学文网摘 要：现代机械工程中大量采用新科技材料以满足强度和减重的需要，某些轴类零件采用 1Cr11Ni2W2MoV材料。这些零件在渗氮后磨削过程中容易出现磨削裂纹的现象，为了提高零件加工的合格率，在人员和设备不变的情况下，改进工艺参数，选用白刚玉砂轮代替硬度较高的单晶刚玉砂轮，加强对零件的冷却力度，选择合理的切削要素。经过现场多批量零件的试制生产，改进后的工艺参数能有效降低零件出现裂纹的现象，大大提高了零件的合格率。
关键词：渗氮；磨削；砂轮；裂纹
中***分类号：V260 文献标识码：A
1 概述
某些轴类零件在机构中为了提高零件的抗磨损能力和延长使用寿命，在作用表面进行渗氮处理，在采用1Cr11Ni2W2MoV材料时，零件在生产过程中总会出现裂纹问题，为了确保今后的零件都能够顺利的生产，提高零件加工的产品质量，合格率争取达到95%以上。
对此种材料的研究也是为工程机械的研制生产摸索一条崭新的途径，总结出经验规律，也为类似零件的生产制造开拓出一条新路，应用范围非常广泛。
2 问题描述
用于传动轴的材料为1Cr11Ni2W2
MoV，为了提高零件的强度和耐磨性能，在主要的工作部位采用了渗氮化学热处理工艺方法，凡事有利就有弊，零件经过渗氮后，在磨床上磨削的过程中极易出现磨削裂纹，零件的平均合率只有80.6%，造成了零件生产成本的升高，也制约了零件的按时合格交付。
3 工艺参数改进
3.1 原因分析
首先渗氮后出现磨削裂纹的原因主要是渗氮后的表面硬度较高，通常硬度达到了HR15N≥88。其次磨削方式采用外圆纵磨与外圆横向切入磨削结合的方式，用于磨削的砂轮为平形砂轮，磨料位氧化物系的单晶刚玉（代号SA）有较高的硬度和韧性，在磨削硬度较高的零件时，砂轮不易脱落，磨削时积聚的热量较高，同时磨床的冷却系统不能完全工作，冷却液浇注的流量达不到预期的要求，造成零件局部热应力集中。磨粒磨削点的温度可达1000℃左右，磨削区的温度也有几百度，零件磨削区域的热量不易散去，容易使零件表面烧伤，并且磨削时易产生裂纹。
再有加工零件时对进刀量的控制不能完全把握，进刀量控制的忽大忽小，没有一个确切的工艺参数，所以磨削后的零件就出现了裂纹，并且不可修复。
3.2 调整工艺参数之前：
活塞零件材料为1Cr11Ni2W2MoV，选用的砂轮型号为：P400X40X127；SA46L6V35。
砂轮的磨料材质为氧化物系的单晶刚玉，硬度为中软，砂轮的结合剂为陶瓷。在加工的时候工艺参数如下：
机床转数：S=2000转/分钟（定值）
零件转数：100转/分钟
进刀参数：
粗加工：F=0.05mm/r
半精加工：F=0.03mm/s
精加工：F=0.01mm/s
每磨削5个零件后进行磁粉探伤检查，发现在活塞杆和头部交界的端面有裂纹显示。经过修复之后再进行磁粉探伤检查，还是无法将零件修复合格，只有报废。零件1批投料31件，有一件做为工艺试件，其余6件报废，合格率为25÷31×100%=80.6%；零件另一批投料33件，有1件做为工艺试件，其余7件报废，合格率为26÷33×100%=83.9%。平均合格率为82.25%。
3.3 调整工艺参数后：
零件加工表面产生烧伤和裂纹主要是由于磨削时产生的高温而引起的，因些，要消除烧伤和裂纹，需要减少磨削热量和改善磨削区域的散热条件。首先磨粒本身的硬度要高、脆性要好，保持磨粒对工件产生切削作用而不是和工件发生摩擦作用，避免磨削热量的大量产生，这是避免工件烧伤的重要措施。白刚玉砂轮的硬度虽然没有单晶砂轮的高，但脆性较单晶砂轮的要好，适合磨削淬火钢，活塞杆表面经过渗氮淬火后硬度较高，用白刚玉砂轮更适合。而且砂轮硬度过高，也就是结合剂的比例多，而结合剂本身没有切削能力，只与工件产生摩擦作用，使工件产生大量的摩擦热。
基于以上考虑，更换了白刚玉砂轮，硬度为软，砂轮的结合剂为陶瓷，牌号为：P400X40X127；WA60J6V35。
这种牌号的砂轮硬度较单晶刚玉砂轮低，脆性高，磨粒率60适中，粒度较之前的砂轮粗在315—250微米之间，磨具硬度选择较软一个等级，磨粒容易脱落，但能较好的保持磨粒的锋利程度。因此选择了这种牌号的砂轮，并且要求在磨削时冷却足够充分，每磨削3个零件就要打磨一次砂轮，并且降低零件的转数，具体参数如下：
零件转数：50转/分钟
进刀参数：
粗加工：F=0.03mm/r
半精加工：F=0.01mm/s
精加工：F=0.005mm/s
这时再进行磁粉探伤抽检，发现不再有裂纹显示。经过实践的验证，改进后的砂轮规格和磨削加工参数已经达到了预期的要求，果断将以上加工参数和砂轮规格进行固化。通过跟产零件两批：一批投料30件，入库29件，合格率为29÷30×100%=96.7%；另一批投料22件，入库22件，合格率为22÷22×100%=100%，平均合格率为98.35%。
结语
通过以上的试验我们发现通过改变砂轮材质的软硬和固化磨床加工参数能有效的减少渗氮后磨削裂纹的产生，由此可见，在人员设备没有变化的情况下，产生裂纹的主要原因是砂轮型号和进给量的选择，零件渗氮后变硬，原先磨削的时候使用单晶刚玉砂轮，磨加工后的零件极易产生裂纹，且原先的进给量较大，零件转数较高，磨削区域热量不能有效散出，容易产生裂纹，因此控制好砂轮参数和进给量能有效的减少渗氮磨削裂纹的产生，提高了零件加工的合格率。
参考文献
[1]第一机械工业部、磨料磨具磨削研究所、第二砂轮厂，磨具选择[Z].
[2]金属切削手册（第二版）[M].上海：上海科学技术出版社出版.
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