齿轮是传动系统中的关键零件，其失效形式有齿根弯曲疲劳、齿面接触疲劳等，这些失效往往是由齿轮齿面或齿根的加工质量不高造成的。齿面的加工质量由齿面的表面粗糙度、硬度、渗层深度、齿参数等因素决定。为满足齿面的加工质量，通常都是利用最终磨削加工来保证。在实际加工中，往往会采用高速磨削工艺方法。高速磨削工艺方法起源于德国，是一种以提高砂轮线速度为主要手段 来提升磨削效率和磨削质量的工艺方法，是磨削工艺的革命性跃变。通常将砂轮线速度45~150m/s 定义为高速磨削。
某型号齿轮齿数 42，模数 2.5，材料为锻 9310，齿部及两端轴颈渗碳层 0.6~0.9mm，表面硬度 HRC ≥ 60，齿形公差 0.006，齿向公差 0.007，两端轴颈要求圆度 0.005，相互同轴度 Φ0.006，如图1所示。该零件在渗碳淬火后精磨削工序中出现烧伤裂纹现象。磨削裂纹普遍存在于齿顶、齿端面近齿根处和两端轴颈。
一、磨削烧伤理论
磨削烧伤是指磨削加工时，工件表面局部受高温而产生的金相组织变化，特别是磨削表面在瞬时高温的作用下，工件的表面局部受热过高，发生不均匀退火，零件表层变软，发黑或者发黄现象。磨削加工是通过砂轮磨粒的负前角挤压切削高速运转的零件表面过程，磨削金属切削屑层少而薄，仅有不到10% 的切削热量被带走， 70%~80% 的热量会由磨削表面传入零件，故在零件磨削加工的表面区域温度会急剧升高，尤其瞬时温度可达到 800~1000℃，甚至更高。当温度超过材料金相变化的临界点时，就会在材料基体表面层发生组织变化，使零件表面层的硬度和强度极度下降。之后，零件表面开始冷却直至最后冷却，会引起零件表层的热胀冷缩，造成自零件表面到内部各层产生各异的残余应力。这些各异的 残余应力就会引起显微裂纹。
磨削烧伤产生后，基体表面的金相组织发生明显的变化，就淬火钢而言，其磨削烧伤特征如图2所示。根据磨削瞬时产生温度的高低，磨削烧伤的表层一般可分为回火烧伤(回火层)、淬火烧伤(过回火层和二次淬火层之间)和退火烧伤(二次淬火层和磨削表面之间)。
二、磨削烧伤变量因素
磨削加工面的热影响层是由磨削热量决定的。因而，一切能影响磨削热量的变量都是改善磨削烧伤的变量因素，如砂轮、冷却液、磨削参数等。
砂轮
砂轮是由磨料和结合剂以适当的比例混合，经压制，干燥，烧结而成。它主要由磨粒、结合剂和空隙等3部分组成。磨粒相当于切削工具的切削刃，起切削的作用 ;结合剂使各磨粒位置固定，起支撑磨粒的作用 ;空隙则有助于排削和散热的作用。磨削用的砂轮种类繁多，分类方法也有很多。通常有下列3种分类方法。
(1)按所用磨料，可分为普通磨料(刚玉和碳化硅等)砂轮、天然磨料和超硬磨料(金刚石和立方氮化硼等)砂轮。
(2)按形状，可分为平形砂轮、斜边砂轮、筒形砂轮、杯形砂轮、蝶形砂轮等。
(3)按结合剂，可分为陶瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮、金属砂轮等。
冷却液
冷却液一般分为纯油性冷却液和水溶性冷却液，纯油性冷却液具有润滑性强、维护性低、防锈好、工件的光洁度高等优点 ;水溶性冷却液具有冷却性好、比较环保、成本低等优点，被高速先进机床广泛采用。
磨削参数
磨削加工时，砂轮线速度、工件的速度、磨削进给量、砂轮修整频率、冷却液喷嘴角度等都是影响磨削加工的重要参数。
