1. 齒輪磨加過程重點綜述（過程概述）

 

齒輪硬齒面已成為齒輪傳動業解決耐久性（使用壽命）的主要技術措施，而硬齒面磨加工也已成為解決齒輪精度等級（傳動平穩性互換性）的關鍵技術之一；而硬齒面磨加工是目前齒輪傳動業的主要加工方式和發展趨勢。怎樣克服硬齒面磨加工過程中易燒傷、工效低、成本高等弊端是齒輪加工業的關注熱點。

 

2. 齒輪磨加工燒傷（裂紋）機理

 

齒輪磨加工過程產生燒傷（裂紋）之機理——磨削過程中產生的磨削熱導入齒輪坯體部分（總磨削熱的大部分）致使齒輪表面溫升到一定程度（超過共析溫度點、共晶點溫度）產生燒傷；由于相對于齒輪體而言，受熱是局部的、表面的，這樣就產生內應力，當內應力達到一定程度或與原有沒能完全消除的內應力（齒輪坯體殘余內應力）疊加，達到一定程度就產生裂紋。而此兩種缺點是硬齒面磨加工的致命缺陷。裂紋的表現形式：A：直接出現裂紋；B：經過一段時間放置出現龜裂。

2.1磨削熱的產生 在磨削過程中由于機械作用和摩擦作用而產生的磨削熱，主要由以下幾種：A：在磨削過程中磨粒要把金屬屑剝離工件表面產生的機械熱；B：磨具的結合劑、沒有切削能力的磨粒以及部分輔助材料與工件表面摩擦產生的摩擦熱；C：金屬屑粘附磨具表面或存留于磨具空隙間沒能排除而與工件表面摩擦產生的磨削熱。

 

2.2磨削熱大小影響因素

影響磨削熱大小的因素主要取決于被磨材料特性、磨具性能參數及磨削用量。

A．影響磨削熱大小的被磨削材料特性主要指：硬度、剪切應力和抗磨性能（可磨削性能）。

B．影響磨削熱大小的磨具性能參數主要是：磨料性能（硬度、自銳性和被磨材料的化學綜合性和反應能力）、磨具硬度、磨具組織（容屑性能）及磨削阻力（此處指非磨削部分產生的凈摩擦力）。

C．影響磨削熱的磨削用量主要指：吃刀量（進給量、單次磨除量）、工件架速度（沖程）、砂輪轉速、冷卻液參數等。

 

2.3 被磨材料表面溫度影響因素。

被磨材料表面溫度的影響因素主要取決于磨削熱大小、磨削熱傳入被磨工件部分比例、被磨工件的導熱性。

實踐和理論研究證明：

A．磨削熱導入工件部分比例占磨削熱的絕大部分，而且在很小范圍內波動。

B．被磨工件的導熱性在各種齒輪材料中差異性很小。

C．決定被磨工件表面溫度的核心因素是磨削熱的大小。

 

2.4 影響磨削熱大小的可控因素分析：

A．齒輪材料（被磨加工材料）是齒輪設計中為滿足齒輪性能（主要是力學性能）而選定的，可變范圍很小。

B．磨削用量雖可控可調〔除冷卻液參數（壓力、流量）外〕，但磨削熱和生產效率是同向變化，即磨削熱低的磨削用量同樣生產效率低。

C．從以上分析可看出影響磨削熱實用可控途徑只剩磨具性能參數。

 

2.5齒輪磨加工燒傷，裂紋因果

   

3.磨加工生產效率的影響因素

 

3.1磨加工余量取決于材料熱處理工藝及材料性能，影響較大。

3.2磨削用量選擇。影響大因素，但綜合因素多且復雜，優化選擇需大量的試驗檢測工作要做！

A.根據預設參數（工件光潔度、吃刀量、工件硬度、工件材質……）合理選擇磨具參數。

B.根據預設參數和砂輪性能試驗檢測確定磨削用量，主要確定吃刀量、工件架速度、砂輪使用速度等。

 

