作者：薄文丽
单位：沃德（天津）传动有限公司
来源：《金属加工（热加工）》杂志
我公司是生产高端减速机的专业厂家，在年4～5月，用RHOFLER磨齿机磨齿时出现大批量的齿面磨削裂纹。磨削裂纹分布在不同模数、不同齿数的齿轮上，大小齿轮共计41件，给公司造成了一定的经济损失。
本文从失效的齿轮上出现的裂纹形态和位置上分析，通过对齿轮热处理加工工艺、磨齿参数、磨齿冷却液及偏磨上展开调查研究，从而制定了有效的改进措施，实现了防止质量事故再发生的目的。
1、从热处理上查找原因（1）热处理用井式炉渗碳、缓冷、二次加热淬火、回火的齿轮
在RHOFLER磨齿机上，对井式炉处理的模数为5mm、齿数为68的齿轮，进行磨削，发现有2个齿轮，在其相邻4或5个齿的右齿面出现网状裂纹，齿轮其他部位没有裂纹。裂纹形态如图1所示。
（a）
（b）
图1右齿面网状裂纹
（2）热处理用箱式多用炉一次性加热渗碳、淬火、回火的齿轮
对多用炉处理的齿轮进行磨削，发现齿轮的相邻几个齿的右齿面大量网状磨削裂纹（见图2），齿轮的其他部位没有裂纹。
井式炉和箱式炉，两种不同的热处理设备、不同的热处理方式，但出现裂纹的情况一样。检验失效齿轮齿顶硬度：井式炉处理的齿轮为59.5HRC、60.0HRC、60.5HRC；箱式炉处理的齿轮为59.2HRC、59.8HRC。技术要求为59～62HRC，实测齿轮硬度满足技术要求。
（a）
（b）
图2右齿面网状裂纹
（3）热处理由一次回火改为二次回火
为了降低热处理应力对齿轮磨削的影响，将热处理一次回火改为两次回火。试验后发现，两次回火的齿轮也有磨削裂纹。此改善对控制磨削裂纹的产生没有起到明显作用。
（4）对齿面出现裂纹的齿轮，从热处理组织上做微观检测
对出现裂纹的齿轮，在有裂纹的齿上取样，检查渗层深度和金相组织。试样检测结果如下：
左齿面：残留奥氏体20%～25%，回火马氏体，碳化物为1级。金相组织合格（见图3a）。
右齿面：回火马氏体，碳化物为1级（见图3b）。
左齿面有效硬化层深为1.mm（见图4a）。
右齿面有效硬化层深为1.mm，齿面有烧伤(硬度法检测时,从齿面到齿的心部0.4mm的距离，维氏硬度值上能反映出来，明显低于左齿面相应位置硬度（见图4b）。
左齿面0.4mm处，硬度57.5HRC正常。
右齿面0.4mm处，硬度54HRC，右齿面磨齿烧伤导致硬度降低3.5HRC。
（a）左齿面组织
（b）右齿面组织
图3
（a）
（b）
图4左右齿面有效硬化层深度的显微硬度测定数据
从上述排查结果可见，虽然轮齿左右两齿面的渗层深度几乎一样，但由于右齿面严重烧伤，烧伤后金相组织也发生了转变，使得离表面到0.4mm处的维氏硬度低于左齿面相应位置的硬度。
2、改善磨齿工艺参数和磨齿条件磨齿工艺参数和磨齿条件对磨削裂纹的发生很有关系。以下是对RHOFLER和HHOFLER磨齿机改变磨齿参数和磨齿条件的过程和结果。摘自《金属加工（热加工）》杂志
（1）RHOFLER磨齿机磨削
改变喷油嘴位置，将油嘴位置更加靠近工件（见图5），使两个油嘴与砂轮距离更加平均。
图5油嘴位置更加靠近工件
调整重叠率，使砂轮表面稍微粗糙些，在磨削过程中带走一些热量。增加砂轮修整次数（粗磨7齿修整一次,精磨10齿修整一次），使砂轮表面更加锐利。增加冲程次数（相同模数齿轮冲程次数10～12增加至14～16），使其磨削过程中减少磨削热量。
通过以上4点改变，均无效果，磨两件裂一件。针对以上情况，再次调整，改到HHOFLER磨齿机上磨齿。
（2）HHOFLER磨齿机磨削
磨削参数与RHOFLER磨削基本相同，在冷却方式略有不同的情况下磨削5件齿轮，经检验未出现裂纹，表明RHOFLER磨齿机的磨削工艺和磨削条件有问题。
（3）再次调整RHOFLER磨齿机
由于无新鼓轮可供使用，将RHOFLER金刚鼓轮左右调换。为了使切削油中杂质充分过滤，更换过滤器的滤网。加长喷油嘴长度（见图6），使油嘴更接近砂轮与齿轮磨削时结合部位，使冷却更充分。
（a）第一次调整
（b）第二次调整
图6加长喷油嘴长度
以上的调整取得一定的效果：磨削6件，经检验只有1件出现磨削裂纹，其他未出现裂纹。磨齿参数改变后对防止磨削裂纹的出现有明显的效果。
更换磨齿机的鼓轮，新鼓轮要求所有的磨齿参数都恢复到原始规定参数，见表1。
表1RHOFLER磨齿机冲程参数
项目
进刀量/mm
进给速度(粗精磨)/mm·min-1
重叠率(粗精磨)
数值
0.03
\
6\4(2.5)
改善磨齿参数后，磨削12件，经检验只有1件出现磨削裂纹，其他未出现裂纹。磨齿参数的改变对控制磨削裂纹的产生效果越来越好。
（4）继续改善磨齿条件
整体清理更换RHOFLER磨削油，换回最初的油嘴并加长。，改变RHOFLER磨齿机冲程，提高磨削速度，参数明细见表2。要求磨前注意找正，防止偏磨。
表2改变RHOFLER磨齿机冲程参数明细
走刀
进刀量
/mm
进给速度
/mm·min-1
Vw/
mm3·mm-1
Qw/
mm3·(mms)-1
冲程
次数
1(粗磨)
0.03
≤8
12
16
2(半精磨)
0.02
≤4
1
2(半精磨)
0.02
1
3(选择区域磨)
0.
≤
≤2
1
3(选择区域磨)
0.01
1
更换冷却油和杜绝齿轮偏磨后，磨削22件齿轮，磨削正常，没有发现磨削裂纹，达到了改善目的。
3、分析与讨论（1）从裂纹的形态上分析
齿面裂纹为网状裂纹并且出现裂纹的齿面有严重的烧伤，证明齿面的裂纹是磨削后产生的，为磨削裂纹。有烧伤表明磨削时冷却能力差，改善磨齿参数后，效果越来越好，最后改善冷却油后，磨削裂纹彻底没有了。
（2）从裂纹的位置上分析
裂纹总是集中在连续几个齿的右齿面，表明热处理造成齿轮局部齿变形大，当磨这几个齿时，磨削量就大，采用正常冷却条件就不能满足冷却能力的要求，从而导致出现齿面烧伤和磨削裂纹。
4、结语（1）齿面产生磨削裂纹是因为磨齿时冷却能力不足和磨削量不均匀（热处理变形过大）所致。因此，齿轮热处理时要注意工件的摆放，尽量减小齿轮的热处理变形。
（2）齿轮磨削前的对刀要非常仔细，要尽可能做到轮齿两个齿面的磨削量均匀。
（3）冷却油长期使用，其油性和清洁度将发生改变，因此应该定期更换冷却油。
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