作者：薄文丽

单位：沃德（天津）传动有限公司

我公司是生产高端减速机的专业厂家，在2013年4～5月，用R800 HOFLER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R800 HOFLER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1.619mm（见图4a）。

右齿面有效硬化层深为1.601mm，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R800 HOFLER和H700 HOFLER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）R800 HOFLER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H700 HOFLER磨齿机上磨齿。

（2）H700 HOFLER磨齿机磨削

磨削参数与R800 HOFLER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R800 HOFLER磨齿机的磨削工艺和磨削条件有问题。

（3）再次调整R800 HOFLER磨齿机

由于无新鼓轮可供使用，将R800 HOFLER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1 R800 HOFLER磨齿机冲程参数

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R800 HOFLER磨削油，换回最初的油嘴并加长。，改变R800 HOFLER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R800 HOFLER磨齿机冲程参数明细

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。