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首页 渗碳淬火齿轮磨削裂纹产生原因及预防方法

渗碳淬火齿轮磨削裂纹产生原因及预防方法.doc

渗碳淬火齿轮磨削裂纹产生原因及预防方法

陈文礼
2019-04-26 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《渗碳淬火齿轮磨削裂纹产生原因及预防方法doc》,可适用于经济金融领域

渗碳淬火齿轮磨削裂纹产生原因及预防方法摘要:针对CrMnTi渗碳淬火齿轮在磨齿过程中容易产生磨削裂纹而报废的现象,通过对其热处理过程中的组织变化,表层应力的消除方法,机加工过程中的磨削参数选择、砂轮的选择、磨削液的选择等进行分析,提出了防止磨削裂纹产生的措施关键字:魔削裂纹磨削热组织结构磨削条件矿山机械上使用的重载齿轮的制造关键在于如何提高其承载能力及表面耐磨性,而采用高精度、硬齿面、齿廓和齿形修形的齿轮是提高齿轮承载能力及表面耐磨性的有效措施。磨齿是有可能使上述措施同时实现的重要工艺手段。在磨齿轮工艺中长期存在一个严重问题裂纹,磨削裂纹是指发生在磨削面上,深度较浅,并且深度基本一致,方向垂直于齿向,即垂直于砂轮往复运动的方向,规则排列的条状裂纹,用肉眼便可观察到。对渗碳淬火钢齿轮磨削裂纹的产生原因及防治措施进行研究十分必要。一、裂纹产生的原因及防止其产生的有效措施裂纹产生的原因()齿轮热处理的质量是造成磨裂的内在因素磨削裂纹产生的根本原因是磨削热。齿轮在渗碳过程中,其渗层组织中容易形成网状碳化物或过多的游离碳化物。由于各物质硬度都极高,在磨削过程中,砂轮和齿面接触的瞬间,磨削区的温度很高,可能出现局部过热倾向和发生表面回火,使金相组织发生变化。渗碳淬火齿轮,因磨削裂纹而报废在许多工厂都有发生,有时甚至很严重。几年来国家重点工程仪征涤纶设备制造中,有较大批量精度要求高的渗碳淬火齿轮需加工,解决磨齿裂纹成为生产关键。为此我厂组织冷、热工艺及测试人员共同攻关,并参阅有关文献经过多次试验,对磨裂的原因有了初步理性认识并采取了相应的工艺改进措施,终于解决了。根据俄罗斯学者试验,当砂轮速度v=mPs,磨削深度t=mm时,磨削区的温度达~℃,所以渗碳淬硬的齿面在磨削时,表面一薄层内的回火马氏体组织变成了较高温度(℃以上)回火组织。马氏体析出碳化物,残留奥氏体进一步分解为回火马氏体或回火屈氏体,在随后的冷却过程中不再发生组织变化。此时比容减少,硬度下降,并在表面形成了拉应力。在回火层中,由于磨削温度较高(℃以上),已经回火,马氏体组织被加热到临界温度以上,在随后的冷却过程中产生了淬火组织,此时比容增大,产生了压应力。在回火层以下,受磨削热的影响较少(~℃),所以只发生残留奥氏体的转变,产生未回火的马氏体,这一转变比容增大。磨削时,钢中残留奥氏体在~℃温度下,组织转变为二次淬火组织,体积膨胀,形成较大的内应力。总之在磨削时,工件内部产生的热应力和相变压力,再加上砂轮磨削工件时所造成的撕裂应力,这三者合成的最大应力和齿长的方向一致,由于这个力的作用,在齿轮上形成了与这个合应力相反的内应力,如果渗碳层的强度和金属的组织应力能抵抗磨削时产生的合应力,则不会产生裂纹,反之,齿轮材料在磨削过程中将遭到破坏,而产生垂直于合应力方向的裂纹,出现了磨裂。()磨削加工产生的热应力是造成磨裂的外在因素磨削加工过程中,砂轮与工件间将产生热应力与机械应力,齿轮磨削也不例外。产生应力的大小,即是构成了磨裂与否的外界条件,这些都取决于磨削条件,如砂轮硬度、粒度、磨料种类、磨削速度、冷却液、吃刀深度、走刀量、砂轮每分钟往复次数及砂轮的修整等。