蝸(gua)桿(gan)(gan)(gan)是機床回轉部件(jian)中的(de)重(zhong)要零件(jian)，工(gong)(gong)作時(shi)蝸(gua)桿(gan)(gan)(gan)螺(luo)旋表面與蝸(gua)輪齒(chi)面相對(dui)滑(hua)動，容易發生磨(mo)損，因(yin)此蝸(gua)桿(gan)(gan)(gan)常用(yong)滲碳鋼經滲碳淬火(huo)處理，以獲得較高的(de)硬度(du)，防止蝸(gua)桿(gan)(gan)(gan)螺(luo)旋表面發生磨(mo)損。蝸(gua)桿(gan)(gan)(gan)類零件(jian)的(de)精度(du)要求很高，加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝復(fu)雜、工(gong)(gong)序(xu)長，如在加工(gong)(gong)過程中出現問題(ti)，將造(zao)成重(zhong)大(da)損失。我公司一種蝸(gua)桿(gan)(gan)(gan)零件(jian)在磨(mo)削加工(gong)(gong)時(shi)出現磨(mo)削裂紋，導致零件(jian)報廢，嚴(yan)重(zhong)影響了生產進度(du)。
1.蝸桿材料及主要工藝流程
此蝸桿材(cai)料為20CrMnTiH，形狀如(ru)圖1所示，熱處理(li)要求為滲碳(tan)淬火(huo)，滲碳(tan)層深1.1～1.5mm，淬火(huo)后表(biao)面(mian)硬度(du)58HRC。
圖 1
蝸桿加工工藝流程：下料→鍛造→正火→粗(cu)車(che)→除應力(li)→精車(che)→滲(shen)碳(tan)(tan)→螺(luo)紋處(chu)去碳(tan)(tan)→淬火→粗(cu)磨→無損檢(jian)測→時效→精磨。
熱處理過程(cheng)(cheng)：鍛件正火(huo)→滲碳→淬火(huo)→低溫回火(huo)→矯直(zhi)→除應力→低溫時效。熱處理工藝過程(cheng)(cheng)曲線如圖2所示(shi)。
圖 2
滲碳(tan)淬火后，經(jing)檢驗碳(tan)化物1級(ji)，滲碳(tan)層深1.32mm，表面硬度59～60HRC。
2.裂紋現象描述
粗(cu)磨(mo)后蝸(gua)桿(gan)齒面出現磨(mo)削裂紋，裂紋極(ji)細，直線狀，深度較淺，形態為通(tong)常所說的(de)“發紋”，裂紋不(bu)平行(xing)，呈(cheng)散射(she)線狀，如圖(tu)3所示。
圖 3
3.磨削裂紋產生原因分析
磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)與一般淬火裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)明顯不同，淬火裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)粗而深，數(shu)量(liang)少；磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)只發生在磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)面(mian)上，數(shu)量(liang)較(jiao)(jiao)多，深度較(jiao)(jiao)淺，且深度基本一致。較(jiao)(jiao)輕的磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)垂(chui)(chui)直(zhi)于(yu)或接近垂(chui)(chui)直(zhi)于(yu)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)方向(xiang)(xiang)呈條狀(zhuang)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。此蝸桿(gan)齒(chi)面(mian)是螺(luo)旋狀(zhuang)曲面(mian)，磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)方向(xiang)(xiang)如(ru)圖3中箭(jian)頭所示(shi)，裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)垂(chui)(chui)直(zhi)于(yu)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)方向(xiang)(xiang)，符合(he)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的特征。
熱處理后的零(ling)件(jian)在磨(mo)(mo)削加工時(shi)，由于砂輪變鈍未及時(shi)修整(zheng)、磨(mo)(mo)削深(shen)度過大(da)以(yi)及冷卻不充分等(deng)(deng)原因，可使磨(mo)(mo)削區(qu)內瞬間高(gao)溫達到(dao)400～1500℃，從而發(fa)生(sheng)磨(mo)(mo)削燒傷和(he)磨(mo)(mo)削裂紋，引起零(ling)件(jian)表面組織、顯(xian)微硬度、殘余應力、力學性能等(deng)(deng)發(fa)生(sheng)變化(hua)。
磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋(wen)的(de)(de)(de)形成與工(gong)(gong)件硬(ying)度有關，硬(ying)度小于55HRC的(de)(de)(de)工(gong)(gong)件雖可能發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)燒傷，但(dan)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋(wen)的(de)(de)(de)情況極少，60HRC以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)件，都會(hui)(hui)使磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋(wen)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)可能性大(da)(da)(da)為增加。該零(ling)件實測硬(ying)度59～60HRC，大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)增加了產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋(wen)的(de)(de)(de)傾向。一(yi)(yi)方面(mian)(mian)，磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)條件不當或磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)不規范時，被(bei)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)首先(xian)會(hui)(hui)形成一(yi)(yi)個個較(jiao)強(qiang)烈(lie)的(de)(de)(de)燒傷中(zhong)心，造成不均勻的(de)(de)(de)熱應力(li)，在(zai)交替的(de)(de)(de)高溫與急冷(leng)下應力(li)值(zhi)漸(jian)增，應力(li)超過材料的(de)(de)(de)強(qiang)度極限時，被(bei)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)就會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)裂紋(wen)。另一(yi)(yi)方面(mian)(mian)，表(biao)層滲碳淬火組(zu)織中(zhong)的(de)(de)(de)殘留奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)，在(zai)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)時受(shou)強(qiang)烈(lie)的(de)(de)(de)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)熱的(de)(de)(de)影(ying)響及冷(leng)卻液(ye)的(de)(de)(de)冷(leng)卻，將會(hui)(hui)轉(zhuan)變(bian)為新生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)，引起零(ling)件表(biao)面(mian)(mian)局部體(ti)(ti)積膨脹，加大(da)(da)(da)了零(ling)件表(biao)面(mian)(mian)拉應力(li)，導致應力(li)集中(zhong)，繼(ji)續(xu)磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)則容易加速磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋(wen)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)。此外(wai)，新生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)脆性較(jiao)大(da)(da)(da)，磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)也容易加速磨削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋(wen)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)。
