磨齒是硬齒面齒輪提高齒輪精度的主要加工工藝方法，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，偶爾會(huì)出現(xiàn)磨齒后在齒輪根部產(chǎn)生磨削臺(tái)階的現(xiàn)象，磨削臺(tái)階會(huì)影響齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，分析磨削臺(tái)階產(chǎn)生的原因和應(yīng)采取的措施具有重要的意義。
賀鵬分析了熱處理前粗加工刀具凸角量的設(shè)計(jì)，熱處理后精加工刀具的超越量計(jì)算、熱處理變形等對(duì)磨齒臺(tái)階的影響;李澤軍分析了磨齒臺(tái)階形成的原因和負(fù)面影響，并提出臺(tái)階修整方法的理論依據(jù);李釗剛系統(tǒng)地討論了漸開(kāi)線硬齒面齒輪留磨滾刀的設(shè)計(jì)和應(yīng)用;苗圩巍研究了滲碳淬火齒輪齒根磨削形態(tài)對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響;張立峰等研究了齒根過(guò)渡曲線連接不好產(chǎn)生臺(tái)階的原因與解決措施。
本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中遇到的各類(lèi)情況，重點(diǎn)討論假性磨削臺(tái)階的判定、產(chǎn)生原因和應(yīng)采取的措施。
一、項(xiàng)目背景
齒輪磨削加工后檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)在齒輪齒根部位留有一條凸棱(如圖1所示)，目視觀察凸棱位于銑齒沉割起始點(diǎn)以上，從齒檢報(bào)告(如圖2所示)可以看出，80#齒左側(cè)齒靠近齒根部位漸開(kāi)線先出現(xiàn)高點(diǎn)而后轉(zhuǎn)為低點(diǎn)，與目視觀察一致。
圖1 齒根磨削凸棱
圖2 齒檢報(bào)告
二、假性磨削臺(tái)階
為了保證硬齒面齒輪齒根噴丸強(qiáng)化效果，磨削加工時(shí)不允許磨削齒根。為了保證磨削后齒根部位能夠圓滑過(guò)渡，在齒形粗加工時(shí)(滾齒、銑齒等)刀具均設(shè)計(jì)有觸角，這樣加工后便在齒根部位加工出一定的沉割量，為后續(xù)磨齒留有一定的退刀空間。
理論上，為了保證齒根擁有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度，希望磨齒后漸開(kāi)線與齒根圓弧相切，即磨削區(qū)域?yàn)閳D3中1+2+3區(qū)域(3區(qū)以外全部為磨削去除區(qū))。
實(shí)際上為了避免磨削后出現(xiàn)不可修復(fù)的磨削臺(tái)階(4區(qū)以外全部為磨削去除區(qū))，考慮齒形粗加工誤差、熱處理變形等多種因素影響而采用較大沉割量，磨削后漸開(kāi)線與齒根圓弧相交(2區(qū)以外為磨削去除區(qū))，但在生產(chǎn)過(guò)程中由于各種原因出現(xiàn)了一種情況，即磨削區(qū)域僅為1區(qū)，這樣在磨削后齒根部位產(chǎn)生一條凸棱，這條凸棱便是假性磨削臺(tái)階，如圖4所示。以外全部為磨削去除區(qū))，考慮齒形粗加工誤差、熱處理變形等多種因素影響而采用較大沉割量，磨削后漸開(kāi)線與齒根圓弧相交(2區(qū)以外為磨削去除區(qū))，但在生產(chǎn)過(guò)程中由于各種原因出現(xiàn)了一種情況，即磨削區(qū)域僅為1區(qū)，這樣在磨削后齒根部位產(chǎn)生一條凸棱，這條凸棱便是假性磨削臺(tái)階，如圖4所示。
圖3 磨削區(qū)域
圖4 假性磨削臺(tái)階