磨裂是磨削拉应力超过了金属的断裂起的然而在实际生产中,磨削应力的产生原因是很复杂的,通过试验发现:凡是磨裂齿面几乎都伴有回火或再次淬火现象,这说明商拉应力峰是伴随发热升温出现,因此对渗碳齿轮来说,产生磨削拉应力的主要原因是热应力和组织应力在齿轮极薄的表面上瞬时剧烈,造成表面组织内应力不平衡。这些条件的综合作用,产生一定的应力,就构成了磨裂的外因。二、防止产生磨削裂纹的工艺措施从组织结构的角度分析()控制齿轮表面碳浓度所生产的齿轮是在井式炉中渗碳,碳粉控制不是太好,齿轮表面含碳量往往偏高有时会达到~。含碳量高相应组织中便形成网状或尖角状碳化物,并有较多的残余奥氏体。过多而且分布不良的碳化物在磨削过程中往往会脆裂而形成裂纹大量的残余奥氏体在磨削过程中,由于受挤压力的作用,会发生马氏体转变而引起局部体积膨胀,同时又在磨削热的作用下引起收缩最后形成拉应力导致裂纹产生。基于以上分析,应严格控制渗碳过程中的碳粉使表面含碳量降到~范围,相应使碳化物和残余奥氏体都控制在级以下,有效地改善了组织状态。()控制奥氏体晶粒度渗碳和淬火温度高会使奥氏体晶粒粗大,淬火后形成粗针马氏体。粗大的针状马氏体脆性高,磨削时容易产生脆裂,为此,调整了原来的热处理工艺:渗碳温度由原℃降到℃,淬火温度由原℃降为℃,经改进后得到的马氏体就比较细小。()调整回火工艺减小淬火应力奥氏体淬火形成的马氏体是膨胀状态,工件磨削过程中产生的热量会引起马氏体回火收缩,而这种收缩由于受到母体刚性金属的制约,便会在表面局部产生拉应力,当这种拉应力达到一定极限值,便会形成裂纹。基于这一分析,采取适当地提高回火温度、延长保温时间的办法将原来的℃×h回火改为℃×h的回火工艺。根据情况,特别是在冬天,有时还采取补充二次回火的措施。从磨削工艺的角度分析我厂在解决CrMnTi渗碳钢件齿轮磨削裂纹问题中,采用了喷丸强化工艺,喷丸强化工艺是表面加工工艺的一种,是利用大量高速运动的珠丸冲击工件表面,对工件表面进行冷挤压,使之发生冷态塑性变形,产生冷硬层并形成表面残余压应力。由于表面具有残余压应力,将抵消一部分拉应力,从而有效地避免了裂纹的产生。磨削条件也是影响裂纹产生的一个重要因素,从上述分析可知:磨削热导致磨削裂纹的产生,所以解决磨削裂纹的关键在于如何降低磨削热。()应选用湿磨法,采用冷却的方法使磨削区温度降低,并且应确保冷却液喷到磨削区,经过多次试验,调节流量为~LPmin,压力为~MPa,就能实现充分冷却,同时冲去粘在砂轮上的切屑。()选择合适的磨削量,对降低磨削温度也起到重要作用。磨齿时砂轮的切削速度很高,砂轮与齿轮的接触面积又很小,产生的热量会在接触区域形成很高的温度,热应力增加,所以渗碳淬火齿轮在磨削过程中不宜采用过高的砂轮线速度磨齿时产生的热量与砂轮单位时间内切除的金属量大致成正比,因此,必要时适当减小磨削深度、降低进给量以避免产生磨齿裂纹。()若磨削余量选得过大,会产生过多的磨削热,从而导致磨齿裂纹等多种缺陷,因而应尽可能减小磨齿余量。减小磨齿量可以从以下几方面采取措施:①减小热处理变形②在加工中应以齿圈找正,以使余量分布均匀③磨前采用硬质合金滚刀半精滚齿,去除热处理变形。④砂轮的选择对磨削温度有重要影响。渗碳钢硬度高,砂粒易磨钝,为了避免砂粒磨钝而产生的磨削热,砂轮硬度软一些,以便磨钝的砂粒及时脱落,保持砂轮的自锐性,同时也应选择组织较软的砂轮,组织较软的砂轮气孔多,可以容纳切屑,避免砂轮堵塞,又可将磨削液或空气带入磨削区域,从而使磨削区域温度降低。在保证面粗糙度要求的前提下,宜选择较粗粒度的砂轮,以达到较高的去除量比率。另外,砂轮的平衡和修整也非常重要,砂轮必须精细地平衡,及时修整,使砂轮工作时处于良好的平衡及锋利状态。