磨齒是硬齒面齒輪提高齒輪精度的主要加工工藝方法，但在實際生產過程中，偶爾會出現(xiàn)磨齒后在齒輪根部產生磨削臺階的現(xiàn)象，磨削臺階會影響齒輪的齒根彎曲疲勞強度，分析磨削臺階產生的原因和應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計，熱處理后精加工刀具的超越量計算、熱處理變形等對磨齒臺階的影響;李澤軍分析了磨齒臺階形成的原因和負面影響，并提出臺階修整方法的理論依據(jù);李釗剛系統(tǒng)地討論了漸開線硬齒面齒輪留磨滾刀的設計和應用;苗圩巍研究了滲碳淬火齒輪齒根磨削形態(tài)對彎曲強度的影響;張立峰等研究了齒根過渡曲線連接不好產生臺階的原因與解決措施。
本文結合實際生產過程中遇到的各類情況，重點討論假性磨削臺階的判定、產生原因和應采取的措施。
一、項目背景
齒輪磨削加工后檢測人員發(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以上，從齒檢報告(如圖2所示)可以看出，80#齒左側齒靠近齒根部位漸開線先出現(xiàn)高點而后轉為低點，與目視觀察一致。
圖1 齒根磨削凸棱
圖2 齒檢報告
二、假性磨削臺階
為了保證硬齒面齒輪齒根噴丸強化效果，磨削加工時不允許磨削齒根。為了保證磨削后齒根部位能夠圓滑過渡，在齒形粗加工時(滾齒、銑齒等)刀具均設計有觸角，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度，希望磨齒后漸開線與齒根圓弧相切，即磨削區(qū)域為圖3中1+2+3區(qū)域(3區(qū)以外全部為磨削去除區(qū))。
實際上為了避免磨削后出現(xiàn)不可修復的磨削臺階(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，磨削后漸開線與齒根圓弧相交(2區(qū)以外為磨削去除區(qū))，但在生產過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生一條凸棱，這條凸棱便是假性磨削臺階，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，磨削后漸開線與齒根圓弧相交(2區(qū)以外為磨削去除區(qū))，但在生產過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生一條凸棱，這條凸棱便是假性磨削臺階，如圖4所示。
圖3 磨削區(qū)域
圖4 假性磨削臺階
磨削假性臺階的判定可從以下兩個方面考慮：① 磨削后目視觀察齒根部產生磨削凸棱，但齒根部位齒形粗加工沉割量存在;②齒檢時齒檢報告齒形誤差顯示齒根部位出現(xiàn)高點而后轉位低點的曲線。
三、假性磨削臺階出現(xiàn)原因分析及消除措施
假性磨削臺階出現(xiàn)的直接原因是磨齒加工時砂輪設置的可用漸開線起始圓直徑大于齒輪磨削工序實際的漸開線起始圓直徑。特別強調兩點：
①齒輪磨削工序實際的漸開線起始圓直徑為去除磨齒余量后的漸開線起始圓直徑;
②對于內齒正好相反。如圖4所示，磨削工藝中，當砂輪切深小，將產生假性磨削臺階。
另外，砂輪圓角半徑設置越大，加工后凸棱越大，可用漸開線起始圓直徑越大，越不能滿足圖紙要求;砂輪圓角半徑減小，加工后凸棱會減小，可用漸開線起始圓直徑變小(內齒圈變大)，逐漸接近圖紙要求。
理論上講，當砂輪磨削切深和砂輪圓角半徑選擇合理，齒輪假性磨削臺階可以經(jīng)返修后去除，不會影響齒輪的齒根彎曲疲勞強度，如圖5所示。
圖5 正常磨削
如圖6所示，當砂輪繼續(xù)切深，將會產生磨削臺階，此時磨削臺階為不可修復臺階，但當砂輪圓角半徑>a1時，磨削臺階處會圓滑過渡;當砂輪圓角半徑≤a1時，將會產生嚴重的尖棱尖角，圓角半徑越小，臺階就會越大。當砂輪切深較深，磨削余量較小時，可能會在齒根圓弧部位出現(xiàn)如圖7所示的一道黑線，實際上為磨削時磨削到的部位，但圓弧靠下部位由于切深較深而被磨亮。
圖6 齒根磨削臺階
圖7 齒根磨削黑線
為了明確假性磨削臺階產生的根本原因，以便徹底解決問題，應用5why分析法進行綜合分析并提出消除措施，如表1所示。
表1 假性磨削臺階產生的根本原因及消除措施
由表1的分析可知，假性磨削臺階產生的最根本原因是工藝未標準化，需在磨齒工序中明確給定實際漸開線起始圓直徑和零件成品要求的漸開線起始圓直徑、齒形粗加工時刀具圓角半徑，磨齒過程中操作人員需根據(jù)實際情況輸入砂輪修形相關參數(shù)，特別是對于試制件，需通過反復試驗得到最終磨削參數(shù)并將工藝標準化。
圖8 齒根磨削黑線實物
四、結論
成形磨齒假性磨削臺階是一種通過改變磨削工藝參數(shù)即可消除的缺陷，經(jīng)修復后不會影響齒輪齒根彎曲疲勞強度，可通過目視觀察和齒檢兩種方法判定;假性磨削臺階產生的根本原因是工藝未標準化，即在磨削工藝中應明確齒輪實際漸開線起始圓直徑、成品要求漸開線起始圓直徑、齒形粗加工圓角半徑等參數(shù)，試制時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。
參考文獻略