磨削假性臺(tái)階的判定可從以下兩個(gè)方面考慮：① 磨削后目視觀察齒根部產(chǎn)生磨削凸棱，但齒根部位齒形粗加工沉割量存在;②齒檢時(shí)齒檢報(bào)告齒形誤差顯示齒根部位出現(xiàn)高點(diǎn)而后轉(zhuǎn)位低點(diǎn)的曲線。
三、假性磨削臺(tái)階出現(xiàn)原因分析及消除措施
假性磨削臺(tái)階出現(xiàn)的直接原因是磨齒加工時(shí)砂輪設(shè)置的可用漸開(kāi)線起始圓直徑大于齒輪磨削工序?qū)嶋H的漸開(kāi)線起始圓直徑。特別強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：
?、冽X輪磨削工序?qū)嶋H的漸開(kāi)線起始圓直徑為去除磨齒余量后的漸開(kāi)線起始圓直徑;
?、趯?duì)于內(nèi)齒正好相反。如圖4所示，磨削工藝中，當(dāng)砂輪切深小，將產(chǎn)生假性磨削臺(tái)階。
另外，砂輪圓角半徑設(shè)置越大，加工后凸棱越大，可用漸開(kāi)線起始圓直徑越大，越不能滿足圖紙要求;砂輪圓角半徑減小，加工后凸棱會(huì)減小，可用漸開(kāi)線起始圓直徑變小(內(nèi)齒圈變大)，逐漸接近圖紙要求。
理論上講，當(dāng)砂輪磨削切深和砂輪圓角半徑選擇合理，齒輪假性磨削臺(tái)階可以經(jīng)返修后去除，不會(huì)影響齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，如圖5所示。
圖5 正常磨削
如圖6所示，當(dāng)砂輪繼續(xù)切深，將會(huì)產(chǎn)生磨削臺(tái)階，此時(shí)磨削臺(tái)階為不可修復(fù)臺(tái)階，但當(dāng)砂輪圓角半徑>a1時(shí)，磨削臺(tái)階處會(huì)圓滑過(guò)渡;當(dāng)砂輪圓角半徑≤a1時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的尖棱尖角，圓角半徑越小，臺(tái)階就會(huì)越大。當(dāng)砂輪切深較深，磨削余量較小時(shí)，可能會(huì)在齒根圓弧部位出現(xiàn)如圖7所示的一道黑線，實(shí)際上為磨削時(shí)磨削到的部位，但圓弧靠下部位由于切深較深而被磨亮。
圖6 齒根磨削臺(tái)階
圖7 齒根磨削黑線
為了明確假性磨削臺(tái)階產(chǎn)生的根本原因，以便徹底解決問(wèn)題，應(yīng)用5why分析法進(jìn)行綜合分析并提出消除措施，如表1所示。
表1 假性磨削臺(tái)階產(chǎn)生的根本原因及消除措施
由表1的分析可知，假性磨削臺(tái)階產(chǎn)生的最根本原因是工藝未標(biāo)準(zhǔn)化，需在磨齒工序中明確給定實(shí)際漸開(kāi)線起始圓直徑和零件成品要求的漸開(kāi)線起始圓直徑、齒形粗加工時(shí)刀具圓角半徑，磨齒過(guò)程中操作人員需根據(jù)實(shí)際情況輸入砂輪修形相關(guān)參數(shù)，特別是對(duì)于試制件，需通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得到最終磨削參數(shù)并將工藝標(biāo)準(zhǔn)化。
圖8 齒根磨削黑線實(shí)物
四、結(jié)論
成形磨齒假性磨削臺(tái)階是一種通過(guò)改變磨削工藝參數(shù)即可消除的缺陷，經(jīng)修復(fù)后不會(huì)影響齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，可通過(guò)目視觀察和齒檢兩種方法判定;假性磨削臺(tái)階產(chǎn)生的根本原因是工藝未標(biāo)準(zhǔn)化，即在磨削工藝中應(yīng)明確齒輪實(shí)際漸開(kāi)線起始圓直徑、成品要求漸開(kāi)線起始圓直徑、齒形粗加工圓角半徑等參數(shù)，試制時(shí)還需考慮熱處理變形的影響，綜合輸入砂輪修整參數(shù)和切深。
參考文獻(xiàn)略