余量过大,瞬时摩擦会产生极高的热量,导致齿面磨削烧伤。此外,需要注意的是,在磨齿加工开始时,可能会出现齿轮表面与砂轮不接触的现象,砂轮略高于齿面圆弧的高度,这里是最容易产生磨削烧伤,也是磨削烧伤检测的一个重要领域。

3.3切削液

冷却液一方面会带走过多的磨削热量,另一方面可以起到润滑的作用,减少摩擦。在冷却的过程中,如果冷却的速度不够,就会导致热量无法快速放出,从而导致表面的温度过高,产生烧伤问题,冷却过快则会导致表面的硬化问题。

3.4渗层碳浓度

渗层碳浓度过高,就会在表面的组织层中产生大量的游离碳化物,齿加工零件材料的硬度较高,所以在磨削的时候,就会出现局部过热,从而在表面发生回火的问题;另外也会在表面直接生成过多的残余奥氏体,导致表面硬度过低而产生磨削裂纹。

3.5零件的材料问题

零件在回火的过程中,如果质量不够,就会产生数量较多的淬火态的马氏体。这种物质的主要特点是强度高,同时硬度较大,对磨削拉应力的敏感程度比较高,很容易就会出现较多的磨削裂纹。除了上述问题以外,零件中的奥氏体数量也比较多,一般会维持在45%以上。残余奥氏体存在十分不稳定,很容易就产生淬火态的马氏体,也会产生较多的磨削裂纹。网状碳化物,脆性程度比较高,对磨削拉应力敏感容易产生磨削裂纹。网状碳化物所产生的裂纹外观一般都是龟裂状的。

可见,热处理渗碳淬火工艺的科学性与合理性将会直接决定了后期齿轮磨削中是否会产生较多的裂纹现象。如果渗碳层的表面存在较大浓度,淬火的温度较高情况下,会使得工件中产生较多的马氏体、奥氏体以及网状的碳化物,马氏体的外表是针片状的,片状马氏体中含有数量较多的细小孪晶,这会直接阻碍塑性的形变,渗层含碳量高也会直接导致晶格中存在较大的内应力,从而使渗层变脆,产生一些较小的磨削裂纹。

4、齿轮磨削烧伤的消除方法

要想减少表面的磨削问题,最关键的是从源头减少磨削热的产生,同时加快磨削热量的散发。通过对烧伤因素的一系列分析,发现可以采取以下措施,来减少磨削热对齿轮摩擦产生的影响。

4.1砂轮

砂轮在选择过程中,由于粗的砂轮硬度较软,容易产生砂磨面,堵塞会产生较大的阻碍问题,同时研磨的过程中会产生数量较多的热量;精磨过程中必须要采用硬度较高的细砂轮,磨削的表面需要保证其光滑,最后保证尺寸的合格性。金刚石的磨削硬度一般是比较大的,由于过强的硬度以及强度,磨削条件就得到了较为明显的改善,使得表面的磨削力受到减弱,此外,如果摩擦的系数较低,在没有润滑剂的情况下也不会产生较多的摩擦,所以就不会发生过多的烧伤问题。目前,CBN砂轮由于热稳定性比较好,磨削温度低,硬度和强度也比较好,所以受到了较为广泛的推广使用。磨削力小,就可以使得表面的质量得到很大的提升。另外,一些橡胶、树脂也可以对磨削的条件造成较大的改善。由于某些原因,切削力在增大的过程中,会产生较大的弹性屈服力,从而不断减小切削的深度,有效的减少了烧伤问题的发生。砂轮的平衡处理必须要做到位,从而在后期平衡的过程中保持较好的进行状态。砂轮必须要保证时刻处于锋利的工作状态。有许多因素会影响啥轮的运转,末学材料的种类以及纯度等等都会对其产生较大的影响。砂轮的金刚石支架在前期固定过程中需要重视。如果钻石表面有0.5~0.6毫米磨损,说明已经钝化,需要更换。

4.2磨削条件

砂轮产生热量的过程中,大约在单位时间内按比例产生热量,可以有效避免磨削损伤,适当降低切削深度,降低发电的功率,从而保证粗磨不大于0.03~0.04毫米,而精磨不大于0.01~0.02毫米。磨削余量的选择应根据具体情况确定,尽可能在提高生产率的情况下减少磨削烧伤。由于粗磨时磨削余量偏大,一次烧成,不易消除精磨中的缺陷,前几次粗磨进给容易被操作者忽视。因此,淬火后,根据齿轮表面找到正确的加工定位基准,使齿面边缘分布均匀,并找出齿形的最高点,砂轮在这个地方开始进给磨削。

4.3切削液

在进行磨齿的操作过程中,冷却控制是十分关键的要素。冷却一定要完全和充分,冷却液也一定要流到区域内,多数情况下,流量需要控制在40~45L/min,这样才可以实现完全的冷却,压力的大小一般控制在0.8~1.2N/mm2,将表面切屑进行较好的冲刷。在冷却液足够纯净的条件下进行工作,从而清除冷却液中的较脏的颗粒,冷却液的承载容器体积一定要够大,防止其中产生过多的气泡。防止冷却液过快的改变温度,一般控制冷却系统的容积和工作间的室温,对于温度就可以进行较好的控制了,但是在一些特殊储况下,还是需要使用散热器进行工作的。

4.4渗层碳浓度

随着表面碳浓度的不断提升,磨削性能就会被减少,所以表面碳的浓度一般是控制在0.2%-0.9%比较合适。残余奥氏体碳的含量一般在32%以内比较合适,碳化物需要均匀分布在表面,同时保证颗粒的平均直径小于lμm;碳化物一般是球状或者是颗粒状进行分布,禁止产生网状或角状碳化物。要严格处理表面的热工艺技术,对于表面的碳浓度含量严格管理,这样可以最大限度地减少热表面产生畸形和病变。需要将磨削规范进行较好的规定,从而选择最合适的磨削液。在磨齿加工工艺中,冷却是一个极为关键的技术,冷却必须充分有效,冷却液一定要达到规定的部位,压力至少需要冲掉砂轮上的切屑,从而进行妥善的过滤。

在进行了以上一系列的改进措施后,在后续的齿轮磨削加工过程中,基本没有出现磨削烧伤的现象,对同一件齿轮进行加工的过程中,原先的时间保持在十二小时左右,现在平均只需要十小时,质量提高了17%。

齿轮是目前工业装备中的主要零件之一,相对于常用的渗碳淬火齿轮而言,经过渗碳淬火处理后,齿轮的接触应力得到很大限度的提升,但此工艺还是存在着一些不足和常见的问题的,最常见的就是表面的磨伤,使用的质量会受到严重的损失,所以还需我们对其进行研究和管理。

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