·364 工程科学学报，第40卷，第3期 结合笔者前一阶段关于磨削温度场试验及仿真研究 表面有较高的残余压应力，应控制砂轮线速度)，≤ 发现，刀具-工件表面的接触区以高达6000℃· 50ms,径向进给量a,≤0.15mm.当砂轮线速度 s的升温速率上升，表面受热体积膨胀后产生塑性 为60ms1,径向进给量为0.2mm时，磨削表面的 变形，然后以1.2×10℃·s1的速率急速冷却，体积 残余拉应力大于20 CrMnTi的断裂强度，磨削表面产 收缩，表层次表层产生较大的残余拉应力.其次， 生微观裂纹.因此，应该合理地控制磨削参数，避免 磨削温度超过相变温度，齿面在急冷下发生二次淬 磨削裂纹的产生. 火烧伤，次表层发生回火烧伤，淬火一回火烧伤过渡 区域硬度及性能将大幅下降，同时在回火烧伤区域 参考文献 也将会产生拉应力，表面与内部应力失去平衡加上 磨削力的综合作用，在齿面中就会产生磨削裂纹. [Zhong Z W,Venkatesh V C.Recent developments in grinding of advanced materials.Int J Adr Manuf Technol,2009,41:468 因此，磨削过热与热突变是导致磨削微裂纹产生的 2]Gu S S.Research on Low Residual Stress Grinding of Hardened 主要原因 20CrMnTi [Dissertation].Nanjing:Nanjing University of Aero- nautics and Astronautics,2014 (顾珅珅.渗碳淬硬20 CrMnTi低应力磨削研究[学位论文]， 南京：南京航空航天大学，2014) B]Gu S S,Yang C Y,Fu Y C,et al.Grinding force and specific en- ergy in plunge grinding of 20CrMnTi with monolayer brazed CBN wheel.Mater Sci Forum,2014,770:34 4]Guo T G.The Mechanism and Prevention Measures of Grinding Cracks in the Parts of Automotive Transmission [Dissertation] 00u四 Changchun:University of Jilin,2011 (郭天官.汽车变速器零件磨削裂纹产生机理及防止措施[学 图10磨削表面微观裂纹 Fig.10 Micro cracks in grinding surface 位论文].长春：吉林大学，2011) 5]Zhou T.The Experimental and Simulation Study on Form Grinding Technology in Carburized and Quenched 20CrMnTi [Dissertation] 4结论 Changsha:Hunan University,2012 (周涛.合金渗碳钢20 CrMnTi的成形磨削工艺试验及仿真研 (1)通过试验分析了齿面粗糙度影响因素及影 究[学位论文].长沙：湖南大学，2012) 响规律，径向进给量对粗糙度的影响最大，砂轮线速 令 Wang L,Tian XL,Liu Q,et al.Experimental study and theoreti- 度次之，轴向进给速度最小，齿面粗糙度随着径向进 cal analysis of the form grinding of gears using new type micro- 给量、轴向进给速度的增大而增大，随着砂轮线速度 crystal corundum grinding wheels.Int J Adr Manuf Technol, 2017,92(58):1659 的增大先减后增. ]Qiao Z,Liang Z Q,Zhao W X,et al.Grinding hardening of (2)磨削温度过高会导致磨削烧伤，淬火烧伤 30CrMnTi gear steel.China Surf Eng,2017,30(1):26 会导致表面硬度提高5%~20%，回火烧伤导致硬 (乔治，梁志强，赵文祥，等.齿轮钢30 CrMnTi磨削强化试 度不同程度地下降，表层组织从外至内分别为白层、 验.中国表面工程，2017,30(1)：26) 8] Fu Y D,He Z J,Zhang L J,et al.Effects of intensive quenching 暗层和基体组织.白层微观组织为二次淬火马氏体 on microstructure and mechanical properties of 20CrMnTi steel. +碳化物+少量残余奥氏体，回火烧伤微观组织主 Heat Treat Met,2009,34(8):25 要由回火索氏体、回火屈氏体和回火马氏体组成，回 (傅宇东，何祖娟，张丽君，等.强烈淬火对20CrMT钢组织 火温度不同，其微观组织也会有所不同.磨削烧伤 与性能的影响.金属热处理，2009,34(8)：25) 表面会出现大量的鱼鳞状皱叠，磨削纹路不清晰，表 Lv H M,Wang Q,Fan N S.Study on grinding bums of case- hardened gear for automobile.J Mech Transmission,2009,33 面磨屑黏附现象严重. (3):108 (3)在淬火烧伤层存在较大的残余拉应力，在 (吕红明，王琪，范能胜。汽车渗碳淬火齿轮磨削烧伤的研 v,=60ms,ap=0.2mm,8w=1.5mmin的磨削 究.机械传动，2009,33(3)：108) 参数下可以达到481MPa,随着层深向内在深度 [10]Xu M,Feng Y M,Du G M,et al.Analysis and prevention on 30~40μm处拉应力转化为压应力，在回火烧伤层 grinding bum of small modulus hardened gear.I Mech Transmis- si0m,2014,38(7):127 表现为残余压应力.磨削表面残余压应力随着砂轮 (徐敏，冯育敏，杜改梅，等。小模数硬齿面齿轮磨削烧伤分 线速度与径向进给量的增大而降低，为了使磨削后 析与预防.机械传动，2014,38(7)：127)工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 结合笔者前一阶段关于磨削温度场试验及仿真研究 发现［14］，刀具--工件表面的接触区以高达 6000 ℃· s － 1的升温速率上升，表面受热体积膨胀后产生塑性 变形，然后以 1. 