CF250齿圈端面磨削裂纹原因分析.doc

CF250齿圈端面磨削裂纹原因分析李加荣（江苏奔航齿轮有限公司 江苏淮安 223001）摘要：本文通过对CF250齿圈端面磨削裂纹的产生原因的分析，探讨了端面磨削裂纹产生与磨削工艺、磨轮材料及热处理工艺的关系，并提出了解决办法。 2009年12月12日我公司在磨CF250.37.203齿圈（如下图）内止口时有21件端面发现严重的裂纹，有个别零件甚至有剥落现象。本批质量问题的出现，数量大，情况严重，引起了全公司上下的一致重视。为此，我们组织相关人员对此现象进行分析。一、产品简图如下生产工艺如下：1、 热处理工艺热处理加工采用渗碳淬火工艺，具体工艺参数如下：设 备：UBE600型可控气氛多用炉渗碳淬火渗碳工艺：920碳势Cp1.05,4小时，920碳势Cp0.8,0.5小时，降温至810保温30分钟（降温及淬火保温段碳势Cp=0.8）淬入100分级淬火油40分钟清洗，低温回火烘箱， CF250齿圈简图 18010保温3小时。T处为为磨加工面2、磨加工工艺设 备：M2120砂轮型号：WA60AVPDA 125X45X50砂轮转速：6000r/min零件转速：500r/min进 刀 量：0.05mm冷却液种类：M-2磨削液冷却液冲击方向：距磨削点处约20mm的齿轮内表面二、 相关检验结果1、 产品材料：20CrMnTi具体成份如下表：CSiMnCrTi标准成份0.17-0.240.17-0.370.80-1.101.00-1.300.04-0.10实际成份0.1920.210.851.10.0652、 产生裂纹的实物金相检查检查项目有效硬化层马氏体及残余奥氏体齿顶角碳化物心部铁素体表面硬度技术要求0.550.8515级15级14级5864HRC实测0.633级3级1级5960HRC从实物金相组织看，表面有少量未转变的淬火马氏体，说明回火不太充分。3、 我们还对对渗碳淬火后磨前零件进行解剖检查，未发现裂纹，其金相结果同产生裂纹的实物检查，对热前零件进行检查，也未发现原材料中有锻造缺陷。三、 检查结果分析：1、 从原材料的检查结果看，材料符合要求，也未发现锻造问题；2、 从对热后磨前的零件检查结果看，没有产生淬火裂纹；3、 从硬度检查及金相检查结果看，所得硬度和金相组织均很优良，说明热处理渗碳淬火工艺完全符合要求，但回火不太充分，可能与所用回火烘箱密封性能差有关。4、 我们采用的是与其它零件相同的磨加工工艺，此工艺对于磨内孔或外圆来说毫无问题。我公司也从未发现内孔或外圆磨削产生裂纹的现象。四、裂纹产生原因分析从裂纹出现的时机来看，热处理渗碳淬火回火一直延用以上加工工艺，未发生变化，该产品以前的磨加工在我公司的减速器车间，从未发现磨削裂纹，该产品转入螺伞车间第一次磨加工便产生了磨裂现象；从出现裂纹的位置来看，在磨削的内圆面（与产生裂纹的端面垂直相接，此处壁厚仅2.5mm，无论是淬火应力还是脆性方面，此处均大于内端面）未产生裂纹，裂纹均出现在端面上。磨加工时零件内圆面与内端面同时与磨轮外圆和端面接触，端面磨加工主要依靠砂轮端面与零件端面接触进行磨削加工。因此，我们分析认为，磨加工裂纹产生原因主要在于：1、 在磨削过程中，由于内端面磨削面积较大，在直径方向上各磨削点所受磨削线速度差别较大，线速度大的大直径处受力大、发热量也大，使整个端面受力、发热均很不均匀，导致直径方向上各处无论是磨削时还是冷却时受力均产生较大差异，这种差异导致大直径处易产生拉应力。2、 齿圈内端面在磨削过程中与砂轮端面产生磨擦、挤压和切削，起磨削作用的仅是切削，而要进行切削首先必须使磨轮端面进行挤压，磨削过程中挤压磨擦剧烈，加上磨轮端面不进行修整，接触面积大，排屑困难，冷却液又没有对准磨削部位，冷却效果很差，发热量很大，其中80%传入工件，使工件磨削处局部温度迅速升，有时瞬时温度可达500800，使工件表面受热膨胀，在磨削时工件表面膨胀受内部限制表现为压应力，而在随后的冷却中，外表面迅速冷却，收缩受内层限制使表面形成拉应力。3、 以上两种应力叠加超出工件的抗拉强度便产生裂纹。4、 在内圆面上，由于磨削时接触面积相对较小，挤压磨擦不激烈，加上冷却液易进入，所以，即使该处壁薄且脆，也未产生裂纹。对于有人提出，回火不充分是引起的磨削裂纹的主要原因。我们认为，如果说热处理质量对对磨削产生影响的话，只是在金相组织级别较差时（如马氏体、碳化物级别高时），渗碳淬火组织硬而脆，加上回火不充分、淬火内应力消除不彻底，磨削进刀量大时应力加大易引起裂纹，但齿圈渗碳淬火金相组织良好，回火后仅有少量的淬火马氏体，在磨削的过程中，由于磨削产生的巨大热量便温度迅速升高而使少量未转变马氏体转变为回火马氏体。所以，回火不充分不可能是引起磨削裂纹的原因，只有磨削时的迅速升温才是引起裂纹的主要原因。事实上，对产生裂纹处的金相检查中也发现了组织相变的痕迹。五、结论综上所述，CF250齿圈产生磨削裂纹是因为在磨加工过程中未能根据零件的特殊性选择合适的磨加工工艺造成的，主要表现为磨轮选择不当、磨削速度快、冷却不足。五、 解决措施由以上分析可知，要避免产生磨削裂纹，主要是降低磨削过程产生中的热量，且要将产生的热量及时带走。我们认为应采取以下措施：1、 磨轮应选择磨料硬度高、抗弯强度大、耐热性能好、刃口锋利、自锐性好的砂轮，同时为保证磨钝的磨粒及时脱落，应选择整体较软的砂轮。2、 应控制磨削的进刀量，必要时应采用粗精磨分开的工艺，先用粒度较粗的软砂轮进行磨削，提高生产效率，再用粒度较细的砂轮进行精磨。3、 在磨削过程中应设法对砂轮端面进行及时修整，保证砂轮锋利，减少砂轮与零件磨面之间的挤压和磨擦。4、 应调整冷却液的压力和流向，使冷却液直接冲向磨削部位，加大冷却液压力，提高冷却能力。另外，热处理渗碳淬火过程中，应采用合理的工艺，保证不出现较高的马氏体、碳化物级别，应充分进行回火，其目的主要是降低零件内应力和脆性，减少后道磨削加工时的应力。六、 对此问题的一些反思一般来说，企业中出现的绝大部分问题，都可以归结为管理问题。对于此问题而言，也是如此。本次产品出现批量性磨削裂纹，首先是由磨削工艺不规范所致。在磨加工过程中，没有明确规定机床型号、磨削速度、磨轮型号、冷却液压力等工艺参数，工艺执行力不足，仅依靠职工的工作经验进行加工生产，这就导致产品在进行加工转移时，新加工单位不了解产品特点和加工工艺，生产中沿用本部门其它产品的磨加工工艺方法，便生产了质量问题；其次，生产管理部