三、磨削加工试验
为解决此件的磨削烧伤问题，同时探索变量因素对磨削烧伤的影响，开展磨削加工试验。试验试样直接采用新的零件，设备采用高速万能数控磨床(哈挺 HG-1000U)， 砂轮选取立方氮化硼蝶形砂轮，冷却液采用 QuakerCool 3750。磨削加工如图3所示。试验中以齿端面和轴颈为加工对象，分别从砂轮线速度、工件的速度、磨削进给量、砂轮的修整频率、冷却液喷射角度等方面进行加工调试。加工方式采用往复循环磨削模式。
四、试验结果及分析
砂轮线速度
砂轮线速度对磨削的影响，体现在磨削热量。砂轮线速度越低，砂轮磨损越严重，生产率底，砂轮与工件单次接触的时间就越长，单次产生的总接触磨削热量就越多，若磨削热量没有及时带走，就易产生磨削烧伤。若砂轮线速度过高，磨粒切削刃锋利程度下降，磨削不及时休整砂轮，就容易产生磨削烧伤。控制砂轮线速度，使单位时间产生的磨削热量越低，带走热量越快，工件产生烧伤的概率就越低。工件速度 6m/min，磨削量 20μm，砂轮线速度与表面粗糙度的关系如图4所示。
工件的速度
工件的旋转速度对表面粗糙度的影响刚好与砂轮线速度的影响相反，增大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，表面粗糙度值将增加，同时单位时间内磨削区域将增大，接触的磨削热量就越多，易出现磨削烧伤。砂轮线速度100m/s，磨削量20μm，工件速度与表面粗糙度的关系如图5所示。
磨削进给量
磨削进给量越大，单位时间磨削接触面积越多，被磨表面的粗糙度越大，产生的磨削热量越多，易出现磨削烧伤。砂轮的纵向进给减小，工件表面的每个部件被砂轮重复磨削的次数增加，被磨表面的粗糙度值将减小，零件的表面粗糙度增加。砂轮线速度100m/s，工件速度6m/min，磨削进给量与表面粗糙度的关系如图6所示。
砂轮的修整
磨削时间过长，工件材料过硬，砂轮失去自锐性，砂轮表面出现磨粒钝化、砂轮表面空隙堵塞、外形失真等现象时，必须及时修整。修整的次数越多，砂轮单次加工时间就越短，砂轮表面出现磨粒钝化速度就越低，零件表面的粗糙度就越高，工件出现烧伤的概率越低。砂轮线速度100m/s，工件速度6m/min，磨削量20μm，砂轮2次修正时间间隔与表面粗糙度的关系如图7所示。
冷却液喷嘴角度
磨削加工中，冷却液是必不可少的环节，充足、高效率的冷却液直接作用磨削接触面，能够有效地带走磨削接触热，可有效地防止磨削烧伤。一般磨削都采用多喷嘴模式，调节多处喷嘴角度，使冷却液最大限度的直接作用于磨削接触点进行冷却，能及时带走磨削产生的热量，可有效防止磨削烧伤。
五、结论
文章以实际加工中发现的磨削烧伤零件为例，阐述磨削烧伤机理，提出从砂轮线速度、工件的速度、磨削进给量、砂轮修整频率、冷却液喷嘴角度等变量方面控制磨削烧伤。通过大量试验表明 ：选用高速万能数控磨床，立方氮化硼蝶形砂轮，砂轮线速度设为100m/s，工件速度设为6m/ min，采用单个循环(单个循环分成粗、半精和精3个阶段，每个阶段砂轮的进给速度分别为20μm/min、10μm/min、5μm/min)往复磨削加工，加上合理的冷却液喷射角度，解决了此次零件的硬化面磨削烧伤问题。总结了零件表面加工质量和上述变量之间的关系，为后续类似零件的磨削加工及烧伤防控提供了加工依据。
参考文献略.