对磨削中各工艺参数进行分析()砂轮硬度的影响砂轮越硬砂轮的多孔性越差,在磨削过程中,砂轮粒间的孔隙很快被切屑堵塞,加之硬度商的砂轮自锐陛差,磨钝的砂粒又不易脱落造成砂轮与齿面同的挤光现象。使磨削热量增加,很容易产生齿面的烧伤和裂纹,经试验得砂轮韵硬度与磨削时表而产生应力的关系几乎是呈正比的,从避免磨削裂皱的观点出发,选择砂轮越软越好,但是软的砂轮在磨削过程中,磨损会影响齿形精度,因此我们选用中软硬度ZR,使用比较理想。()砂轮粒度影响砂轮粒度越大在单位面积内同时参加磨削的砂粒较多,相应切削力和磨削热量就大,容易瞎裂。使用实践证明选择砂轮粒度的原则是:在保蕾E齿面光洁度情况下,粒度越小越好。粒度小的砂轮用于粗磨,粒度大的砂轮用于精磨。粗磨分开进行可以在较高的生产效率条件下防止裂纹在试磨中,我们使用白刚玉(GB、砂轮,磨削深度mm时齿面“}现回火色当改用砂轮,磨削深度用Illm时在齿面仍未出现回火色。通过试磨我们确认对硬度日Ra~渗碳淬火齿轮,粗摩奠用~,精磨使用~O砂轮比较满意。()砂轮的材料选取砂轮的材料,过去我广一般使用白刚玉,工件磨削裂纹严重。通过磨削试验,认为这种材料脆性较大,再加上机床固有的修整器金刚刀进给速度偏小(ram转),修整砂轮时,容易使砂轮出现平秃现象。而铬刚玉单颡(o。)抗压强度高(,kg>,硬度是白刚玉的倍,韧性也好。我们根据随东德ZSTZi磨齿机进口的砂轮,决定用铬刚玉(GG)砂轮,磨削情况即见好转。()冷却情况对磨削裂纹的影响冷却液和冷却方式,对磨裂有极其敏锐的影响。我们曾对用乳化冷却液、lo*机械油、及不用冷却液等条件,在相同蘑削情况下进行了试验。当用乳化液冷却时由于冷却液较为强烈,磨削区的热胀冷缩现象剧烈,应力较大,干磨效率太低。机械油泡辣多,用机械油作冷却液性能柔和,而且光洁度也比较好。()磨削深度进给量对磨削裂纹的影响磨削深度对磨削热影响很大,是造成磨削裂纹的重要因素。以不同的垂直进给深度(、、、、mm),分别进行磨削试验后,利用侵蚀纹所显示的相对应力证明:内应力随进给深度增加而增加,当磨削深度mm时内应力呈极大值。此时砂轮砂粒所受力,还不足以使磨钝的平刃砂粒碎裂自脱。所以拉应力较大。当磨削深度再睹太后,由于切削力增大,使钝的平刃砂粒能及时自脱,反而使切削应力降低。因此在磨削时一定要严格掌握进给量,在粗磨时进给量取~rtlLO,在精磨时进给量取ODim为宜但是应该考虑工件刚性和安装条件。三结语()磨削裂纹产生的根本原因是金属表面在磨削过程中产生高热使马氏体体积收缩而形成拉应力所致,不良的组织状态会进一步增加磨裂的敏感性。()严格控制碳势降低过高的表面含碳量避免形成不良的碳化物形态和分布适当降低渗碳温度和淬火温度,增长回火保温时间,使马氏体组织细小,残余奥氏体含量不高淬火应力减小。通过以上热处理工艺改进,可以大大减小磨削裂纹产生的倾向。()改善磨削工艺。合理选用粗细砂轮粒度和硬度以及磨削参数,可以有效防止局部高热的产生,从而防止磨削裂纹的形成。当然,磨削裂纹产生的原因是多方面的,应当从磨削工艺、热处理及零件材质等多方面综合考虑,加以控制。参考文献翟晓玉渗碳齿轮磨削裂纹问题分析及抑制措施J机械工程师()马轶群,任玉灿,肖溪渗碳淬火齿轮产生磨削裂纹原因分析及其预防措施J河北建筑工程学院学报()刘舜尧,李燕,邓曦明主编制造工程工艺基础长沙:中南大学出版社,张学政,李家枢主编金属工艺学实习教材(第三版)北京:高等教育出版社,陶捷消除渗碳淬火齿轮磨削裂纹工艺探讨M矿山机械,许香谷,肖诗纲金属切削原理与刀具M重庆大学出版社池震宇磨削加工与磨具选择M兵器工业出版社相瑜才,孙维连工程材料及机械制造基础M机械工业出版社

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