此(ci)蝸桿螺旋表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)在磨(mo)削(xue)時，砂(sha)輪與零件(jian)的(de)(de)(de)接觸面(mian)(mian)(mian)積較(jiao)大，一方面(mian)(mian)(mian)產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)磨(mo)削(xue)熱(re)大，另一方面(mian)(mian)(mian)冷卻液也不容易進(jin)入磨(mo)削(xue)區域對(dui)磨(mo)削(xue)面(mian)(mian)(mian)進(jin)行有效降溫，因此(ci)蝸桿螺旋表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)由(you)于磨(mo)削(xue)而產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)，足(zu)以使(shi)(shi)磨(mo)削(xue)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)薄層(ceng)重(zhong)新奧(ao)氏體化，隨后再次淬(cui)火成(cheng)為(wei)淬(cui)火馬(ma)氏體；表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)層(ceng)的(de)(de)(de)殘留奧(ao)氏體也會(hui)在急(ji)熱(re)急(ji)冷的(de)(de)(de)作(zuo)用下轉變(bian)為(wei)馬(ma)氏體，使(shi)(shi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)層(ceng)產(chan)(chan)生附(fu)加(jia)的(de)(de)(de)組織應力，再加(jia)上磨(mo)削(xue)所形成(cheng)的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)使(shi)(shi)零件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)薄層(ceng)的(de)(de)(de)溫度升高(gao)極快，這種(zhong)組織應力和熱(re)應力的(de)(de)(de)迭(die)加(jia)就會(hui)導(dao)致磨(mo)削(xue)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)出現磨(mo)削(xue)裂紋。
從以上分析(xi)知道，產生磨(mo)(mo)削裂紋的根(gen)本原因在(zai)于(yu)有應(ying)(ying)力存在(zai)，要防止(zhi)發生磨(mo)(mo)削裂紋，就(jiu)要減(jian)少和消除零件表(biao)面的各(ge)種應(ying)(ying)力。
4.磨削裂紋的防止措施
（1）熱處理方面
殘(can)留(liu)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)轉(zhuan)變增(zeng)加(jia)了(le)零件表(biao)面的(de)組(zu)織(zhi)應力，因此，應降低(di)殘(can)留(liu)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)含量(liang)。過(guo)高的(de)淬火(huo)溫(wen)度使淬火(huo)后殘(can)留(liu)奧氏(shi)體(ti)(ti)量(liang)增(zeng)加(jia)，可適當降低(di)淬火(huo)溫(wen)度，淬火(huo)溫(wen)度由原先840℃降低(di)至(zhi)(zhi)820℃，減少殘(can)留(liu)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)形成；同時(shi)(shi)增(zeng)加(jia)-60℃×2h的(de)冰冷處(chu)理，促使奧氏(shi)體(ti)(ti)轉(zhuan)變為馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，并(bing)在(zai)隨后的(de)低(di)溫(wen)回火(huo)中轉(zhuan)變為穩定的(de)回火(huo)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，防止磨削(xue)時(shi)(shi)產生(sheng)組(zu)織(zhi)應力。粗精磨之(zhi)間的(de)低(di)溫(wen)時(shi)(shi)效時(shi)(shi)間由8h延(yan)長至(zhi)(zhi)12h，充分消除磨削(xue)造成的(de)應力。
（2）磨削工藝方面
磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋的(de)產生是因為(wei)磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)熱所致，所以降低磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)熱是解決磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)裂紋的(de)關鍵。原磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)工藝已分粗(cu)精磨(mo)(mo)(mo)，現(xian)在選用(yong)粒度較(jiao)粗(cu)的(de)軟砂(sha)輪進行粗(cu)磨(mo)(mo)(mo)，及時(shi)清除砂(sha)輪表(biao)面積屑，減少(shao)磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)深，增(zeng)加磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)次數，減小工作臺速(su)度，可以降低磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)熱。然后再用(yong)粒度細的(de)砂(sha)輪進行精磨(mo)(mo)(mo)（磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)深較(jiao)淺），同時(shi)增(zeng)大冷卻液流量，對磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)表(biao)面充分冷卻，防止磨(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)區升溫(wen)過快而(er)產生熱應(ying)力。
5.結果
改進后的熱處理工藝曲(qu)線如圖4所示(shi)，熱處理后滲碳(tan)層深度(du)、碳(tan)化物、表(biao)面硬度(du)檢驗(yan)均(jun)正常(chang)。
圖 4
選用(yong)較為鋒利(li)的(de)砂(sha)輪(lun)(lun)，及時(shi)修(xiu)整砂(sha)輪(lun)(lun)，保(bao)持砂(sha)輪(lun)(lun)鋒利(li)，也(ye)是一種簡單(dan)易行的(de)減少磨(mo)削(xue)裂紋的(de)措施。改進(jin)后(hou)蝸桿磨(mo)削(xue)正常，再沒有磨(mo)削(xue)裂紋現(xian)象發生，保(bao)證(zheng)了產(chan)品質量(liang)和生產(chan)進(jin)度。