4.影響磨加工齒輪精度的因素

 

4.1機床自身精度更準確說是在用精度（取決于機體設計制作精度、精度保持能力和精度可恢復能力）、各生產廠家設備選型已成定局，重點在精度保持和可恢復上。

 

4.2砂輪形狀保持能力（齒形保持能力），這點可操控性大。

 

4.3砂輪磨削鋒利度（磨削阻力）的選擇同樣是影響齒輪加工精度的重要因素之一。

保持能力與鋒利度是一對矛盾，要保持鋒利度就要求有很好的自銳能力，而保持能力越強影響自銳能力就越大。

 

5.磨加工過程質量監控指標的選擇

 

5.1目前齒輪加工業檢驗指標及手段

A.齒輪表面光潔度檢測：一般采用感觀、對比板或粗糙度儀。此指標作為一般性符合指標或根據客戶標準確定。

B.齒輪精度檢測：采用專業檢測儀器，此指標為齒輪檢查關鍵指標，但效率低只能作為終檢及反饋信息使用，不能作為過程控制指標。

C.燒傷檢測：感觀（每件必檢）、磁粉、酸洗或專用檢測設備。此項檢測指標為齒輪檢測的核心指標，檢驗手段比較繁瑣，效率較低。

綜上所述齒輪兩項核心指標精度、燒傷（裂紋）檢查過程較繁瑣、效率低，而且只能作為終檢（大部分抽檢）使用或作為反饋調整磨削參數使用，不能作為過程控制參數使用。

5.2目前現有精度檢測、燒傷裂紋檢測，反饋調整磨削參數模塊如下：

 

生產過程要不斷抽檢

 

5.3磨削加工過程質量控制參數選定及機理

選定砂輪軸電機凈負荷做為齒輪加工過程質量控制參數!

凈負荷=磨加工負荷-空載負荷之差.

假定前提：冷卻液品種、壓力和流量不變，實際生產過程中變化很小。

5.3.1對磨削燒傷裂紋的監控機理

固定的吃刀量（ap）+固定砂輪使用速度（Vs）+固定的磨削加工寬度（b）+固定的砂輪步進（Sb）+砂輪性能參數固定（Sx）+固定工件架速度（Vc）+固定的工件材料（Gx）→固定的凈負荷（Wo）→磨削熱和凈負荷成正線性→可斷定選用合適的凈負荷值可用來監控每件齒輪的燒傷裂紋情況。建議選定實用監控凈負荷為極限臨界凈負荷Ws的0.7-0.8倍，即Wo=0.7-0.8Ws

5.3.2齒輪精度監控機理

固定吃刀量（ap）+固定砂輪使用速度（Vs）+固定磨削寬度（b）+固定的砂輪步進（Sb）+固定的砂輪參數性能（Sx）+固定工件架速度（Vc）+固定工件材料（Gx）→固定的凈負荷（W）=固定的對機床沖擊力（F）+固定機體剛性和精度→固定凈負荷產生固定的齒輪精度。建議選定監控凈負荷為極限臨界凈負荷（Wj）的0.75-0.85倍。即Ｗｏ＝０．７５－０．８５Ｗｊ。

 

6.監控指標數值選定及應用

6.1監控齒輪燒傷裂紋的凈負荷選定：

 

0.7-0.8Ws和0.75-0.85Wj的小值作為監控上限值應用！

 

6.2應用

在實際應用中，正常生產過程此監控指標除很好監控記錄齒輪加工過程可控參數外，此參數還可用來：

6.2.1監控齒輪坯體異常變化，即材料性質有大的變化,Wo變化明顯，并可適時調整。

6.2.2監控砂輪性能穩定性并可適時調節。

6.2.3可做為定量依據調整吃刀量、砂輪步進以提高功效和節約成本。

6.2.4可以用來監控判定砂輪適用性避免損失