在磨削加工中，因磨削力和热引起的物理性质、化学性质和机械性能变化的金属表面层称为变质层。磨削力和磨削热是造成磨削烧伤、产生磨削裂纹和决定变质层深度的关键。以降低某机硬齿面齿轮齿面缺陷研究为目的，系统探讨了齿面缺陷产生机理，分析影响齿面缺陷的因素，调整工艺流程，优化工艺参数，提出了降低硬齿轮齿面磨削缺陷的控制、改进措施。

　　一、齿面磨削缺陷机理分析

　　磨削烧伤产生的机理分析

　　磨削过程中冷却不充分、磨削参数不当等原因，齿面磨削时砂轮与零件齿面切削区的瞬间温度达到 400 ～ 1300℃，导致齿面表层局部组织发生相变，使零件齿面硬度急剧降低，在齿面产生氧化变色的现象称为磨削烧伤。

　　齿面磨削裂纹产生的机理分析

　　齿面磨削时，零件齿面的磨削温度可达 820 ～ 840℃。零件材料组织为马氏体和残余奥氏体。残余奥氏体在磨削时受磨削热的影响发生分解，逐渐转变为马氏体并集于表面，引起零件局部膨胀，脆性较大，加大了零件表面应力，导致形成了磨削裂纹。

　　二、某机齿轮齿面磨削后缺陷验收要求

　　无缺陷

　　无缺陷的表面呈现均匀、无光泽的中等灰色外观。

　　脱碳

　　齿轮硝酸腐蚀后所有脱碳部位发亮。

　　(1)白斑。边界十分清楚、明显的斑点。这种斑点并非渗碳中的污染所致，而是热处理过程中的污染造成的。

　　(2)渗碳软点。此类缺陷显示为浅灰色或白色区域，通常呈现圆形，是在渗碳中因污染造成局部未渗入碳所致。

　　(3)微量脱碳。此类缺陷表现为亮区，掺和在正常灰色腐蚀表面，无特定性状的浅灰色区域，无明显的界限。这一般是由于零件变形或装夹的错误引起的。

　　(4)磨削疵病。此疵病表现为磨削软化和磨削再硬化，是磨削过程中产生的局部过热引起的。

　　①磨削软化。此种缺陷与正常的灰色腐蚀表面相比较，呈较暗的灰色或黑色区域或斑点。

　　②磨削再硬化。此种缺陷显示为很浅的灰色或具有清晰分解线的白色条纹或斑，并且通常有软化区域包围着。

　　③磨料划痕。此种缺陷表现为颜色很浅的条纹，长度一般比磨料再硬化大得多，是磨轮与工件之间掉下的细沙粒啃划擦造成的。

　　(5)磨削裂纹。

　　①单个显示。相邻显示的周向间距大于其中较大显示的长度，其轴向间距大于较大显示长度的 3 倍时，这些显示被认为是单个显示。

　　②间断显示。在一条线上主链状分布的显示，其轴向间距小于单个显示所规定的轴向间距。

　　目前，磁粉检测是最常用的磨削裂纹检查方法。

　　三、降低齿面磨削烧伤、裂纹的主要工艺措施

　　降低零件表面的碳浓度

　　渗碳过程中，如果碳的气氛控制弱，会使零件表面的碳浓度大大提高。高的碳浓度会使零件金相组织中出现碳化物，造成残余奥氏体析出。零件表面在磨削加工时会受到挤压，残余的奥氏体组织向马氏体转化，零件表面受到磨削高温后产生拉应力，导致产生磨削缺陷。

　　提高零件渗碳后的冷却速度

　　通常，渗碳后在空气中冷却到常温。此时必须控制冷却速度，速度太慢会导致渗碳层形成网状与块状分布碳化物，极易造成磨削缺陷。

　　适当增加消除应力工序

　　零件表面渗碳淬火后金相组织奥氏体将会转化为膨胀状态的马氏体，然而磨削热会加速马氏体发生回火收缩，使零件表面形成拉应力，造成零件表面形成磨削缺陷。只有通过去应力回火，延长回火时间，控制马氏体的大小，从而降低残余奥氏体的含量，减少残余应力，降低磨削缺陷的产生。

　　选择合理的渗碳淬火冷却介质

　　在零件渗碳淬火过程中，控制渗碳层的马氏体组织十分关键。只有合理选择冷却介质，才可以控制马氏体转变时产生的应力，减少热处理变形。

　　合理选择砂轮

　　(1)砂轮的粒度在能够满足零件粗糙度要求的前提下，应尽量选择粗粒度砂轮;

　　(2)硬度高的零件选择软砂轮，硬度低的零件选择软砂轮;

　　(3)生产中尽可能选择直径较小的砂轮;

　　(4)使用开槽砂轮进行间断式磨削，可以增加散热，充分排屑;

　　(5)加大修整砂轮频次，提高砂轮平衡精度。

　　磨削参数的控制

　　如果在磨削用量小的时候出现烧伤，可以增大纵向进给速度。如果在磨削量大的时候出现烧伤，应当减少进给量，增多磨削次数，且逐渐减少磨削进给量，消除前期磨削中产生的缺陷层，减少磨削缺陷的产生。

　　合理选择磨削工艺的冷却方法及冷却液

　　冷却方法的选择:对砂轮进行有效的冷却和清洗，带走磨削产生的热量，并且防止砂轮堵塞，保持磨削液的清洁度，降低磨削缺陷的产生。

　　冷却液的选择:冷却液必须具备良好的冷却、润滑及清洗性能。良好的冷却性指能够带走加工区域的热量，降低加工区的温度，防止产生零件磨削缺陷。良好的润滑性指能够在磨削表面和磨粒之间形成润滑膜，减少零件与砂轮的直接摩擦。良好的清洗性能指能够及时冲洗掉加工产生的磨屑，防止或缓解砂轮的堵塞。

　　控制砂轮的修整

　　砂轮修整得越粗，在砂轮断面上形成的裂纹越多。磨削过程中，散热越好，砂轮越不易堵塞，对避免零件表面的烧伤和裂纹有积极作用。

　　四、结语

　　齿轮齿面缺陷的研究是一个涉及多方面知识的庞大领域，还有许多技术问题值得进一步深入研究。一是齿轮材料改进。在后期发展中将逐步采用质量轻、有吸振和自润滑性能的复合材料或工程塑料大量代替碳钢类材料。二是磨料磨具的研究水平不断提升。随着新一代复合材料的磨料磨具的出现，冷却液的更新、齿面缺陷的优化水平及加工效率将会大幅度提高。

　　参考文献略.