2 × 104 ℃·s － 1的速率急速冷却，体积 收缩，表层/次表层产生较大的残余拉应力． 其次， 磨削温度超过相变温度，齿面在急冷下发生二次淬 火烧伤，次表层发生回火烧伤，淬火--回火烧伤过渡 区域硬度及性能将大幅下降，同时在回火烧伤区域 也将会产生拉应力，表面与内部应力失去平衡加上 磨削力的综合作用，在齿面中就会产生磨削裂纹． 因此，磨削过热与热突变是导致磨削微裂纹产生的 主要原因． 图 10 磨削表面微观裂纹 Fig． 10 Micro cracks in grinding surface 4 结论 ( 1) 通过试验分析了齿面粗糙度影响因素及影 响规律，径向进给量对粗糙度的影响最大，砂轮线速 度次之，轴向进给速度最小，齿面粗糙度随着径向进 给量、轴向进给速度的增大而增大，随着砂轮线速度 的增大先减后增． ( 2) 磨削温度过高会导致磨削烧伤，淬火烧伤 会导致表面硬度提高 5% ～ 20% ，回火烧伤导致硬 度不同程度地下降，表层组织从外至内分别为白层、 暗层和基体组织． 白层微观组织为二次淬火马氏体 + 碳化物 + 少量残余奥氏体，回火烧伤微观组织主 要由回火索氏体、回火屈氏体和回火马氏体组成，回 火温度不同，其微观组织也会有所不同． 磨削烧伤 表面会出现大量的鱼鳞状皱叠，磨削纹路不清晰，表 面磨屑黏附现象严重． ( 3) 在淬火烧伤层存在较大的残余拉应力，在 vs = 60 m·s － 1，ap = 0. 2 mm，vw = 1. 5 m·min － 1的磨削 参数下可 以 达 到 481 MPa，随着层深向内在深度 30 ～ 40 μm 处拉应力转化为压应力，在回火烧伤层 表现为残余压应力． 磨削表面残余压应力随着砂轮 线速度与径向进给量的增大而降低，为了使磨削后 表面有较高的残余压应力，应控制砂轮线速度 vs≤ 50 m·s － 1，径向进给量 ap≤0. 15 mm． 当砂轮线速度 为 60 m·s － 1，径向进给量为 0. 2 mm 时，磨削表面的 残余拉应力大于 20CrMnTi 的断裂强度，磨削表面产 生微观裂纹． 因此，应该合理地控制磨削参数，避免 磨削裂纹的产生． 参 考 文 献 ［1］ Zhong Z W，Venkatesh V C． Ｒecent developments in grinding of advanced materials． Int J Adv Manuf Technol，2009，41: 468 ［2］ Gu S S． Ｒesearch on Low Ｒesidual Stress Grinding of Hardened 20CrMnTi ［Dissertation］． Nanjing: Nanjing University of Aero￾nautics and Astronautics，2014 ( 顾珅珅． 渗碳淬硬 20CrMnTi 低应力磨削研究［学位论文］． 南京: 南京航空航天大学，2014) ［3］ Gu S S，Yang C Y，Fu Y C，et al． Grinding force and specific en￾ergy in plunge grinding of 20CrMnTi with monolayer brazed CBN wheel． Mater Sci Forum，2014，770: 34 ［4］ Guo T G． The Mechanism and Prevention Measures of Grinding Cracks in the Parts of Automotive Transmission ［Dissertation］． Changchun: University of Jilin，2011 ( 郭天官． 汽车变速器零件磨削裂纹产生机理及防止措施［学 位论文］． 长春: 吉林大学，2011) ［5］ Zhou T． The Experimental and Simulation Study on Form Grinding Technology in Carburized and Quenched 20CrMnTi［Dissertation］． Changsha: Hunan University，2012 ( 周涛． 合金渗碳钢 20CrMnTi 的成形磨削工艺试验及仿真研 究［学位论文］． 长沙: 湖南大学，2012) ［6］ Wang L，Tian X L，Liu Q，et al． Experimental study and theoreti￾cal analysis of the form grinding of gears using new type micro￾crystal corundum grinding wheels． Int J Adv Manuf Technol， 2017，92( 5-8) : 1659 ［7］ Qiao Z，Liang Z Q，Zhao W X，et al． Grinding hardening of 30CrMnTi gear steel． China Surf Eng，2017，30( 1) : 26 ( 乔治，梁志强，赵文祥，等． 齿轮钢 30CrMnTi 磨削强化试 验． 中国表面工程，2017，30( 1) : 26) ［8］ Fu Y D，He Z J，Zhang L J，et al． Effects of intensive quenching on microstructure and mechanical properties of 20CrMnTi steel． Heat Treat Met，2009，34( 8) : 25 ( 傅宇东，何祖娟，张丽君，等． 强烈淬火对 20CrMnTi 钢组织 与性能的影响． 金属热处理，2009，34( 8) : 25) ［9］ Lv H M，Wang Q，Fan N S． Study on grinding burns of case￾hardened gear for automobile． J Mech Transmission，2009，33 ( 3) : 108 ( 吕红明，王琪，范能胜． 汽车渗碳淬火齿轮磨削烧伤的研 究． 机械传动，2009，33( 3) : 108) ［10］ Xu M，Feng Y M，Du G M，et al． Analysis and prevention on grinding burn of small modulus hardened gear． J Mech Transmis￾sion，2014，38( 7) : 127 ( 徐敏，冯育敏，杜改梅，等． 小模数硬齿面齿轮磨削烧伤分 析与预防． 机械传动，2014，38( 7) : 127) · 463 ·